通過減少空閑電流和運行電流來降低電動機(jī)的熱量-或切換至閉環(huán)控制。

步進(jìn)電機(jī)由于其簡單的設(shè)置和開環(huán)配置的精確定位，因此被廣泛用作運動控制設(shè)備。但是會產(chǎn)生與發(fā)熱相關(guān)的問題。這是因為為開環(huán)步進(jìn)電機(jī)供電的驅(qū)動器不使用反饋來控制提供給該電機(jī)的電流量。取而代之的是，驅(qū)動器始終提供全電流…而不考慮電動機(jī)上的扭矩需求。因此，電機(jī)消耗的功率過高……。浪費能量并產(chǎn)生可避免的熱量。

在某些應(yīng)用中，操作員使用盡可能多的電流來運行開環(huán)步進(jìn)電機(jī)，以產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩。這樣可以確保電機(jī)在應(yīng)用中達(dá)到其位置。但是隨著電流的增加，電動機(jī)溫度也會增加。如果電動機(jī)溫度升高得太高，繞組會短路并且電動機(jī)會停止運行。因此，設(shè)計工程師（和電動機(jī)最終用戶）必須找到方法，在避免電動機(jī)過熱的同時最大化電動機(jī)扭矩。

一種工業(yè)方法是將驅(qū)動器設(shè)置為賦予電動機(jī)其額定電流。這樣做會使電動機(jī)變熱，但不會太熱。步進(jìn)電機(jī)溫度達(dá)到70°，80°甚至90°C是正常的。盡管這些溫度使其太熱而無法接觸電機(jī)，但電機(jī)本身并未受到損害。

但是，設(shè)計工程師（以及電動機(jī)最終用戶）還能如何減少電動機(jī)的熱量？在這里，我們將探索另外三種方式：

1. 減少空閑（保持）電流

2. 降低運行電流

3. 切換到閉環(huán)控制

首先-降低電動機(jī)的空閑（保持）電流

當(dāng)電動機(jī)加速和減速以達(dá)到其標(biāo)記時，許多運動控制應(yīng)用都需要最大的扭矩。但是，當(dāng)電動機(jī)空轉(zhuǎn)或保持位置時，它需要的扭矩要少得多。這些情況是減少電動機(jī)電流的好時機(jī)。

大多數(shù)現(xiàn)代步進(jìn)驅(qū)動器會自動執(zhí)行此操作。例如，驅(qū)動器可能會將閑置電流降低到運行電流的50％。更復(fù)雜的步進(jìn)驅(qū)動器使設(shè)計工程師可以將空閑電流編程為0到100％之間的任何值。如果步進(jìn)電機(jī)甚至花費很少的時間靜止不動，則減少空轉(zhuǎn)電流會對電機(jī)熱量產(chǎn)生重大影響。

第二–降低運行電流

選擇步進(jìn)電機(jī)時，許多設(shè)計工程師會謹(jǐn)慎行事-通常為當(dāng)前應(yīng)用選擇具有足夠扭矩（而不是僅僅足夠扭矩）的電機(jī)。在這些情況下，可以通過一些反復(fù)試驗來降低電動機(jī)的運行電流?；旧希@需要少量降低運行電流并監(jiān)視運動輸出。如果試運行成功，請再次降低運行電流并重新測試電動機(jī)性能。

繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整，直到電機(jī)錯位或失速。然后稍微增加電流，以便電動機(jī)恢復(fù)精確定位。在某些情況下，特別是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的尺寸過大時，工程師可以將運行電流降低到足以顯著降低電機(jī)溫度的程度。

第三-切換至閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)

當(dāng)用閉環(huán)步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)代替開環(huán)步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)時，會最大程度地減少熱量的產(chǎn)生。配備高分辨率編碼器并由合適的閉環(huán)驅(qū)動器供電時，步進(jìn)電機(jī)可在伺服控制環(huán)內(nèi)操作。這種相對較新的系統(tǒng)配置需要工程師更換應(yīng)用程序的電動機(jī)和驅(qū)動器。但是降低溫度的幅度通常是值得的。

回顧一下，閉環(huán)步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)使用反饋回路來精確控制步進(jìn)電動機(jī)的電流，速度和位置。電流回路可確保驅(qū)動器提供給電機(jī)的電流僅為滿足轉(zhuǎn)矩需求所需的量。當(dāng)電動機(jī)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（或產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩）時，電動機(jī)的電流將相應(yīng)地自動下降。這種閉環(huán)控制方案可顯著提高電動機(jī)溫度，在某些應(yīng)用中可將其降低多達(dá)50％或更高。

閉環(huán)步進(jìn)器的其他好處是更快的加速和更高的吞吐量（比額定保持轉(zhuǎn)矩高出多達(dá)50％的轉(zhuǎn)矩）以及更安靜的運行（甚至更安靜10 dB），因為電機(jī)繞組中的電流更少。加上沒有失速，系統(tǒng)精度更高。

閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)集成了高分辨率編碼器，并由集成的閉環(huán)驅(qū)動器驅(qū)動，當(dāng)負(fù)載不需要扭矩時，該驅(qū)動器會自動減小流向電動機(jī)的電流。

測試結(jié)果證實，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)僅在需要時才消耗電流，因此它們比開環(huán)選項運行時更涼，功耗更低?？紤]同時運行開環(huán)和閉環(huán)變化以獲得相同運動曲線的實際測試：

• 加速= 100轉(zhuǎn)/秒2和減速= 100轉(zhuǎn)/秒2

• 距離= 5轉(zhuǎn)和速度= 10轉(zhuǎn)/秒

• 停留時間= 0.1秒

兩者均具有設(shè)定的負(fù)載慣量和轉(zhuǎn)子慣量，并通過48 Vdc電源供電。下圖中的結(jié)果表明，提供此類輸出的開環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)的平均功耗為43.8W。

相反，可比較的閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)僅消耗14.2 W的功率即可交付相同的程序。降低的功耗可減少熱量產(chǎn)生并降低電費。

Applied Motion Products進(jìn)行的測試結(jié)果證實，閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)消耗的電流比同類開環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)消耗的電流少，并且保持較低的溫度。