스테퍼 모터는 디지털 실행 소자로서 모션 제어 시스템에 널리 사용됩니다. 많은 사용자들이 스테퍼 모터를 사용하면서 모터가 작동 중에 상당한 열을 발생시키는 것을 느끼고, 이것이 정상적인 현상인지 의아해합니다. 사실, 열 발생은 스테퍼 모터에서 흔히 나타나는 현상입니다. 하지만 어느 정도의 열이 정상적인 것으로 간주되는지, 그리고 스테퍼 모터의 발열을 최소화하는 방법은 무엇인지 알아보겠습니다.
첫째, 스테퍼 모터가 왜 과열되는지 이해하기 위해서입니다.
모든 종류의 스테퍼 모터 내부는 철심과 권선 코일로 구성됩니다. 권선 저항과 전력은 손실을 발생시키는데, 손실의 크기와 저항, 전류는 제곱에 비례합니다. 이를 흔히 동손이라고 합니다. 전류가 표준 직류나 정현파가 아닌 경우 고조파 손실도 발생합니다. 철심의 히스테리시스와 와전류 효과, 교류 자기장에서의 손실 또한 발생하며, 철심의 크기, 전류, 주파수, 전압과 관련이 있습니다. 동손과 철손은 모두 열 발생으로 나타나 모터의 효율에 영향을 미칩니다.
스테핑 모터는 일반적으로 위치 정밀도와 토크 출력을 추구하며, 효율은 비교적 낮고, 전류가 크며, 고조파 성분이 높습니다. 또한 전류 주파수가 속도에 따라 교류하며 변하기 때문에 스테핑 모터는 일반적으로 발열 문제가 발생하며, 이러한 발열 문제는 일반 AC 모터보다 더 심각합니다.
둘째, 스테퍼 모터의 열을 적절한 범위 내에서 제어합니다.
모터의 허용 발열량은 주로 모터 내부 절연 수준에 따라 달라집니다. 내부 절연은 고온(130도 이상)이 되어야 손상됩니다. 따라서 내부 온도가 130도를 넘지 않으면 모터는 손상되지 않으며, 표면 온도는 90도 미만으로 유지됩니다. 그러므로 스테퍼 모터의 표면 온도가 70~80도 정도면 정상입니다. 온도계를 이용한 간단한 온도 측정 방법으로도 대략적인 판단이 가능합니다. 손으로 1~2초 이상 만질 수 있다면 60도 이하, 만지기만 해도 70~80도 정도, 물방울 몇 방울이 빠르게 증발한다면 90도 이상입니다. 물론 온도계를 사용하여 정확하게 측정할 수도 있습니다.
3. 속도 변화에 따른 스테퍼 모터의 발열.
정전류 구동 기술을 사용할 경우, 스테퍼 모터는 정지 상태 및 저속 주행 시 전류를 비교적 일정하게 유지하여 일정한 토크 출력을 유지합니다.
회전 속도가 일정 수준 이상으로 높아지면 모터 내부의 역전위가 상승하고, 전류는 점차 감소하며, 토크 또한 감소합니다. 따라서 동손으로 인한 발열량은 회전 속도와 관련이 있습니다.
일반적으로 모터의 발열량은 정지 상태 및 저속에서 높고 고속에서는 낮습니다. 하지만 철손(비록 작은 비율이지만)의 변화는 고려하지 않으며, 전체 모터 발열량은 이 두 가지의 합이므로 위 내용은 단지 일반적인 상황일 뿐입니다.
넷째, 열의 영향
모터 발열은 일반적으로 모터 수명에 영향을 미치지 않으므로 대부분의 고객은 신경 쓸 필요가 없습니다. 그러나 심각한 발열은 몇 가지 부정적인 영향을 초래할 수 있습니다.
모터 내부 부품의 열팽창 계수, 내부 공극 변화로 인한 구조적 응력 차이 등 미세한 변화조차도 모터의 동적 응답에 영향을 미쳐 고속 주행 시 스텝 손실이 발생하기 쉽습니다.
또 다른 예로, 의료기기나 고정밀 시험 장비와 같이 모터의 과열이 허용되지 않는 경우가 있습니다. 따라서 모터의 열 관리가 필수적입니다.
五、 모터의 발열을 줄입니다.
발열을 줄이는 것은 동손과 철손을 줄이는 것을 의미합니다. 동손 감소는 저항 감소와 전류 감소 두 가지 방향으로 이루어지는데, 소형 모터를 선택할 때는 가능한 한 저항이 작고 정격 전류가 낮은 모터를 선택해야 합니다. 2상 모터의 경우 직렬로 연결하여 사용할 수 있으며, 병렬 연결은 필수가 아닙니다.
하지만 이는 토크와 고속 주행이라는 요구 사항과 상충되는 경우가 많습니다.
모터를 선택할 때는 드라이브의 자동 전류 감속 기능과 오프라인 기능을 최대한 활용해야 합니다. 전자는 모터가 정지 상태일 때 자동으로 전류를 줄여주고, 후자는 전류를 완전히 차단합니다.
또한, 전류 파형이 정현파에 가까워 고조파가 적고 모터 발열이 적은 정밀 분할 구동 방식이 사용됩니다. 철손을 줄이는 방법은 많지 않지만, 전압 레벨이 높은 모터 구동 방식은 고속 특성을 향상시키지만 발열량도 증가시킵니다.
따라서 고속, 평활도, 발열, 소음 등의 지표를 고려하여 적절한 구동 전압 레벨을 선택해야 합니다.
게시 시간: 2024년 9월 13일