了解步进电机：关键方面和实际考虑因素

步进电机步进电机是各种工业和自动化应用中不可或缺的组件，以其精确定位和高扭矩输出而著称。然而，与其他电机一样，步进电机也面临着自身的一系列挑战和需要考虑的因素。在本篇博文中，我们将探讨步进电机的一些关键方面，包括其发热问题、精度、控制方法、接线等。

步进电机发热
1. 为什么步进电机容易发热？
步进电机与其他电机一样，内部有铁芯和绕制线圈。线圈具有电阻，当电流流过时，会产生与电阻和电流平方成正比的损耗，称为铜损。此外，如果电流不是纯直流或正弦波，还会产生谐波损耗。铁芯由于磁滞和涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，称为铁损。铜损和铁损都会以热量的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机通常优先考虑定位精度和扭矩输出，因此在高电流和谐波分量下运行效率较低，导致电机发热严重。

2. 为什么高温/低温电机和伺服电机更容易发热？
高低温电机采用耐高温、绝缘强度更高的线圈材料。因此，其散热性能略逊于标准伺服电机的线圈，但这并不影响其高温性能。

3. 加热强度随转速变化：
使用恒流驱动技术时，步进电机在静止和低速运行时保持恒定电流，以确保恒定扭矩输出。随着转速的增加，内部反电动势增大，导致电流和扭矩逐渐减小。因此，铜损引起的发热与转速相关，通常在静止和低速运行时较高，而在高速运行时较低。铁损的变化方式不同，但总发热量是铜损和铁损发热量的总和。

4. 供暖的影响：
适度发热通常不会影响电机寿命，但过热则会导致负面影响，例如由于热膨胀系数差异和内部气隙的轻微变化而引起的结构应力变化，从而影响动态响应并增加高速运转时出现失步的可能性。在某些应用中，例如医疗设备和高精度测试设备，过热是不可接受的。

5. 降低电机发热：
降低发热的关键在于最大限度地减少铜损和铁损。这可以通过选择电阻和额定电流较低的电机来实现，并尽可能使用串联电机而非并联电机。对于已选定的电机，可采用具有自动半电流控制和断电功能的驱动器。此外，微步进驱动器由于其电流波形接近正弦波且谐波较少，因此也能降低发热。选择合适的驱动电压平衡对于实现高速、平稳运行、降低发热和噪声至关重要。

步进电机的精度
KH 和 KVM 系列两相混合式步进电机步距角为 1.8°，精度为该角度的 3-5%。此误差不会累积，仅在初始上电时出现。

PLC控制步进电机
台达和三菱PLC使用DPLSR/PLSR指令对步进电机和伺服电机进行脉冲控制，其中包含大于100毫秒的加减速过程。而DPLSY/PLSY指令缺少加减速功能，可能导致高速堵转、丢步或过载报警。

步进电机的接线和扩展
KH步进电机的标准电缆长度为3米，而KVM电机的标准电缆长度为1米。电缆可延长至15米，超过此长度会导致电流降低和扭矩衰减。

选择微步划分
我们建议选择 4000 或 10000 微步进。更高的微步进等级可以在高速运行时提供更大的扭矩，并在低速运行时降低振动。此外，PLC 的最大脉冲频率也是选择微步进等级的限制因素。

脉冲和方向信号电阻器
是否需要电阻取决于驱动器的脉冲和方向端口电压。如果端口支持 24V，则在使用 24V 电源时无需外部电阻。对于 5V 端口使用 24V 电源的情况，则需要 2K 电阻。

ENA+/ENA-（或 MF+/MF-）端子接线
当提供有效信号时，ENA+/ENA-（或MF+/MF-）端子通过切断相电流来释放电机，从而释放电机轴。

半电流特性
半电流功能会在一段时间内（例如 1.5 秒）未接收到脉冲信号时，将电流减半，从而降低电机发热。建议在水平应用中使用此功能以减少发热，并在垂直应用中禁用此功能以保持保持扭矩。

选择驱动器工作电压
较高的工作电压可以降低驱动器电压范围内高速运转时的扭矩衰减，但会增加发热和振动。

设置驱动器输出电流
通常情况下，驱动器的输出电流应设置为不超过电机的相电流，除非为了满足扭矩要求或在寒冷环境下增强扭矩输出而略微超过该值。

反转电机旋转
要在不更改控制程序的情况下反转电机旋转方向，请将 A+/A-（或 B+/B-）引线与驱动器连接线互换。对于三相电机，互换任意两相即可。
通过了解这些方面，您可以更好地选择、控制和维护应用中的步进电机，从而确保最佳性能和可靠性。