電機運行時如何降低電機效率產(chǎn)生的熱量，步進電機時降低熱量的方法
步進電機因其簡單的設置和開環(huán)配置的精確定位而被廣泛使用。但是可能會出現(xiàn)與發(fā)熱相關的問題。這是因為為開環(huán)步進電機供電的驅(qū)動器不使用反饋來控制提供給該電機的電流量。相反，驅(qū)動器始終提供全電流……而不管電機的扭矩需求如何。因此，電機以過高的速度消耗功率……。浪費能源并產(chǎn)生可避免的熱量。
在某些應用中，操作員以盡可能多的電流運行開環(huán)步進電機，以產(chǎn)生盡可能大的扭矩。這確保了電機將在應用程序中到達其位置。但是隨著電流的增加，電機溫度也會增加。如果電機溫度升高得太高，繞組就會短路，電機就會停止工作。因此，設計工程師（和電機最終用戶）必須找到在避免電機過熱的同時最大化電機扭矩的方法。
一種工業(yè)方法是將驅(qū)動器設置為給電機提供額定電流。這樣做會使電機變熱，但不會太熱。步進電機溫度達到70°、80°甚至90°C是正常的。雖然這些溫度使其太熱而無法觸摸電機，但電機本身卻沒有受到傷害。
但是設計工程師（和電機最終用戶）還能如何減少電機熱量呢？在這里，我們將探索另外三種方式：
1.減少空閑（保持）電流
2.降低運行電流
3.切換到閉環(huán)控制
一、減少電機的空閑（保持）電流
當電機加速和減速時，許多運動控制應用需要最大的扭矩才能達到其要求。但是當電機空轉(zhuǎn)或保持位置時，它需要的扭矩要小得多。這些情況是降低電機電流的好時機。
大多數(shù)現(xiàn)代步進驅(qū)動器會自動執(zhí)行此操作。例如，驅(qū)動器可能會將空閑電流降低到運行電流的50%。更復雜的步進驅(qū)動器讓設計工程師可以將空閑電流編程為0到100%之間的任何值。如果步進電機即使在很短的時間內(nèi)靜止不動，減少空閑電流也會對電機熱量產(chǎn)生重大影響。
二、降低運行電流
許多設計工程師在選擇步進電機時會謹慎行事——通常會為手頭的應用選擇具有足夠扭矩（而不是剛好足夠）的電機。在這些情況下，可以通過一些試錯測試來降低電機的運行電流。基本上，這需要少量減少運行電流并監(jiān)控運動輸出。如果試運行成功，再次降低運行電流并重新測試電機性能。
繼續(xù)進行調(diào)整，直到電機錯位或停止。然后稍微增加電流，使電機恢復準確定位。在某些情況下——尤其是當步進電機尺寸過大時——工程師可以將運行電流降低到足以顯著降低電機溫度的程度。
三、切換到閉環(huán)步進電機系統(tǒng)
當用閉環(huán)步進電機系統(tǒng)替換開環(huán)步進電機系統(tǒng)時，熱量產(chǎn)生的最顯著減少發(fā)生。當配備高分辨率編碼器并由合適的閉環(huán)驅(qū)動器供電時，步進電機可在伺服控制環(huán)內(nèi)運行。這種相對較新的系統(tǒng)配置需要工程師更換應用程序的電機和驅(qū)動器。但是溫度降低的幅度通常是值得的。
回顧一下，閉環(huán)步進電機系統(tǒng)使用反饋回路來精確控制步進電機電流、速度和位置。電流回路確保驅(qū)動器提供給電機的電流僅為滿足扭矩需求所需的量。當電機不產(chǎn)生扭矩（或產(chǎn)生小于最大扭矩的任何東西）時，電機的電流會自動下降。這種閉環(huán)控制方案顯著提高了電機溫度……在某些應用中降低了多達50%或更多。
閉環(huán)步進器的其他好處是更快的加速和更高的吞吐量（扭矩比額定保持扭矩高出50%）以及更安靜的操作（甚至更安靜10 dB），因為電機繞組中的電流更少。加上沒有失速，系統(tǒng)精度更高。
閉環(huán)步進電機包含一個高分辨率編碼器，并由一個集成的閉環(huán)驅(qū)動器驅(qū)動，當負載不要求扭矩時，該驅(qū)動器會自動降低電機電流。
測試結(jié)果證實，閉環(huán)步進電機僅在需要時才會消耗電流，因此與開環(huán)選項相比，它們運行溫度更低且功耗更低。考慮運行開環(huán)和閉環(huán)變化以獲得相同運動曲線的實際測試：
兩者都具有設定的負載慣量和轉(zhuǎn)子慣量，并由48 Vdc電源供電）。本文提供此類輸出的開環(huán)步進系統(tǒng)的平均功耗為43.8 W。相比之下，類似的閉環(huán)步進系統(tǒng)在提供相同的程序時僅消耗14.2 W。降低的功耗轉(zhuǎn)化為更少的熱量產(chǎn)生和更低的能源費用。
