步进电机空载时发热大还是带载时发热大? 点击：20424 | 回复：426
发表于：2007-04-27 11:40:00
43楼
其实我是帮楼主定性分析热源，至于具体热源在总体热源中占多大比例，只定性是分析不了的。我同意阻尼发热量可以被忽略的实践经验结果。
至于“电机电流变化率”与“速度”的关系，这里实际上还是一个宏观与微观的关系。
宏观上，只要速度不变，绕组电流波形只要不存在失真，那么也是不变的。
微观上，空载时，电机对外做功很小，不必从电源吸取更多的能量，此时从电源侧看，供给能量除少部分克服空载阻尼外，主要用于补充绕组的焦耳能量损失。相应地，绕组中流过的电流主要源自绕组的电感储能和续流作用，直接由电源供给的电流则只占很少一部分，远小于绕组总电流，因而此时电流变化率很小。
带载后，电机开始对外做功，做功量取决于负载力矩和转速，此时电机必须从电源吸取足够多的能量以对抗负载造成的能量输出，只要负载足够大，从电源侧看，供给能量除少部分克服空载阻尼以及用于补充绕组的焦耳能量损失外，大部分能量都用于克服负载做功了，而这部分能量是每次由PWM周期或斩波周期中由电源注入绕组的。相应地，绕组中流过的电流中就有不小的一部分直接来自电源的周期性供给，因而此时绕组中电流的微观变化率增大。
这一过程也可以用功角来解释，空载时，步进电机功角很小，绕组电流矢量与反电势矢量的点积很小，绕组电流基本源自绕组电感的续流作用，消耗很小，微观电流变化率很小；带载时，步进电机功角扩大，绕组电流矢量与反电势矢量的点积增大，由于需对外做功，绕组电流消耗增大，来自电源的周期性电流注入和补充增多，微观电流变化率变大。
至于“电机电流变化率”与“速度”的关系，这里实际上还是一个宏观与微观的关系。
宏观上，只要速度不变，绕组电流波形只要不存在失真，那么也是不变的。
微观上，空载时，电机对外做功很小，不必从电源吸取更多的能量，此时从电源侧看，供给能量除少部分克服空载阻尼外，主要用于补充绕组的焦耳能量损失。相应地，绕组中流过的电流主要源自绕组的电感储能和续流作用，直接由电源供给的电流则只占很少一部分，远小于绕组总电流，因而此时电流变化率很小。
带载后，电机开始对外做功，做功量取决于负载力矩和转速，此时电机必须从电源吸取足够多的能量以对抗负载造成的能量输出，只要负载足够大，从电源侧看，供给能量除少部分克服空载阻尼以及用于补充绕组的焦耳能量损失外，大部分能量都用于克服负载做功了，而这部分能量是每次由PWM周期或斩波周期中由电源注入绕组的。相应地，绕组中流过的电流中就有不小的一部分直接来自电源的周期性供给，因而此时绕组中电流的微观变化率增大。
这一过程也可以用功角来解释，空载时，步进电机功角很小，绕组电流矢量与反电势矢量的点积很小，绕组电流基本源自绕组电感的续流作用，消耗很小，微观电流变化率很小；带载时，步进电机功角扩大，绕组电流矢量与反电势矢量的点积增大，由于需对外做功，绕组电流消耗增大，来自电源的周期性电流注入和补充增多，微观电流变化率变大。
发表于：2007-04-28 09:26:00
45楼
1. 对"由于运动产生的热量。不过，我觉得，这部分的热量及其是否带载而产生的变化，相对于电流产生的热量，应该是比较小，小到可以不理睬的"\ "步进电机的发热主要是线圈电阻发热 就算高速的时候（<3000r/m）涡流和摩擦发热也是很小的！"\ "至于摩擦大之类的我想和铜线发热比起来应该可以忽略" \"我一直以为，这部分热量，相对于电流发热而言，可以忽略不计"\"我同意阻尼发热量可以被忽略的实践经验结果。" 等等, 专家们达成的一致意见, 本人痛心疾首,欲哭无泪......
2. 如果阻尼发热在空载、带载时能被忽略，那么， 请求删除本贴。然而， 这仅仅是众位专家“觉得，应该，我想，以为，同意”的， 我可以很明确的告诉大家， 专家错了。
2. 如果阻尼发热在空载、带载时能被忽略，那么， 请求删除本贴。然而， 这仅仅是众位专家“觉得，应该，我想，以为，同意”的， 我可以很明确的告诉大家， 专家错了。
发表于：2007-04-28 10:22:00
51楼
假设步进电机空载，正处于整步位置, 当前脉冲是让它走到下一个整步。那么， 这个过程对电机转子做的功，其实是这段距离上（一个整步）电磁力的积分。这个积分值，从理论计算上，只与电磁力和距离有关系，而与转动的速度没有直接关系，从而可以近似认为，步进电机每一个整步对电机转子做的功，是一个恒定值。 假如没有阻尼（包括摩擦，磁阻等），步进电机做的这个功，就等于转子获得的动能，在目标整步位置时，速度最大，动能最大，转子将在目标位置做无阻尼震荡。然而，事实上， 每一个整步位置（假设步进电机运行不带细分），电机转子都是静止的。我只想问，转子本应有的动能，就是步进电机每一个整步对其做的可以认为恒定的功， 到哪去了？？？？？
发表于：2007-04-28 10:37:00
54楼
重复问题:
假设步进电机空载，正处于整步位置, 当前脉冲是让它走到下一个整步。那么， 这个过程对电机转子做的功，其实是这段距离上（一个整步）电磁力的积分。这个积分值，从理论计算上，只与电磁力和距离有关系，而与转动的速度没有直接关系，从而可以近似认为，步进电机每一个整步对电机转子做的功，是一个恒定值。 假如没有阻尼（包括摩擦，磁阻等），步进电机做的这个功，就等于转子获得的动能，在目标整步位置时，速度最大，动能最大，转子将在目标位置做无阻尼震荡。然而，事实上， 每一个整步位置（假设步进电机运行不带细分），电机转子都是静止的。我只想问，转子本应有的动能，就是步进电机每一个整步对其做的可以认为恒定的功， 到哪去了？？？？？
假设步进电机空载，正处于整步位置, 当前脉冲是让它走到下一个整步。那么， 这个过程对电机转子做的功，其实是这段距离上（一个整步）电磁力的积分。这个积分值，从理论计算上，只与电磁力和距离有关系，而与转动的速度没有直接关系，从而可以近似认为，步进电机每一个整步对电机转子做的功，是一个恒定值。 假如没有阻尼（包括摩擦，磁阻等），步进电机做的这个功，就等于转子获得的动能，在目标整步位置时，速度最大，动能最大，转子将在目标位置做无阻尼震荡。然而，事实上， 每一个整步位置（假设步进电机运行不带细分），电机转子都是静止的。我只想问，转子本应有的动能，就是步进电机每一个整步对其做的可以认为恒定的功， 到哪去了？？？？？
发表于：2007-04-28 14:00:00
57楼
现在来回答楼主的最新问题：“转子本应有的动能，就是步进电机每一个整步对其做的可以认为恒定的功， 到哪去了？？？？？”
其实楼主的分析，已经告诉大家，这部分“功”去哪里了，就是你指出的“假如没有阻尼（包括摩擦，磁阻等）”，而实际情况恰恰是有阻尼，（部分）被阻尼消耗了。
这样就产生了你对“大家（专家）”的不满，觉得大家认为“阻尼发热在空载、带载时能被忽略”是“错了”！那么在这里就有一个必须澄清一个概念，即何谓“阻尼”，显然大家认为可以被忽略的阻尼仅指摩擦阻尼，这也是符合常理的；楼主认为还应包括电磁阻尼，这也是没有错误的，所以这种认识上的差异最终导致了楼主对大家的非难。
电磁阻尼消耗的“功”最终去哪里了，这是接下来需要讨论的问题。如果明确电磁阻尼的消耗方式，可以有助于理解被消耗的“功”哪里去了，其实电磁阻尼的纯消耗方式无外乎还是“铜损”和“铁损”，对于步进电机而言别无他法。
但是还不仅仅如此，另有一部分“功”不是被白白消耗了，而是被转移了，转移到电源侧的储能电容上去了。正如楼主分析的“步进电机做的这个功，就等于转子获得的动能，在目标整步位置时，速度最大，动能最大”。在达到“目标整步位置”之前，电源对电机注入能量做功，电机获得动能；在超越目标位置后，电源对电机起到制动作用，电机动能回馈为再生制动能量；此后在电机处于目标位置附近来回做阻尼振荡的过程中，除电磁阻尼消耗外，绕组电流对转子的这种由做功到制动的交替过程也在不断进行。
至此，基本分析清楚了“功”的去处，其中作为电磁阻尼被消耗的部分，还是可以归入铜损和铁损的，因此也就不必过于苛求和非难“专家”（大家）了。
最后，针对此事谈一点个人看法，楼主的钻研精神令人钦佩，后生可畏，就凭着这股劲楼主将来一定能做成一番事业。但是，作为论坛版主之一，个人认为，论坛更应该像一个技术沙龙，应用技术或者技术应用，而不是学术沙龙，此观点未与总版主交换意见。因此以此观点看，楼主的问题讨论到今天，未免些形而上，过于学术化了。国内这么多做步进驱动的，我想也未必真的有人似楼主这般考虑过问题，也许是水平未到，也许是认识不足，也许有人也会说没有必要。诚然，勇于思考是可贵的，而善于思考则更是必要的。就如刘斑竹这两天的某个回帖中关于“有志者，事竟成”和“有智者，事易成”的道理一样（刘斑竹发言越来越有智者风范），思考也应该有个度，智的度，取舍的度，至少不应该为思考所困。希望楼主三思。
其实楼主的分析，已经告诉大家，这部分“功”去哪里了，就是你指出的“假如没有阻尼（包括摩擦，磁阻等）”，而实际情况恰恰是有阻尼，（部分）被阻尼消耗了。
这样就产生了你对“大家（专家）”的不满，觉得大家认为“阻尼发热在空载、带载时能被忽略”是“错了”！那么在这里就有一个必须澄清一个概念，即何谓“阻尼”，显然大家认为可以被忽略的阻尼仅指摩擦阻尼，这也是符合常理的；楼主认为还应包括电磁阻尼，这也是没有错误的，所以这种认识上的差异最终导致了楼主对大家的非难。
电磁阻尼消耗的“功”最终去哪里了，这是接下来需要讨论的问题。如果明确电磁阻尼的消耗方式，可以有助于理解被消耗的“功”哪里去了，其实电磁阻尼的纯消耗方式无外乎还是“铜损”和“铁损”，对于步进电机而言别无他法。
但是还不仅仅如此，另有一部分“功”不是被白白消耗了，而是被转移了，转移到电源侧的储能电容上去了。正如楼主分析的“步进电机做的这个功，就等于转子获得的动能，在目标整步位置时，速度最大，动能最大”。在达到“目标整步位置”之前，电源对电机注入能量做功，电机获得动能；在超越目标位置后，电源对电机起到制动作用，电机动能回馈为再生制动能量；此后在电机处于目标位置附近来回做阻尼振荡的过程中，除电磁阻尼消耗外，绕组电流对转子的这种由做功到制动的交替过程也在不断进行。
至此，基本分析清楚了“功”的去处，其中作为电磁阻尼被消耗的部分，还是可以归入铜损和铁损的，因此也就不必过于苛求和非难“专家”（大家）了。
最后，针对此事谈一点个人看法，楼主的钻研精神令人钦佩，后生可畏，就凭着这股劲楼主将来一定能做成一番事业。但是，作为论坛版主之一，个人认为，论坛更应该像一个技术沙龙，应用技术或者技术应用，而不是学术沙龙，此观点未与总版主交换意见。因此以此观点看，楼主的问题讨论到今天，未免些形而上，过于学术化了。国内这么多做步进驱动的，我想也未必真的有人似楼主这般考虑过问题，也许是水平未到，也许是认识不足，也许有人也会说没有必要。诚然，勇于思考是可贵的，而善于思考则更是必要的。就如刘斑竹这两天的某个回帖中关于“有志者，事竟成”和“有智者，事易成”的道理一样（刘斑竹发言越来越有智者风范），思考也应该有个度，智的度，取舍的度，至少不应该为思考所困。希望楼主三思。
发表于：2007-04-28 14:40:00
58楼
1. 部份仁兄认为我的贴中有冷嘲热讽、含沙射影的语句， 我不否认， 但最终目的只是想请大家看贴时认真点，思考时仔细点，以助我弄清这个问题， 相信大家从中也会有至少一点点的收获的。至于我一直申请本贴精华， 只是想认更多的人参与讨论。因为对这个问题非常感兴趣，很想弄透这个问题。
2.至少波恩兄说的"楼主的问题讨论到今天，未免些形而上，过于学术化", 我不是很理解这句话乃至整段话的意思, 也不想去理解, 现在我只想把这个问题弄透.
回到正题:
1. 其实波恩上面说的东西,我都想过(咱电机拖动重修了两次也不是白修的)。 “另有一部分“功”不是被白白消耗了，而是被转移了，转移到电源侧的储能电容上去”， 虽然对这句话有点意见， 但考虑到控制电路会因人不同，有的人会用续流管，而有人的不用，这里先按下不提。
2。“其实电磁阻尼的纯消耗方式无外乎还是“铜损”和“铁损”，是不是可以理解成“电机发热”呢？ 如果可以的话， 那是不是可以说空载时，电机对转子做的功， 最后全部都变成了“电机发热”？
2.至少波恩兄说的"楼主的问题讨论到今天，未免些形而上，过于学术化", 我不是很理解这句话乃至整段话的意思, 也不想去理解, 现在我只想把这个问题弄透.
回到正题:
1. 其实波恩上面说的东西,我都想过(咱电机拖动重修了两次也不是白修的)。 “另有一部分“功”不是被白白消耗了，而是被转移了，转移到电源侧的储能电容上去”， 虽然对这句话有点意见， 但考虑到控制电路会因人不同，有的人会用续流管，而有人的不用，这里先按下不提。
2。“其实电磁阻尼的纯消耗方式无外乎还是“铜损”和“铁损”，是不是可以理解成“电机发热”呢？ 如果可以的话， 那是不是可以说空载时，电机对转子做的功， 最后全部都变成了“电机发热”？
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