步進電機是廣泛使用的運動控制設(shè)備，因為它們設(shè)置簡單，并且具有開環(huán)配置的精確定位。但是可能出現(xiàn)與發(fā)熱有關(guān)的問題。這是因為為開環(huán)步進電機供電的驅(qū)動器不使用反饋來控制提供給該電機的電流量。相反，驅(qū)動器始終提供全電流......無論電機的扭矩需求如何。因此電機以過高的速率消耗功率...... 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)步進電機，以產(chǎn)生盡可能大的扭矩。這可確保電機在應(yīng)用中達(dá)到其位置。但隨著電流的增加，電機溫度也隨之增加。如果電機溫度過高，繞組短路，電機停止工作。因此，設(shè)計工程師（和電機終端用戶）必須找到最大化電機扭矩的方法，同時避免電機過熱。
一種行業(yè)方法是設(shè)置驅(qū)動器以使電動機達(dá)到額定電流。這樣做會使電機發(fā)熱但不會太熱。步進電機溫度達(dá)到70°，80°甚至90°C是正常的。雖然這些溫度太高而無法接觸電機，但電機本身沒有受到傷害。
但設(shè)計工程師（和電機終端用戶）還能如何減少電機熱量？在這里，我們將探索另外三種方式：
減少空閑（保持）電流
減少運行電流
切換到閉環(huán)控制
首先 - 減少電機的空轉(zhuǎn)（保持）電流
當(dāng)電機加速和減速以滿足其標(biāo)記時，許多運動控制應(yīng)用需要最大的扭矩。但是當(dāng)電機空轉(zhuǎn)或保持位置時，它需要的扭矩要小得多。這些情況是降低電機電流的好時機。
大多數(shù)現(xiàn)代步進驅(qū)動器都會自動完成。例如，驅(qū)動器可能會將空閑電流降低到運行電流的50％。更復(fù)雜的步進驅(qū)動器讓設(shè)計工程師可以將空閑電流編程為0到100％之間的任何值。如果步進電機甚至在適度靜止時間內(nèi)停留，則減小空轉(zhuǎn)電流會對電機發(fā)熱產(chǎn)生重大影響。
第二 - 減少運行電流
在選擇步進電機時，許多設(shè)計工程師都會謹(jǐn)慎行事 - 通常選擇一種具有足夠扭矩（而不是足夠）的電機，以滿足當(dāng)前的應(yīng)用需求。在這些情況下，可以通過一些試錯測試來降低電機的運行電流。基本上，這需要將運行電流減少一小部分并監(jiān)視運動輸出。如果此試運行證明成功，則再次降低運行電流并重新測試電機性能。
繼續(xù)進行調(diào)整，直到電機錯位或失速。然后稍微增加電流，使電機恢復(fù)準(zhǔn)確定位。在某些情況下 - 特別是當(dāng)步進電機超大應(yīng)用時 - 工程師可以將運行電流降低到足以可測量地降低電機溫度。
第三 - 切換到閉環(huán)步進電機系統(tǒng)
當(dāng)用閉環(huán)步進電機系統(tǒng)替換開環(huán)步進電機系統(tǒng)時，會產(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)動器供電時，步進電機可在伺服控制回路內(nèi)操作。這種相對較新的系統(tǒng)配置需要工程師替換應(yīng)用程序的電機和驅(qū)動器。但降溫幅度通常是值得的。
回顧一下，閉環(huán)步進電機系統(tǒng)使用反饋回路來精確控制步進電機電流，速度和位置。電流回路確保驅(qū)動器提供給電機的電流僅是滿足轉(zhuǎn)矩需求所需的電流。當(dāng)電動機沒有產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（或產(chǎn)生任何小于最大轉(zhuǎn)矩的電動機）時，電動機的電流會相應(yīng)地自動下降。這種閉環(huán)控制方案顯著提高了電機溫度......在某些應(yīng)用中將其降低了50％或更多。
閉環(huán)步進電機的其他優(yōu)點是加速更快，吞吐量更高（扭矩比額定保持扭矩高50％）以及更安靜的運行（甚至更安靜10 dB），因為電機繞組中的電流更小。加上沒有檔位，系統(tǒng)精度更高。
測試結(jié)果證實，閉環(huán)步進電機僅在需要時吸收電流，因此它們比開環(huán)選項運行溫度更低，功耗更低。考慮運行開環(huán)和閉環(huán)變化的實際測試以獲得相同的運動輪廓：
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，提供此類輸出的開環(huán)步進系統(tǒng)的平均功耗為43.8 W.
相比之下，類似的閉環(huán)步進系統(tǒng)僅消耗14.2 W來提供相同的程序。降低功耗意味著更少的熱量產(chǎn)生和更低的能源費用。
