स्टेपर मोटर के गर्म होने के कारण का विश्लेषण

पहला कारण।

इसके सबसे महत्वपूर्ण फायदों में से एक यह है किस्टेपर मोटर्सओपन-लूप सिस्टम में सटीक नियंत्रण प्राप्त किया जा सकता है। ओपन-लूप नियंत्रण का अर्थ है कि (रोटर की) स्थिति के बारे में किसी भी फीडबैक जानकारी की आवश्यकता नहीं होती है।

इस नियंत्रण प्रणाली में महंगे सेंसर और ऑप्टिकल एनकोडर जैसे फीडबैक उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि रोटर की स्थिति जानने के लिए केवल इनपुट स्टेपिंग पल्स को ही ट्रैक करना होता है। हाल ही में, कुछ ग्राहकों ने हमारे शांगशे मोटर इंजीनियरों को बताया है कि स्टेपर मोटर्स में भी गर्मी की समस्या हो सकती है, तो इस समस्या का समाधान कैसे किया जाए? 

1. कम करेंस्टेपर मोटरऊष्मा को कम करने के लिए कॉपर लॉस और आयरन लॉस को कम करना आवश्यक है। कॉपर लॉस को दो दिशाओं में कम करने से विद्युत ऊर्जा और धारा कम होती है, जिसके लिए मोटर में कम प्रतिरोध और यथासंभव कम रेटेड धारा का चयन करना आवश्यक है। दो-फेज स्टेपर मोटर को समानांतर मोटर के बजाय श्रृंखला में उपयोग किया जा सकता है, लेकिन यह अक्सर टॉर्क और उच्च गति की आवश्यकताओं के विपरीत होता है।

2. चयनित मोटर के लिए, ड्राइव के स्वचालित अर्ध-धारा नियंत्रण फ़ंक्शन और ऑफ़लाइन फ़ंक्शन का पूरा उपयोग किया जाना चाहिए, पूर्व मोटर के आराम की स्थिति में होने पर स्वचालित रूप से धारा को कम कर देता है, जबकि बाद वाला धारा को पूरी तरह से काट देता है।

3. इसके अतिरिक्त, सबडिवीजन स्टेपर मोटर ड्राइव में करंट वेवफॉर्म साइनसोइडल के करीब होने के कारण, हार्मोनिक्स कम होते हैं और मोटर का तापमान भी कम होता है। आयरन लॉस को कम करने के कुछ तरीके हैं, जिनमें वोल्टेज का स्तर भी शामिल है। उच्च वोल्टेज ड्राइव मोटर से उच्च गति की विशेषताएँ तो बढ़ती हैं, लेकिन साथ ही गर्मी का उत्पादन भी बढ़ता है। 

4. उच्च बैंड, सुगमता और ऊष्मा, शोर और अन्य संकेतकों को ध्यान में रखते हुए उपयुक्त ड्राइव मोटर वोल्टेज स्तर का चयन करना चाहिए।

दूसरा कारण।

स्टेपर मोटर में ऊष्मा का प्रभाव आमतौर पर मोटर के जीवनकाल पर नहीं पड़ता, इसलिए अधिकांश ग्राहकों को इस पर ध्यान देने की आवश्यकता नहीं होती। लेकिन गंभीर रूप से गर्म मोटर के गर्म होने से कुछ नकारात्मक प्रभाव पड़ सकते हैं। उदाहरण के लिए, स्टेपर मोटर के आंतरिक तापीय विस्तार गुणांक में होने वाले परिवर्तन और आंतरिक वायु अंतराल में मामूली बदलाव के कारण मोटर की गतिशील प्रतिक्रिया प्रभावित होती है, जिससे उच्च गति पर स्टेपिंग में गड़बड़ी हो सकती है। एक अन्य उदाहरण यह है कि कुछ स्थितियों में स्टेपर मोटरों द्वारा अत्यधिक ऊष्मा उत्पन्न होना अस्वीकार्य है, जैसे कि चिकित्सा उपकरण और उच्च परिशुद्धता परीक्षण उपकरण। इसलिए, स्टेपर मोटर की ऊष्मा को नियंत्रित करना आवश्यक है। मोटर में ऊष्मा का कारण ये पहलू हैं।

1. ड्राइवर द्वारा निर्धारित धारा मोटर की रेटेड धारा से अधिक है।

2. मोटर की गति बहुत तेज़ है

3. मोटर में उच्च जड़त्व और स्थिति निर्धारण बल होता है, इसलिए मध्यम गति पर चलने पर भी यह गर्म हो जाती है, लेकिन इससे मोटर के जीवनकाल पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता। मोटर का विचुंबकन बिंदु 130-200 डिग्री सेल्सियस है, इसलिए 70-90 डिग्री सेल्सियस के बीच मोटर का तापमान सामान्य है। 130 डिग्री सेल्सियस से कम तापमान होने पर आमतौर पर कोई समस्या नहीं होती। यदि मोटर वास्तव में अधिक गर्म हो रही है, तो ड्राइव करंट को रेटेड मोटर करंट के लगभग 70% पर सेट करें या मोटर की गति को कुछ कम कर दें।

तीसरा कारण।

डिजिटल एक्चुएशन एलिमेंट के रूप में स्टेपर मोटर का व्यापक रूप से मोशन कंट्रोल सिस्टम में उपयोग किया जाता है। स्टेपर मोटर का उपयोग करने वाले कई उपयोगकर्ताओं और मित्रों को मोटर के अत्यधिक गर्म होने का अनुभव होता है, और वे यह नहीं जानते कि यह घटना सामान्य है या नहीं। वास्तव में, स्टेपर मोटरों में गर्मी उत्पन्न होना एक सामान्य घटना है, लेकिन किस स्तर की गर्मी को सामान्य माना जाता है, और स्टेपर मोटर की गर्मी को कैसे कम किया जा सकता है?

 

आगे हम कुछ सरल वर्गीकरण करेंगे, उम्मीद है कि व्यावहारिक अनुप्रयोगों के वास्तविक कार्य में यह उपयोगी होगा।

1 मोटर हीटिंग सिद्धांत

हम आमतौर पर सभी प्रकार की मोटरों में आंतरिक कोर और वाइंडिंग कॉइल देखते हैं। वाइंडिंग में प्रतिरोध होता है, जिसे ऊर्जा देने पर हानि उत्पन्न होती है। हानि की मात्रा प्रतिरोध और धारा के वर्ग के समानुपाती होती है, जिसे अक्सर कॉपर हानि कहा जाता है। यदि धारा मानक डीसी या साइन तरंग नहीं है, तो इसमें हार्मोनिक हानि भी शामिल होती है। कोर में हिस्टैरिसीसिक एड़ी धारा प्रभाव होता है, जो प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र में भी हानि उत्पन्न करता है। यह हानि पदार्थ, धारा, आवृत्ति और वोल्टेज पर निर्भर करती है, जिसे लौह हानि कहा जाता है। कॉपर हानि और लौह हानि ऊष्मा के रूप में प्रकट होती हैं, जिससे मोटर की दक्षता प्रभावित होती है। स्टेपर मोटरें आमतौर पर सटीक स्थिति निर्धारण और टॉर्क आउटपुट पर केंद्रित होती हैं, इसलिए इनकी दक्षता अपेक्षाकृत कम होती है। धारा आमतौर पर अधिक होती है और इसमें उच्च हार्मोनिक घटक होते हैं। धारा की आवृत्ति में भी गति के साथ परिवर्तन होता है, इसलिए स्टेपर मोटरों में आमतौर पर अधिक ऊष्मा उत्पन्न होती है, जो सामान्य एसी मोटरों की तुलना में अधिक गंभीर स्थिति है।

2 स्टेपर मोटर की ऊष्मा उचित सीमा में होती है।

मोटर में कितनी गर्मी पैदा हो सकती है, यह काफी हद तक मोटर के आंतरिक इन्सुलेशन स्तर पर निर्भर करता है। आंतरिक इन्सुलेशन केवल उच्च तापमान (130 डिग्री से ऊपर) पर ही खराब होता है। इसलिए, जब तक आंतरिक तापमान 130 डिग्री से अधिक नहीं होता, मोटर के रिंग को कोई नुकसान नहीं होगा और उस तापमान पर सतह का तापमान 90 डिग्री से कम रहेगा। अतः, स्टेपर मोटर की सतह का तापमान 70-80 डिग्री के बीच सामान्य माना जाता है। तापमान मापने का एक सरल तरीका है पॉइंट थर्मामीटर का उपयोग करना, जिससे आप अनुमान लगा सकते हैं: यदि हाथ से 1-2 सेकंड से अधिक समय तक छू सकते हैं, तो तापमान 60 डिग्री से अधिक नहीं होना चाहिए; यदि हाथ से छू सकते हैं, तो तापमान लगभग 70-80 डिग्री होना चाहिए; यदि पानी की कुछ बूंदें तुरंत वाष्पित हो जाती हैं, तो तापमान 90 डिग्री से अधिक होना चाहिए।

गति परिवर्तन के साथ 3 स्टेपर मोटर हीटिंग

जब स्थिर धारा ड्राइव तकनीक का उपयोग किया जाता है, तो स्टेपर मोटर में स्थिर और कम गति पर, स्थिर टॉर्क आउटपुट बनाए रखने के लिए धारा स्थिर रहती है। जब गति एक निश्चित सीमा तक बढ़ जाती है, तो मोटर का आंतरिक प्रति-विभव बढ़ जाता है, धारा धीरे-धीरे कम होने लगती है और टॉर्क भी कम हो जाता है। इसलिए, तांबे की हानि के कारण होने वाली तापन स्थिति गति पर निर्भर करती है। स्थिर और कम गति पर आमतौर पर अधिक तापन उत्पन्न होता है, जबकि उच्च गति पर कम तापन उत्पन्न होता है। हालांकि लोहे की हानि (यद्यपि कम अनुपात में) में परिवर्तन एक समान नहीं होते हैं, और मोटर का कुल तापन इन दोनों का योग होता है, इसलिए उपरोक्त केवल सामान्य स्थिति का वर्णन है।

4. टक्कर के कारण उत्पन्न ऊष्मा

हालांकि मोटर की गर्मी आमतौर पर मोटर के जीवनकाल को प्रभावित नहीं करती, इसलिए अधिकांश ग्राहक इस पर ध्यान नहीं देते। लेकिन गंभीर रूप से गर्म होने पर इसके कुछ नकारात्मक प्रभाव हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, मोटर के आंतरिक भागों के अलग-अलग तापीय विस्तार गुणांक के कारण संरचनात्मक तनाव में परिवर्तन और आंतरिक वायु अंतराल में मामूली बदलाव से मोटर की गतिशील प्रतिक्रिया प्रभावित होती है, जिससे उच्च गति पर गति धीमी हो सकती है। एक अन्य उदाहरण यह है कि कुछ स्थितियों में मोटर की अत्यधिक गर्मी स्वीकार्य नहीं होती, जैसे चिकित्सा उपकरण और उच्च परिशुद्धता परीक्षण उपकरण। इसलिए, मोटर की गर्मी को आवश्यकतानुसार नियंत्रित किया जाना चाहिए।

 5. मोटर की गर्मी को कैसे कम करें

ऊष्मा उत्पादन को कम करने के लिए कॉपर और आयरन दोनों की हानि को कम करना आवश्यक है। कॉपर की हानि को दो दिशाओं में कम किया जा सकता है: प्रतिरोध और धारा को कम करना। इसके लिए मोटर के मामले में, कम प्रतिरोध और यथासंभव कम रेटेड धारा का चयन करना आवश्यक है। दो-फेज मोटर को समानांतर के बजाय श्रृंखला में भी उपयोग किया जा सकता है। लेकिन यह अक्सर टॉर्क और उच्च गति की आवश्यकताओं के विपरीत होता है। चयनित मोटर के लिए, ड्राइव के स्वचालित अर्ध-धारा नियंत्रण फ़ंक्शन और ऑफ़लाइन फ़ंक्शन का पूर्ण उपयोग किया जाना चाहिए। पहला फ़ंक्शन मोटर के स्थिर होने पर धारा को स्वचालित रूप से कम कर देता है, जबकि दूसरा फ़ंक्शन धारा को पूरी तरह से काट देता है। इसके अलावा, उपविभाजित ड्राइव में, धारा तरंग का स्वरूप साइनसोइडल के करीब होने के कारण, हार्मोनिक्स कम होते हैं, जिससे मोटर का ताप भी कम होता है। आयरन की हानि को कम करने के कुछ तरीके हैं, और वोल्टेज स्तर इससे संबंधित है। हालांकि उच्च वोल्टेज से चलने वाली मोटर उच्च गति की विशेषताओं को बढ़ाती है, लेकिन इससे ऊष्मा उत्पादन भी बढ़ता है। इसलिए, उच्च गति, सुचारू संचालन, ताप, शोर और अन्य संकेतकों को ध्यान में रखते हुए उपयुक्त ड्राइव वोल्टेज स्तर का चयन करना चाहिए।

सभी प्रकार के स्टेपर मोटरों में, आंतरिक भाग एक लोहे के कोर और एक वाइंडिंग कॉइल से बना होता है। वाइंडिंग में प्रतिरोध होता है, जिससे विद्युत प्रवाह में हानि उत्पन्न होती है। हानि की मात्रा प्रतिरोध और धारा के वर्ग के समानुपाती होती है, जिसे अक्सर कॉपर मेटियोर कहा जाता है। यदि धारा मानक डीसी या साइन वेव नहीं है, तो हार्मोनिक हानि भी होती है। कोर में हिस्टैरिसीस एडी करंट प्रभाव होता है, जिससे प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र में भी हानि उत्पन्न होती है। इसकी मात्रा पदार्थ, धारा, आवृत्ति और वोल्टेज पर निर्भर करती है, जिसे आयरन लॉस कहा जाता है। कॉपर लॉस और आयरन लॉस ऊष्मा के रूप में प्रकट होते हैं, जिससे मोटर की दक्षता प्रभावित होती है। स्टेपर मोटरें आमतौर पर सटीक स्थिति निर्धारण और टॉर्क आउटपुट पर केंद्रित होती हैं, इसलिए इनकी दक्षता अपेक्षाकृत कम होती है। धारा आमतौर पर अधिक होती है और हार्मोनिक घटक भी उच्च होते हैं। धारा की आवृत्ति भी गति के साथ बदलती रहती है, इसलिए स्टेपर मोटरों में आमतौर पर ऊष्मा उत्पन्न होती है, जो सामान्य एसी मोटरों की तुलना में अधिक गंभीर होती है।