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電機驅動器的散熱不良會對電機造成哪些損害(LHL)
2024年11月22日
電機驅動器散熱不良會對電機產生多方面的損害:
一、電氣方面的損害
絕緣性能下降
當驅動器散熱不良時,其內部溫度會升高。驅動器內部的電子元件,如功率晶體管、集成電路等,在高溫環境下性能會受到影響。對于電機來說,驅動器溫度過高可能會通過連接線路傳導熱量,使電機繞組周圍的溫度也升高。電機繞組的絕緣材料通常有一定的溫度耐受限度,例如常見的電機絕緣材料 B 級絕緣的允許工作溫度為 130℃左右。
長時間的高溫會加速絕緣材料的老化過程,使其絕緣性能逐漸下降。絕緣電阻會隨著溫度升高和老化而降低,當絕緣電阻降低到一定程度時,可能會導致電機繞組間出現漏電現象,嚴重時會引發繞組短路。這是因為高溫會使絕緣材料的分子結構發生變化,內部出現微小的裂縫或空洞,從而降低了其阻止電流泄漏的能力。
電氣元件損壞
驅動器散熱不佳會使內部的電氣元件工作溫度超出正常范圍。例如,驅動器中的功率管在高溫下,其導通電阻可能會增大。根據功率計算公式 (其中 是功率, 是電流, 是電阻),在電流不變的情況下,電阻增大意味著功率損耗增加,這又會進一步導致溫度上升,形成惡性循環。
當溫度過高時,功率管可能會因為過熱而損壞,如出現熱擊穿現象。一旦功率管損壞,驅動器的輸出電流或電壓波形就會出現異常,這可能會導致電機接收到不穩定的電源信號。電機可能會出現過電流、過電壓等情況,從而對電機繞組、編碼器等電氣元件造成損害。
二、機械方面的損害
軸承損壞
驅動器散熱不良引起的高溫會通過電機外殼傳遞到電機內部的軸承。軸承內的潤滑脂在高溫下性能會發生變化,潤滑脂的粘度會隨著溫度升高而降低。例如,在正常溫度下,潤滑脂能夠在滾珠和內外圈之間形成良好的潤滑膜,減少摩擦。
但當溫度過高時,潤滑脂變稀,可能無法有效地保持在軸承的工作部位,導致潤滑效果變差。滾珠和內外圈之間的摩擦增大,會產生更多的熱量,進一步加速潤滑脂的失效。長期的干摩擦會使軸承的滾珠磨損、剝落,內圈和外圈出現磨損和疲勞裂紋,最終導致軸承損壞,影響電機的正常運轉。
轉子與定子摩擦
高溫環境下,電機的轉子和定子可能會因為熱膨脹而發生尺寸變化。電機的轉子和定子之間通常有一個很小的氣隙,這個氣隙的均勻性對于電機的正常運行非常重要。如果驅動器散熱不良導致電機溫度過高,轉子和定子的熱膨脹程度不同,可能會使氣隙變小。
當氣隙過小時,轉子和定子就有可能發生摩擦。這種摩擦會產生機械磨損,損壞轉子和定子的表面,產生的金屬碎屑還可能會進入電機內部,影響電機的絕緣性能和機械性能。同時,摩擦會增加電機的轉動阻力,使電機的效率降低,并且可能會引起電機的振動和噪聲。
三、性能方面的損害
輸出功率和效率降低
由于驅動器散熱不良導致內部溫度升高,驅動器可能會自動采取保護措施,如降低輸出功率。這是因為驅動器內部的控制電路為了防止元件因過熱而損壞,會限制輸出電流或電壓。對于電機來說,接收到的功率降低,其輸出的機械功率也會相應減少。
同時,電機在高溫環境下,其本身的效率也會降低。例如,電機繞組的電阻會隨著溫度升高而增大,根據電機的功率損耗公式損 ,電阻增大導致銅損增加。而且,高溫下電機的鐵芯損耗(包括磁滯損耗和渦流損耗)也會增加,這些都會使電機的整體效率下降,無法發揮其正常的性能。
速度和轉矩控制精度下降
驅動器散熱不良會影響其內部的控制電路和反饋系統的性能。例如,溫度過高可能會使驅動器中的傳感器(如電流傳感器、溫度傳感器等)精度下降,導致反饋信號不準確。在速度和轉矩控制過程中,驅動器根據反饋信號來調整輸出,不準確的反饋會使驅動器無法精確地控制電機的速度和轉矩。
此外,高溫還可能會使驅動器的控制算法出現偏差。例如,在一些采用 PID 控制的驅動器中,溫度變化會影響 PID 參數的準確性,從而使電機的速度和轉矩控制出現波動,無法滿足精確的控制要求,影響電機在自動化設備等應用中的工作質量。