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深圳市东么川伺服控制技术有限公司

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分析伺服电机发热原理及散热安装方法


1. 伺服电机的发热原理

伺服电机的发热是由电机的损耗导致的,电机的损耗由铁损耗、铜损耗、摩擦损耗组成。其中,铁损耗又分为与负载有关和与负载无两个部分,伺服电机的能流示意图如图1所示。

伺服电机的能流图

图1 伺服电机的能流图
 

电机的损耗最终都会变成热量,这部分热量通过传导、对流和辐射三种方式散发掉。如果散热做的不好,会导致电机的温升很高,甚至会引发电机出现超温报警。
2. 伺服电机安装方式

(1) 工程中常见的伺服电机的安装方式

1) 标准法兰安装

伺服电机的法兰直接安装在机器的金属板上,如图2示。
图2 标准法兰安装

图2 标准法兰安装

这种安装方式伺服电机的散热主要通过金属板的传导散热,其次,通过电机周围空气的自由对流散热,另外,电机温度升高后辐射换热也会加强。

显然,金属板的面积越大,电机的散热越好,电机在稳定状态的温度更低。

2) 金属工作台直接安装

伺服电机直接固定在一个金属平台上,如图3所示。
图4 配合减速机的安装

图3 金属工作台直接安装

这种安装方式一般用在实验室环境中,常常用于做电机温升实验,或者在试验台上作各种性能和寿命试验,电机散热主要靠对流换热和电机温度升高后的辐射换热,因为没有传导散热,因此这种安装方式电机温升会很高,有些电机甚至能达到100℃以上。

3) 配合减速机的安装

伺服电机首先安装到减速机上,减速机再安装到机器的法兰盘上,如图4所示。

图3 金属工作台直接安装

图4 配合减速机的安装

这种安装方式因为减速机在工作时也会产生热量,因此恶化了电机的散热。另一方面,如果将减速机安装在机器上的面积比较大的法兰上,则会改善电机的散热。

(2) 三种安装方式的优缺点

上述的这三种安装方式中,标准法兰安装的方式散热性最好,这种安装方式要求配合的法兰的金属板的面积比较大,并且金属板的面积越大,散热的效果越好。

金属工作台直接安装的方式最差,散热效果与电机的尺寸和形状有关,散热程度最多可降低50%。

配合减速机的安装方式,因为减速机在运行时也会有机械损耗,这部分机械损耗也会变成热量需要散发出来,因此这种安装方式也使热量的传导变的更差,它的散热效果最多可降低30%,在实际的应用中,要求减速机的输出侧也必须使用大面积的金属板。

同样的负载条件下,标准安装方式的温升最低,其次是配合减速机的安装方式,最差的是金属平台直接安装的方式。

(3) 现场测试的安装与问题分析

如果客户采用减速机的安装方式,同时在减速机侧又没有采用大尺寸的金属板来散热,这种情况比金属平台直接安装的方式还恶劣。

这种情况一般是客户在不了解伺服电机发热机理的情况下,认为伺服电机温度太高,就将伺服电机和减速机从机械上拆下来,减速机的后面没有连接面积较大的钢板来散热,电机本体的下方使用的是纸箱,纸箱是热的不良导体,这样,由于散热不好,电机温升很快也就不足为奇了。
图5 电机连接减速机不接金属板
图5 电机连接减速机不接金属板



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