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Thermisches Verhalten von Schrittmotoren Thermisches Verhalten von Schrittmotoren
Thermisches Verhalten von Schrittmotoren Thermisches Verhalten von Schrittmotoren

Thermisches Verhalten von Schrittmotoren: Effizienz durch Temperaturmanagement

Das thermische Verhalten von Schrittmotoren spielt eine entscheidende Rolle in ihrer Leistungsfähigkeit und Lebensdauer. Dieser Fachbeitrag taucht in die Welt des Temperaturmanagements ein und beleuchtet die Bedeutung des thermischen Verhaltens sowie die Methoden zur Kontrolle der Erwärmung.

 

Bedeutung der Temperaturkontrolle:

Die Leistungsfähigkeit eines Schrittmotors hängt stark von der Höhe des möglichen Phasenstroms ab. Allerdings wird dieser Strom durch die zulässige Erwärmung in den Motorwicklungen begrenzt. Eine zu hohe Erwärmung kann nicht nur die Motorleistung beeinträchtigen, sondern auch die Lebensdauer des Motors verkürzen. Daher ist das effiziente Temperaturmanagement von großer Bedeutung.

 

Wärmeverluste und Temperaturdifferenzen:

Die elektrischen Größen des Motors, wie Phasenstrom IPh  und Phasenwiderstand RPhw, beeinflussen die elektrischen Verluste im Motor PVM. Diese Verluste erzeugen Wärme, die zu einer Erwärmung der Motorwicklungen führt. Die Temperaturdifferenz zwischen den Wicklungen und der Umgebungstemperatur ∆ϑWU beeinflusst die Motorleistung und die Effizienz. Diese Differenz ∆ϑOU setzt sich aus der Temperaturdifferenz ∆ϑOU zwischen Wicklung ϑW und Motoroberfläche sowie zwischen Motoroberfläche und Umgebung zusammen.

∆ϑWU = ϑW – ϑU = ∆ϑWO + ∆ϑOU = 2 IPh2 RPhw RthM

 

Auswirkungen der Umgebungstemperatur:

Verändert sich die Umgebungstemperatur, wirkt sich das direkt auf die Temperaturdifferenz aus. Bei steigender Umgebungstemperatur muss die Erwärmung der Wicklungen kontrolliert werden, um die Motorleistung zu gewährleisten.
Werden niedrigere oder auch höhere Umgebungstemperaturen notwendig, kann vom Anwender der zulässige Phasenstrom nach der Formel

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selbst berechnet werden.

 

Grenzen der Phasenströme:

Die in Datenblättern angegebenen Phasenströme sind für eine Umgebungstemperatur von ϑU = 55°C ausgelegt. Bei abweichenden Umgebungstemperaturen kann der zulässige Phasenstrom durch eine entsprechende Berechnung ermittelt werden. Dies hilft, die Motorleistung bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen zu optimieren.

 

Anpassung der Einschaltdauer:

Um unzulässige Erwärmung zu vermeiden, kann die Einschaltdauer des Motors variiert werden. Durch die Anpassung der Einschaltdauer kann der Phasenstrom neu berechnet werden, um eine sichere Betriebstemperatur zu gewährleisten.
Kann die Einschaltdauer ED des Motors in gewissen Grenzen variiert werden, ist der in den Datenblättern angegebene Phasenstrom nach

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neu zu berechnen.

 

Zusätzliche Kühlungsmaßnahmen:

Bei Bedarf können zusätzliche kühlende Maßnahmen wie Kühlrippen in Erwägung gezogen werden. Diese Maßnahmen erfordern eine Neuberechnung des Wärmewiderstands RthM des Motors unter Berücksichtigung der veränderten Motoroberfläche AMo*.
Mit der „neuen" Motoroberfläche AMo* und dem geltenden Wicklungserwärmungsfaktor CPCu = 103 grd cm2 / W erhält man für den neuen Wärmewiderstand RthM*

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Effizienz durch Temperaturmanagement:

Das Verständnis und die Kontrolle des thermischen Verhaltens von Schrittmotoren ermöglichen eine effiziente und leistungsfähige Nutzung. Durch die optimale Einstellung von Phasenströmen, Einschaltdauer und ggf. zusätzlichen Kühlungsmaßnahmen kann die Motorleistung maximiert und die Lebensdauer des Motors verlängert werden.

 

Schlussfolgerung:

Das thermische Verhalten von Schrittmotoren ist ein entscheidender Faktor für ihre Leistung und Zuverlässigkeit. Durch die gezielte Steuerung der Erwärmung können Ingenieure sicherstellen, dass die Motoren unter verschiedenen Bedingungen effizient und stabil arbeiten. Dies führt zu einer optimalen Nutzung der Schrittmotoren in einer Vielzahl von Anwendungen.