스테퍼 모터 가열 원리 및 가감속 공정 제어 기술

열 발생 원리스테퍼 모터.

 

 

1, 일반적으로 모든 종류의 모터는 내부에 철심과 권선 코일이 있습니다.권선에는 저항이 있고, 전원이 공급되면 손실이 발생하며, 손실 크기는 저항과 전류의 제곱에 비례하는데, 이를 구리 손실이라고 합니다. 전류가 표준 DC 또는 사인파가 아니면 고조파 손실도 발생합니다. 코어에는 히스테리시스 와전류 효과가 있으며, 교류 자기장에서도 손실이 발생하는데, 그 크기와 재질, 전류, 주파수, 전압에 따라 달라지며, 이를 철손이라고 합니다. 구리 손실과 철손은 열의 형태로 나타나 모터의 효율에 영향을 미칩니다. 스테퍼 모터는 일반적으로 위치 정확도와 토크 출력을 추구하며, 효율은 비교적 낮고, 전류는 일반적으로 비교적 크며, 고조파 성분이 높고, 전류 교류 주파수도 속도에 따라 달라지므로 스테퍼 모터는 일반적으로 열이 발생하며, 일반적인 AC 모터보다 상황이 더 심각합니다.

2, 합리적인 범위스테퍼 모터열.

모터의 열 허용 범위는 주로 모터 내부 절연 수준에 따라 달라집니다. 고온(130도 이상)에서 내부 절연 성능은 파괴되기 전까지 유지됩니다. 따라서 내부 온도가 130도를 넘지 않는 한 모터는 링(ring)을 잃지 않으며, 이때 표면 온도는 90도 미만입니다.

따라서 스테퍼 모터 표면 온도는 70~80도 정도가 정상입니다. 간단한 온도 측정 방법은 온도계로 측정하는 것이 유용하며, 대략 다음과 같이 측정할 수 있습니다. 손으로 1~2초 이상 접촉하면 60도를 넘지 않습니다. 손으로만 접촉하면 약 70~80도입니다. 물 몇 방울이 빠르게 증발하면 90도가 넘습니다.

3, 스테퍼 모터속도 변화에 따른 가열.

정전류 구동 기술을 사용하면 스테퍼 모터가 정지 상태 및 저속에서 전류가 일정하게 유지되어 일정한 토크 출력을 유지합니다. 속도가 일정 수준 이상으로 높아지면 모터 내부 역전위가 상승하여 전류가 점차 감소하고 토크도 감소합니다.

따라서 구리 손실로 인한 가열 조건은 속도에 따라 달라집니다. 정지 상태와 저속 회전은 일반적으로 높은 열을 발생시키는 반면, 고속 회전은 낮은 열을 발생시킵니다. 그러나 철손(비록 비중은 적지만)의 변화는 동일하지 않으며, 모터 전체의 열은 두 가지의 합으로 나타나므로, 위의 내용은 일반적인 상황일 뿐입니다.

4. 열의 영향.

모터 열은 일반적으로 모터 수명에 영향을 미치지 않지만, 대부분의 고객은 주의를 기울일 필요가 없습니다. 하지만 심각한 악영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 모터 내부 부품의 열팽창 계수 차이로 인해 구조 응력이 변하거나 내부 공극의 미세한 변화가 발생하여 모터의 동적 응답에 영향을 미치고, 고속에서 스텝이 쉽게 이탈될 수 있습니다. 또한, 의료 장비나 고정밀 검사 장비 등 모터의 과도한 열이 허용되지 않는 환경에서는 모터 열 관리가 필수적입니다.

5. 모터의 열을 줄이는 방법.

발열을 줄이는 것은 구리 손실과 철 손실을 줄이는 것입니다. 양방향 구리 손실을 줄이고 저항과 전류를 줄이려면 모터의 저항과 정격 전류를 최대한 줄여야 합니다. 2상 모터는 병렬 모터가 아닌 직렬 모터로 사용할 수 있습니다. 하지만 이는 토크와 고속 회전 요구 사항과 상충되는 경우가 많습니다. 선택된 모터에 대해 드라이브의 자동 반전류 제어 기능과 오프라인 기능을 최대한 활용해야 합니다. 전자는 모터 정지 시 전류를 자동으로 감소시키고, 후자는 전류를 차단합니다.

또한, 분할 구동은 전류 파형이 정현파에 가깝고 고조파가 적기 때문에 모터 발열도 줄어듭니다. 철손을 줄이는 방법은 많지 않으며, 전압 레벨도 철손과 관련이 있습니다. 고전압으로 구동되는 모터는 고속 특성을 향상시키지만, 발열량도 증가합니다. 따라서 고속, 평활도, 발열, 소음 등의 특성을 고려하여 적절한 구동 전압 레벨을 선택해야 합니다.

스테퍼 모터의 가속 및 감속 과정을 위한 제어 기술.

스테퍼 모터의 광범위한 사용과 함께 스테퍼 모터 제어에 대한 연구 또한 증가하고 있습니다. 시동 또는 가속 시 스테퍼 모터 펄스가 너무 빠르게 변하면 관성으로 인해 회전자가 전기 신호 변화를 따라가지 못하고, 정지 또는 감속 시 같은 이유로 스텝이 끊어지거나 손실되어 오버스테핑이 발생할 수 있습니다. 이러한 오버스테핑 현상을 방지하기 위해 스테퍼 모터의 작동 주파수를 향상시키고 속도 제어를 개선해야 합니다.

스테퍼 모터의 속도는 펄스 주파수, 로터 톱니 수, 그리고 비트 수에 따라 달라집니다. 각속도는 펄스 주파수에 비례하며 펄스와 시간적으로 동기화됩니다. 따라서 로터 톱니 수와 회전 비트 수가 일정하다면 펄스 주파수를 제어하여 원하는 속도를 얻을 수 있습니다. 스테퍼 모터는 동기 토크로 기동하기 때문에 스텝 손실을 방지하기 위해 기동 주파수가 높지 않습니다. 특히 출력이 증가함에 따라 로터 직경이 커지고 관성이 증가하여 기동 주파수와 최대 운전 주파수가 최대 10배까지 차이가 ​​날 수 있습니다.

스테퍼 모터의 시동 주파수 특성은 스테퍼 모터가 시동 시 동작 주파수에 직접 도달하지 않고, 저속에서 서서히 동작 속도까지 상승하는 시동 과정을 거치도록 설계되었습니다. 정지 시에는 동작 주파수를 즉시 0으로 낮추지 않고, 고속에서 점진적으로 속도를 0으로 낮추는 과정을 거치도록 설계되었습니다.

 

스테퍼 모터의 출력 토크는 펄스 주파수가 증가함에 따라 감소합니다. 시동 주파수가 높을수록 시동 토크가 작아지고 부하 구동 능력이 떨어지며 시동 시 스텝 손실이 발생하고 정지 시 오버슈트가 발생합니다. 스테퍼 모터가 필요한 속도에 빠르게 도달하고 스텝 손실이나 오버슈트를 방지하려면 가속 과정과 필요한 가속 토크를 각 작동 주파수에서 스테퍼 모터가 제공하는 토크를 최대한 활용하고 이 토크를 초과하지 않도록 하는 것이 중요합니다. 따라서 스테퍼 모터의 작동은 일반적으로 가속, 등속, 감속의 세 단계를 거쳐야 하며, 가속 및 감속 과정 시간은 가능한 한 짧고 정속 시간은 가능한 한 길어야 합니다. 특히 빠른 응답이 필요한 작업에서는 시작점에서 끝까지 필요한 작동 시간이 가장 짧아야 하며, 가속, 감속 과정이 가장 짧고 정속 시 가장 높은 속도를 유지해야 합니다.

 

국내외 과학자와 기술자들은 스테퍼 모터의 속도 제어 기술에 대해 많은 연구를 수행했으며 지수 모델, 선형 모델 등과 같은 다양한 가속 및 감속 제어 수학 모델을 확립했으며 이를 기반으로 다양한 제어 회로를 설계 및 개발하여 스테퍼 모터의 운동 특성을 개선하고 스테퍼 모터의 응용 범위를 확대했습니다. 지수 가속 및 감속은 스테퍼 모터의 고유한 모멘트-주파수 특성을 고려하여 스테퍼 모터가 스텝을 잃지 않고 움직일 수 있도록 보장하고 모터의 고유한 특성을 최대한 발휘하여 리프트 속도 시간을 단축하지만 모터 부하의 변화로 인해 달성하기 어렵습니다. 선형 가속 및 감속은 부하 용량 범위에서 모터의 각속도와 펄스가 이 관계에 비례하는 것만 고려하고 공급 전압의 변동, 부하 환경 및 특성 변화에 기인하지 않습니다. 이 가속 방법은 가속이 일정하며 단점은 스테퍼 모터 출력 토크를 충분히 고려하지 않는다는 것입니다. 속도 변화의 특성으로 스테퍼 모터 고속에서는 균형이 맞지 않게 됩니다.

 

스테퍼 모터의 가열 원리와 가속/감속 공정 제어 기술에 대한 소개입니다.

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