步進(jìn)電機(jī)是廣泛使用的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備，因?yàn)樗鼈冊(cè)O(shè)置簡(jiǎn)單，并且具有開(kāi)環(huán)配置的精確定位。但是可能出現(xiàn)與發(fā)熱有關(guān)的問(wèn)題。這是因?yàn)闉殚_(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)供電的驅(qū)動(dòng)器不使用反饋來(lái)控制提供給該電機(jī)的電流量。相反，驅(qū)動(dòng)器始終提供全電流......無(wú)論電機(jī)的扭矩需求如何。因此電機(jī)以過(guò)高的速率消耗功率...... 浪費(fèi)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(lái)運(yùn)行開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)，以產(chǎn)生盡可能大的扭矩。這可確保電機(jī)在應(yīng)用中達(dá)到其位置。但隨著電流的增加，電機(jī)溫度也隨之增加。如果電機(jī)溫度過(guò)高，繞組短路，電機(jī)停止工作。因此，設(shè)計(jì)工程師（和電機(jī)終端用戶）必須找到最大化電機(jī)扭矩的方法，同時(shí)避免電機(jī)過(guò)熱。
一種行業(yè)方法是設(shè)置驅(qū)動(dòng)器以使電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定電流。這樣做會(huì)使電機(jī)發(fā)熱但不會(huì)太熱。步進(jìn)電機(jī)溫度達(dá)到70°，80°甚至90°C是正常的。雖然這些溫度太高而無(wú)法接觸電機(jī)，但電機(jī)本身沒(méi)有受到傷害。
但設(shè)計(jì)工程師（和電機(jī)終端用戶）還能如何減少電機(jī)熱量？在這里，我們將探索另外三種方式：
減少空閑（保持）電流
減少運(yùn)行電流
切換到閉環(huán)控制
首先 - 減少電機(jī)的空轉(zhuǎn)（保持）電流
當(dāng)電機(jī)加速和減速以滿足其標(biāo)記時(shí)，許多運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用需要最大的扭矩。但是當(dāng)電機(jī)空轉(zhuǎn)或保持位置時(shí)，它需要的扭矩要小得多。這些情況是降低電機(jī)電流的好時(shí)機(jī)。
大多數(shù)現(xiàn)代步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器都會(huì)自動(dòng)完成。例如，驅(qū)動(dòng)器可能會(huì)將空閑電流降低到運(yùn)行電流的50％。更復(fù)雜的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器讓設(shè)計(jì)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)甚至在適度靜止時(shí)間內(nèi)停留，則減小空轉(zhuǎn)電流會(huì)對(duì)電機(jī)發(fā)熱產(chǎn)生重大影響。
第二 - 減少運(yùn)行電流
在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，許多設(shè)計(jì)工程師都會(huì)謹(jǐn)慎行事 - 通常選擇一種具有足夠扭矩（而不是足夠）的電機(jī)，以滿足當(dāng)前的應(yīng)用需求。在這些情況下，可以通過(guò)一些試錯(cuò)測(cè)試來(lái)降低電機(jī)的運(yùn)行電流。基本上，這需要將運(yùn)行電流減少一小部分并監(jiān)視運(yùn)動(dòng)輸出。如果此試運(yùn)行證明成功，則再次降低運(yùn)行電流并重新測(cè)試電機(jī)性能。
繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整，直到電機(jī)錯(cuò)位或失速。然后稍微增加電流，使電機(jī)恢復(fù)準(zhǔn)確定位。在某些情況下 - 特別是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)超大應(yīng)用時(shí) - 工程師可以將運(yùn)行電流降低到足以可測(cè)量地降低電機(jī)溫度。
第三 - 切換到閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)
當(dāng)用閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)替換開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生最顯著的熱量產(chǎn)生。當(dāng)配備高分辨率編碼器并由合適的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器供電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)可在伺服控制回路內(nèi)操作。這種相對(duì)較新的系統(tǒng)配置需要工程師替換應(yīng)用程序的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。但降溫幅度通常是值得的。
回顧一下，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)使用反饋回路來(lái)精確控制步進(jìn)電機(jī)電流，速度和位置。電流回路確保驅(qū)動(dòng)器提供給電機(jī)的電流僅是滿足轉(zhuǎn)矩需求所需的電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（或產(chǎn)生任何小于最大轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)）時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)相應(yīng)地自動(dòng)下降。這種閉環(huán)控制方案顯著提高了電機(jī)溫度......在某些應(yīng)用中將其降低了50％或更多。
閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)的其他優(yōu)點(diǎn)是加速更快，吞吐量更高（扭矩比額定保持扭矩高50％）以及更安靜的運(yùn)行（甚至更安靜10 dB），因?yàn)殡姍C(jī)繞組中的電流更小。加上沒(méi)有檔位，系統(tǒng)精度更高。
測(cè)試結(jié)果證實(shí)，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)僅在需要時(shí)吸收電流，因此它們比開(kāi)環(huán)選項(xiàng)運(yùn)行溫度更低，功耗更低。考慮運(yùn)行開(kāi)環(huán)和閉環(huán)變化的實(shí)際測(cè)試以獲得相同的運(yùn)動(dòng)輪廓：
加速度= 100轉(zhuǎn)/秒2，減速度= 100轉(zhuǎn)/秒2
距離= 5轉(zhuǎn)，速度= 10轉(zhuǎn)/秒
停留時(shí)間= 0.1秒
兩者都具有設(shè)定負(fù)載慣量和轉(zhuǎn)子慣量，并采用48 Vdc電源供電。下圖中的結(jié)果表明，提供此類輸出的開(kāi)環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)的平均功耗為43.8 W.
相比之下，類似的閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)僅消耗14.2 W來(lái)提供相同的程序。降低功耗意味著更少的熱量產(chǎn)生和更低的能源費(fèi)用。
