步進(jìn)電機(jī)的電磁問(wèn)題
在永磁或混合式步進(jìn)電機(jī)中,電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)隨著軸角的變化而變化。其結(jié)果是轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)在每個(gè)電機(jī)繞組中感應(yīng)出交流電壓。這被稱(chēng)為反 EMF,因?yàn)樵诿總€(gè)電機(jī)繞組中感應(yīng)的電壓始終與使電機(jī)沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所需的理想波形同相和反相。反電動(dòng)勢(shì)的頻率和振幅都隨著轉(zhuǎn)子速度的增加而增加,因此,反電動(dòng)勢(shì)會(huì)隨著步進(jìn)速率的增加而導(dǎo)致扭矩下降。
可變
在永磁或混合式步進(jìn)電機(jī)中,電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)隨著軸角的變化而變化。其結(jié)果是轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)在每個(gè)電機(jī)繞組中感應(yīng)出交流電壓。這被稱(chēng)為反 EMF,因?yàn)樵诿總€(gè)電機(jī)繞組中感應(yīng)的電壓始終與使電機(jī)沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所需的理想波形同相和反相。反電動(dòng)勢(shì)的頻率和振幅都隨著轉(zhuǎn)子速度的增加而增加,因此,反電動(dòng)勢(shì)會(huì)隨著步進(jìn)速率的增加而導(dǎo)致扭矩下降。
可變磁阻步進(jìn)電機(jī)也會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)!這是因?yàn)?,隨著定子繞組將轉(zhuǎn)子的齒拉向其平衡位置,磁路的磁阻下降。這種下降增加了定子繞組的電感,電感的這種變化要求降低通過(guò)繞組的電流以節(jié)省能量。這種減少被證明是反 EMF。
電機(jī)繞組的電抗(電感和電阻)限制流過(guò)它們的電流。因此,根據(jù)歐姆定律,增加電壓會(huì)增加電流,從而增加可用扭矩。增加的電壓也用于克服電機(jī)繞組中感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì),但電壓不能任意增加!熱、磁和電子方面的考慮都會(huì)限制電機(jī)可以產(chǎn)生的有用扭矩。
電機(jī)繞組散發(fā)的熱量是由簡(jiǎn)單的電阻損耗、渦流損耗和磁滯損耗引起的。如果這些熱量沒(méi)有從電機(jī)充分傳導(dǎo)出去,電機(jī)繞組就會(huì)過(guò)熱。這可能導(dǎo)致的簡(jiǎn)單的故障是絕緣擊穿,但它也會(huì)將永磁體轉(zhuǎn)子加熱到其居里溫度以上,即永磁體失去磁化的溫度。對(duì)于許多現(xiàn)代高強(qiáng)度磁性合金來(lái)說(shuō),這是一個(gè)特殊的風(fēng)險(xiǎn)。
即使電機(jī)連接到足夠的散熱器,增加的驅(qū)動(dòng)電壓也不一定會(huì)導(dǎo)致扭矩增加。大多數(shù)電機(jī)設(shè)計(jì)成當(dāng)額定電流流過(guò)繞組時(shí),電機(jī)的磁路接近飽和。增加電流不會(huì)導(dǎo)致這種電機(jī)中的磁場(chǎng)明顯增加!
給定一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將通過(guò)每個(gè)電機(jī)繞組的電流限制為該繞組的額定值,但使用高電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的截止轉(zhuǎn)矩和更高的截止以上轉(zhuǎn)矩,還有其他限制在起作用。在高速下,電機(jī)繞組必須承載高頻交流信號(hào)。這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)磁路中的渦流損耗,并導(dǎo)致電機(jī)繞組中的趨膚效應(yīng)損耗。
因此,專(zhuān)為高速運(yùn)行而設(shè)計(jì)的電機(jī)應(yīng)具有使用非常薄的疊片或什至不導(dǎo)電的鐵氧體材料的磁性結(jié)構(gòu),并且它們的繞組中應(yīng)使用細(xì)規(guī)格的導(dǎo)線(xiàn)以地減少趨膚效應(yīng)損耗。常見(jiàn)的大扭矩電機(jī),電機(jī)繞組規(guī)格大,鐵芯疊片粗,在高速運(yùn)行時(shí),電機(jī)容易過(guò)熱,因此在高速運(yùn)行時(shí)應(yīng)相應(yīng)降額使用!
還值得注意的是,使某物消磁的方法是將其暴露在高頻高振幅磁場(chǎng)中。當(dāng)轉(zhuǎn)子實(shí)際失速時(shí)運(yùn)行控制系統(tǒng)以高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子,或者高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以對(duì)抗試圖將轉(zhuǎn)子保持在固定位置的控制系統(tǒng)都會(huì)使轉(zhuǎn)子暴露于高振幅高頻場(chǎng)地。如果這種運(yùn)行條件很常見(jiàn),特別是如果電機(jī)在永磁體的居里溫度附近運(yùn)行,則退磁是一個(gè)嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)相應(yīng)降低場(chǎng)強(qiáng)(和預(yù)期扭矩)!