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步进电机空载时发热大还是带载时发热大? 点击：21052 | 回复：426



奔三十的男孩

    
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发表于：2007-04-23 10:50:00
楼主
突然想到一个问题, 步进电机空载时电机本身发热大, 还是带换载时电机本身发热大?
按我的理解, 如果可以假设步进电机输出功率稳定, 那么空载时, 电机本身的发热量=电机输出功率, 带负载时, 电机本身的发热量= 电机输出功率-负载获得的能量. 那么就是说, 步进电机空载时发热比带载时发热大啰??????
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 10:36:00
201楼
哎,设置颜色有误, 真可惜.  
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 10:59:00
202楼
[color=#FF0000]对以上<<步进电机变载变频测外部电源的电流电压变化实验>>
本人的结论是: 
1. 步进电机在脉冲频率一定时, 无论电机是运行还是静止,无论负载如何变化,宏观上都可以将其消耗的总功率看成是一个恒定值. 随着负载的增大, 负载获得的能量增大, 步进电机本身的发热量将减小. 即步进电机静止时发热量=空载时发热量>小负载发热量>大负载发热量. 
    此结论的理由, 在此贴中本人多次重复及强调并作了很多比例, 在此不再重复.

2. 步进电机在变频恒载时, 宏观上也可认为其消耗的总功率恒定. 故在其不丢步的前提下, 负载获得的能量越高, 其电机本身发热量就越低. 故, 在变频恒载且不丢步的前提下, 步进电机脉冲频率越高, 负载获得能量越大, 电机本身发热量越小. 
   此结论的理由, 建议参考本贴中关于以上结论1"步进电机静止时发热量=空载时发热量>小负载发热量>大负载发热量"中的部份理由去理解.  但从震荡,摩擦及相应能量转移的角度考虑, 与目前本人的解理有点不符, 正在思考当中. 
   
注意(再次重复前面内容): 对步进电机言，“负载的大小”不能简单以负载的轻重甚至力的大小来评价。  “负载的大小”应该以将电机提供的能量转化成其它能量形式的能力来评价。 如果负载不能将电机的能量转化成其它能量（诸如机械能，发电机的电能，特定负载的内能等），那么， 都可将负载看成是“零负载”。[/color]
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QQ289710360

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发表于：2007-05-04 11:26:00
203楼
偶想 是否还要考虑下电机的速度 
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 11:30:00
204楼
TO   QQ289710360:
   "偶想 是否还要考虑下电机的速度"
   你不认为是:  对步进电机而言, 在不丢步的前提下, 电机的速度可以直接由脉冲频率决定吗??????????????????????????????
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lotus毛毛虫

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发表于：2007-05-04 11:45:00
205楼
现在有结果了吗???
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 14:12:00
206楼
TO lotus毛毛虫:
   个人鄙陋之见不敢妄称"结果",  不过在下将继续努力, 以让结论更接近"结果". 
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 14:51:00
207楼
[color=#0000FF][color=#808000][color=#008000][color=#800080][color=#FF0000]就上面的两点结论，在前面谈的理由上，再补充些个人的理解：
    大家在实际经验中, 总感觉步进电机几乎没有过载能力, 或是负载大了, 就丢步, 或是脉冲频率高(电机较速高)了,  输出力矩降下来了.  其实, 其根本原因是, 宏观上,步进电机本身不会因为负载, 或脉冲频率的原因,来改变其输出功率, 当我们想增大负载,或增高脉冲频率时, 从功的角度看, 都是增加了负载获得的功率。 
    在一定的增加范围里， 会有这样的现象，电机消耗能量不变，成负载获得的能量增大， 电机本身发热量减小，就是我常说的“彼消此长”。 但一旦超过某个临界点， 电机的功率就显得捉襟见肘了，入不敷出了， 只能由丢步来降低负载能量的获得。 这里需要注意， 这个临界负载功率， 绝对不是电机的消耗功率， 而是比电机的消耗功率小的某个值， 具体小多少，由电机的结构，绕组情况，摩擦，磁阻等等都有关系， 定性计算将会非常复杂。  
    那至于增加脉冲频率，增加了负载能量， 它“彼消此长”，“消”掉的是那里产生的热量呢？  也许会有很多人反对，但我还是要说， 是减小震荡中产生的摩擦及磁阻阻尼产生的热量。 大家不禁要问（其实我自己何尝不反问过自已）： 电机转速快，产生的震荡会减小？？？？？？    很“不幸”，  对步进电机而言， 确实如此！！！！！！       举例理解：  电机带负载整步运动，  一步一步很慢的走，与转速非常快，快到中间几乎没有停顿来比较，  我们会看清楚的看到， 电机较速慢时， 抖动会非常明显，几乎是动一下，电机跳一跳，   但转速非常快时， 会发现电机运行非常平滑，没有什么震动。（ 注意，一定要注意： 这个试验不能空载做， 因为空载时高频与低频一样，能量转移不出去，最终还是全部都变成热量， 其运行结果是， 由低频大幅震动，变成高频较小幅震动。）[/color][/color][/color][/color][/color]
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 14:57:00
208楼
为了方便大家看贴，重复一些本贴以前自认关键的部分，下不为例： 
“　2007-4-29 20:21:00：
  关于步进电机空载和带载时， 所消耗的总功率是否相同的问题， 我个人的看法是相同的。这里以恒流控制器，脉冲频率不变时为例讨论。
 理由一： 电机在空载、带载、带载偶有堵转等情况下，无论是观察外部电源的电流值，电压值，还是用示波器测外部电源波形， 都没有任何变化，用示波器测各相波形，在没有堵转的情况下，没有任何变化，堵转时在原有波形基础上+少量毛刺。
  理由二： 步进电机的运动过程是一个“启-动-震荡-停-启-动-震荡-停”的过程， 这个过程，在空载时表现为一个浪费转子的动能（动能不被利用而最终全转成热能）的过程， 而带上负载时， 一分部在空载时将转化成热能的动能， 将以负载获得的能量的形式转移， 从而减少电机热能的产生。很显然， 负载为0时， 步进电机的效率为0， 外部电源提供的能量将全部变成热能， 当负载增加时（负载不大于电机最大输大扭矩为前提）， 效率也随之增加。
  理由三： 对步进电机而言，其宏观速度只与脉冲频率有关（以不丢步为前提）， 而与负载的多少没有任何关系，只要电机多得动， 那它本该走多少步就步多少步， 本该走多远就走多远，本该多快就走多快，而与负载的大小无关。
  理由四： 从反电动势角度看， 由于负载的大小并不影响电机转速， 所负载的大小并不影响反电动势（当然，微观角度看还是有差别的，但其宏观效果是一样的）。 负载的大小， 其实并不对反电动势， 电流， 相电压构成任何影响（宏观角度），外部电源并不感受到负载的变化所带来的任何变化， 当然其消耗的功率也不会有变化。  
理由五： 从震荡角度看， 空载时电机转子的震荡明显比带负载时强烈， 由此差生的摩擦热也比带载时多。 另外， 由于震荡过程中会切割磁感线产生电能， 而这部分电能在步进电机上转化形式是热能（以波恩所言，基本上是不可能回馈电网的，另外，一般都有回流管或泄放电阻提供的这部分电能转成热能的通道，以消除其带来的有害冲击）， 由于空载比带负载时电机的震荡强烈， 所产生的电能也较带载明显多，故空载时电机发热比带载时大
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 15:05:00
209楼
2007-4-25 10:21:00 
将步进电机消耗的功率看成由高处往下流的水, 看也一恒定值.
    频率太高,负载太大等造成的堵转：相当于发电站，水冲不动涡轮，发不出电，那水的能量还得全部变成内能吧？
　　转子静止：压根就没想发电，那能量还不全部变成内能？
　　空载或负载很小：　倒是能发电，　但发电站容量太小，全世界的水倒进去只能使一个ＬＥＤ发光。那绝大部份的水能也还得变成内能。 
    负载在一定范围内增大: 发电机增大, 发电效率提高, 水的电量变成热能的部份减小.
 
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 15:09:00
210楼
[color=#FF0000]2007-4-29 18:50:00 
    我之前说过“步进步进,一步一停的进, 步进电机的运行过程, 其实就是一个能源浪费(浪费转子的动能)的过程,  加负载, 对步进电机而言, 可以说是"变费为宝", 因为不用白不用”，  空载时是不是可以认为效率为0？ 加了负载效率是不是提高了， 而且在一定范围内（不产生丢步的范围内）是不是负载越大， 效率越高？？？ 
 [/color]
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发表于：2007-05-04 15:14:00
211楼
版面搞得这么乱, 不是我的本意, 本想"给点颜色给你们看的", 但搞得一塌糊涂, 哎, 真是事与愿违!
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 15:27:00
212楼
[color=#FF0000]2007-4-29 22:16:00 
    在步进电机恒脉冲频率运转过程中，由于步进电机宏观速度没有变化，宏观上电流和电压是没有变化的， 是不随负载的变化而改变的。 
      负载小时， 转子从开始位置到第一次到达目标位置（假设为整步位置）过程中的平均速度，是要比负载大时的平均速度大的， 相对的，反电动势也要大一点（微观上看），但是负载小的在到达目标位置后的过冲过程中切割磁感线产生的电动势， 也要比负载大的要大一点， 由于反电动势与切割磁感线产生的电动势方向是相反的，估将开始位置到最后停在整步位置作为一个整体来看的话， 负载大与负载小的平均反电动势是一样的。故微观上虽然有差别， 但宏观上是没有差别的。 [/color]
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发表于：2007-05-04 16:13:00
213楼
至于从反电动势角度考虑, 恒负载时,脉冲频率变化时, 相电压, 相电流的变化情况,  本人虽然痛苦思考很久, 一直没能找到合理的解释:  按我们正常的理解(参考大江大海2007-5-2 21:11:00 ),纯开环的步进控制时, 脉冲频率增高, 电机转速加快, 反电动势加大, 应该结果是宏观相电流会变小, 但是, 相电压该增大还是减小或不变呢?   消耗功率又该增大还是减小还是不变呢?　（由于现在手头上没有纯开环步进控制器，　故相关试验现在还没法做）

难道以上的种种诸如＂步进电机消耗功率不随脉冲频率或负载大小而变化，宏观上可看成是一恒定值＂的结论　只适合恒流控制器？？？？？？　

即使恒流控制器，　以上说法也很难说得过去！　如是高频会造成反电动势增加，　　而要维持恒流状态，非常明显，需要提高相电压，　那么，更加明显的是，　　电机消耗的功率将增加！　更更明显的是，　　外部直流电源的电流或电压值将会有所增加！！　然而，　就我做的试验来看，　我并没有看到外部电源或电压的任何明显变化！！！
　哪里错了？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？
　[color=#FF0000]本人断定，对步进电机而言，　反电动势的理解，　应该跟连续运转的电机类型有所不同！！！！！！！[/color]
（嘿嘿，　真是一条道走到黑，自已都服了）
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 16:22:00
214楼
哎,恨只恨手头没有合适的仪器及负载,  要有仪器可以直接测量步进电机的能耗就爽了!
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-04 16:28:00
215楼
[color=#FF0000]突想起来一点,补充一下: 本贴目前为止, 所有的试验,用的控制器都在电源输入处接有单向导通管, 在电机绕组接线端接有续流管. [/color]
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-05 10:35:00
216楼
翻了个能用的纯开环步进控制器, 简单做了以下试验:
实验条件: 自制纯开环PWM步进控制器, 30细分, 两相混合电机, 一个整步1.8度, 室温环境, 电源输入端接有单向导通管, 电机绕组接线端无续流管.   此板子是早期作品, 性能比较差, 细分不均匀,对试验结果准确性有一定的影响.
一. 外部电源电压为12V, 实验中未出现任何波动.
二. 脉冲频率为2048HZ时, 正常空载时外部电源电流相对比较稳定, 在0.42A左右. 带上负载, 或堵转对电流的变化基本无影响.
三. 脉冲频率为512HZ时,  正常空载时外部电源电流波动比较大, 范围在0.46-0.50间,平均值大概在0.48A左右, 带上负载, 或堵转对电流的变化基本无影响.
四, 脉冲频率为128HZ时, 正常空载时外部电源电流波动非常大, 范围在0.4-0.65之间, 平均值大概在0.52左右, 带上负载, 或堵转对电流的变化基本无影响.
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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-05 11:21:00
217楼
对上述试验情况, 个人的理解是:
1.  造成高频比低频时的平均电流小, 波动小的因素中,  反电势占的比例应该非常小, 因为无论是高频,低频(相对的), 电机整体较速都很慢, 反电动势即使有, 也不会可影响这么大. 再说了, 反电动势应该不会减小由于细分不均造成的电流波动.  主要的因素是, 细分点没有分布在正弦曲线上, 在载波频率较高时, 通过电机绕组会产生失真(或是理解为高频交流信号通过电感时被滤掉一部分, 还是什么谐波什么的,  这方面的理论知道差, 望达人指点),在一定程度上缓和细分不均带来的波动,并在一定程度上减小相电流.

2. 在脉冲频率不变时, 电机消耗的功率, 不随负载的变化而变化.    其它发热什么的都与前面的观点一致, 不再重复.  

3.  本人预计, 如果细分点能尽量均匀的分布在正弦曲线上的话, 做相同试验时, 电流波动将会很小, 外部电源平均电流值的大小受脉冲频率变化的影响将会很小. 
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波恩

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发表于：2007-05-05 11:44:00
218楼
看你这两天如此辛苦的为问题所煎熬，真是赞叹！

你在(2007-5-4 10:34:00)所述的实验数据中，已经体现了负载对于步进系统的输入能量的影响，即空载0.31A，反载0.32A，顺载0.30A，而不是你一再坚称的没有变化。

既然你人在江门，不知离珠海有多远？与其这样冥思苦想，夜不能寐，不如抽点时间去拜访专家。有一个专家在技术上是绝对值得拜访的，不过不知人家是否有时间搭理你的困惑。此人就是时任珠海运控董事长的王宗培教授，是哈工大博导，也是国内最富盛名的步进电机专家，国内的混合式步进电机产业基本上是他老人家一手带起来的，或者至少也是由这一脉技术体系扩散出来的。不想试试？！

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奔三十的男孩

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发表于：2007-05-05 14:15:00
219楼
谢谢波恩兄的指点. 
    珠海挺近,不过像我这样冒昧地去拜访专家,结果是可以预见的.  而且, 我想, 自已在现有的条件上再多做一些试验, 尽量自已先得到具有充分理由的结论, 再谈也不迟. 
    个人认为, 像这样自已一步一步向前摸索, 碰到问题就"冥思苦想，夜不能寐",  收获确定挺大的,  目前还不想改变这种方式. 
   另外, 相信我把我的思考过程这样列出来, 对许多人, 特别是我这样的新手,  对更全面的理解步进电机, 是有好处的. 
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奔三十的男孩

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220楼
回到正题, 
波恩兄你说
   "你在(2007-5-4 10:34:00)所述的实验数据中，已经体现了负载对于步进系统的输入能量的影响，即空载0.31A，反载0.32A，顺载0.30A，而不是你一再坚称的没有变化。"  
    对, 我一直是坚持"没有变化"的,  不过, 我在贴中多次提及, 是宏观上没有变化,微观上是有所不同的. 就目前这个0.31A, 0.32A, 0.30A的情况, 很难说算不算宏观上有变化.  因为在负载变化情况如此之大, 即负载获得的能量相差如此之大的情况下(打这句话时底气很不足,也不知道我这样的"模拟负载"算不算数的), 电流才有那么一点的差别, 能说明多大的问题?  怎么去理解这一点的变化？
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