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电机驱动器的散热不良会对电机造成哪些损害(LHL)
2024年11月22日
电机驱动器散热不良会对电机产生多方面的损害:
一、电气方面的损害
绝缘性能下降
当驱动器散热不良时,其内部温度会升高。驱动器内部的电子元件,如功率晶体管、集成电路等,在高温环境下性能会受到影响。对于电机来说,驱动器温度过高可能会通过连接线路传导热量,使电机绕组周围的温度也升高。电机绕组的绝缘材料通常有一定的温度耐受限度,例如常见的电机绝缘材料 B 级绝缘的允许工作温度为 130℃左右。
长时间的高温会加速绝缘材料的老化过程,使其绝缘性能逐渐下降。绝缘电阻会随着温度升高和老化而降低,当绝缘电阻降低到一定程度时,可能会导致电机绕组间出现漏电现象,严重时会引发绕组短路。这是因为高温会使绝缘材料的分子结构发生变化,内部出现微小的裂缝或空洞,从而降低了其阻止电流泄漏的能力。
电气元件损坏
驱动器散热不佳会使内部的电气元件工作温度超出正常范围。例如,驱动器中的功率管在高温下,其导通电阻可能会增大。根据功率计算公式 (其中 是功率, 是电流, 是电阻),在电流不变的情况下,电阻增大意味着功率损耗增加,这又会进一步导致温度上升,形成恶性循环。
当温度过高时,功率管可能会因为过热而损坏,如出现热击穿现象。一旦功率管损坏,驱动器的输出电流或电压波形就会出现异常,这可能会导致电机接收到不稳定的电源信号。电机可能会出现过电流、过电压等情况,从而对电机绕组、编码器等电气元件造成损害。
二、机械方面的损害
轴承损坏
驱动器散热不良引起的高温会通过电机外壳传递到电机内部的轴承。轴承内的润滑脂在高温下性能会发生变化,润滑脂的粘度会随着温度升高而降低。例如,在正常温度下,润滑脂能够在滚珠和内外圈之间形成良好的润滑膜,减少摩擦。
但当温度过高时,润滑脂变稀,可能无法有效地保持在轴承的工作部位,导致润滑效果变差。滚珠和内外圈之间的摩擦增大,会产生更多的热量,进一步加速润滑脂的失效。长期的干摩擦会使轴承的滚珠磨损、剥落,内圈和外圈出现磨损和疲劳裂纹,最终导致轴承损坏,影响电机的正常运转。
转子与定子摩擦
高温环境下,电机的转子和定子可能会因为热膨胀而发生尺寸变化。电机的转子和定子之间通常有一个很小的气隙,这个气隙的均匀性对于电机的正常运行非常重要。如果驱动器散热不良导致电机温度过高,转子和定子的热膨胀程度不同,可能会使气隙变小。
当气隙过小时,转子和定子就有可能发生摩擦。这种摩擦会产生机械磨损,损坏转子和定子的表面,产生的金属碎屑还可能会进入电机内部,影响电机的绝缘性能和机械性能。同时,摩擦会增加电机的转动阻力,使电机的效率降低,并且可能会引起电机的振动和噪声。
三、性能方面的损害
输出功率和效率降低
由于驱动器散热不良导致内部温度升高,驱动器可能会自动采取保护措施,如降低输出功率。这是因为驱动器内部的控制电路为了防止元件因过热而损坏,会限制输出电流或电压。对于电机来说,接收到的功率降低,其输出的机械功率也会相应减少。
同时,电机在高温环境下,其本身的效率也会降低。例如,电机绕组的电阻会随着温度升高而增大,根据电机的功率损耗公式损 ,电阻增大导致铜损增加。而且,高温下电机的铁芯损耗(包括磁滞损耗和涡流损耗)也会增加,这些都会使电机的整体效率下降,无法发挥其正常的性能。
速度和转矩控制精度下降
驱动器散热不良会影响其内部的控制电路和反馈系统的性能。例如,温度过高可能会使驱动器中的传感器(如电流传感器、温度传感器等)精度下降,导致反馈信号不准确。在速度和转矩控制过程中,驱动器根据反馈信号来调整输出,不准确的反馈会使驱动器无法精确地控制电机的速度和转矩。
此外,高温还可能会使驱动器的控制算法出现偏差。例如,在一些采用 PID 控制的驱动器中,温度变化会影响 PID 参数的准确性,从而使电机的速度和转矩控制出现波动,无法满足精确的控制要求,影响电机在自动化设备等应用中的工作质量。