ﾓｰﾀ熱計算について

質問

室温20°の部屋でﾓｰﾀを5分間無負荷で運転した時、ﾓｰﾀの発熱温度を教えて下さい。

定格電圧:2.6(V/相)
定格電流:0.95(A/相)
巻線抵抗:2.7(Ω/相)
ｲﾝﾀﾞｸﾀﾝｽ:1.2(mH/相)

※ﾓｰﾀ巻線は銅です(比熱:0.379)　ﾓｰﾀの効率や銅損は抜きでお願いします。
よろしくお願い致しますm(__)m

回答No.2

noname#230359

モーター定格を書き並べるよりも
モーターメーカと形式を書きましょう

全てのメーカのステッピングモータで共通と思い込んではダメですよ

「ステッピングモーターの発熱、どう抑えたらいいですか？」
http://www.orientalmotor.co.jp/knowledge/teruyo/vol29.html

http://www.orientalmotor.co.jp/knowledge/technical/pdf/SteppingMotor_Tech.pdf
５／９ページ　電源トランスの選び方
「ステッピングモーターのドライバ入力電流は、
　仕様一覧と回転速度―トルク特性から読み取ることができます。」

９／９ページ
自動カレントダウン機能
「パルス信号停止時にはモーター電流を自動的に約50%パワーダウンすることにより、
　モーター、ドライバの発熱を抑える機能です。」

http://www.orientalmotor.co.jp/knowledge/wseminar/stkiso/index_3-1.html
3-1. 回転速度－トルク特性

ここのグラフから読み取れる事実
１２００ｒｐｍ付近でＡＣ１００Ｖ入力電流４Ａ　
つまり消費電力４００ＶＡ

これは負荷に依存しません
つまり無負荷でも全負荷でも変わりません　
ただ無負荷で１２００ｒｐｍで回すだけで約４００Ｗ喰う
軸出力は１Ｗも無い？　＜効率が超悪い
残りのエネルギは全て発熱に使われる　

誰も謂わないステッピングモータを使う最優先課題
減速機無しで低回転数で使う
しかも、低トルクで

突っ込みどころ満載とあるので、お言葉に甘えて

＞駆動周波数はあまり高くなく、インダクタンスは大きな影響を及ぼさない
推奨駆動周波数は数十Ｈｚ以下
これを超えると幾何級数的に消費電流は増大するであろう
しかも、軸出力が増えることはない

突っ込みどころ満載とあるので、お言葉に甘えて

＞駆動周波数はあまり高くなく、インダクタンスは大きな影響を及ぼさない
推奨駆動周波数は数十Ｈｚ以下
これを超えると幾何級数的に消費電流は増大するであろう
しかも、軸出力が増えることはない

多くの場合ステッピングモータを簡単に使える周波数はせいぜい数百Ｈｚ以下
１ｋＨｚ以上で駆動できたなら　＜あんたはエライ！　褒めてあげよう

>ｽﾃｯﾋﾟﾝｸﾞﾓｰﾀが定電流なのは分かったのですが、ﾓｰﾀの回転数の出力(W)と軸出力(W)が別物という意味が分かりません。
誤解しやすい表現がありましたのでお詫びして訂正します

誤「ただ無負荷で１２００ｒｐｍで回すだけで約４００Ｗ喰う」
正「ただ無負荷で１２００ｒｐｍで回すだけでドライバ消費電力は約４００Ｗ喰う」

通常の３相誘導モータの電力計算は
http://www.jeea.or.jp/course/contents/07115/
所謂、ニュートン力学に沿った計算になります
つまり投入電力と軸出力はほぼ等しい　＜効率は無視できるほど良い

ところが
ステッピングモータを高速で回そうとすると
投入電力のほとんどは発熱に使われて軸出力には使われなくなります
ただ単に効率が悪いと思っても当らずとも遠からず
普通の３相誘導モータは効率８０％以上ありますが
ステッピングモータの効率は１０％程度（高速の場合）

これは高周波インピーダンスや銅損、鉄損、磁損等になります

蛇足
普通の３相誘導モータはインバータ駆動して１２０Ｈｚ程度まで回せます
では、どれくらいまで周波数を上げれるか？
概ね１５０Ｈｚ程度まで

これをベアリングやロータが遠心力で破壊されるから
回せないと誤解してる人も多いけれど

では、遠心力で破壊するまで回転数を上げようとして周波数を上げても
モータはそれ以上には回転が上がりません

なんと、１５０Ｈｚくらいで脱調します（本来、誘導モータには脱調は無いハズ）
ステッピングモータが脱調するのと全く同じ挙動する
（正転方向に駆動しててイキナリ停止して逆転したりする）
そして、線電流は上がりモータは発熱する

つまり、ステッピングモータを高速で回そうとすることと同じ現象になります

補足

回答有難うございます。
分かりずらい初心者の質問ですみません。
ｽﾃｯﾋﾟﾝｸﾞﾓｰﾀが定電流なのは分かったのですが、ﾓｰﾀの回転数の出力(W)と軸出力(W)が別物という意味が分かりません。

ﾓｰﾀと軸が連動していれば同じ仕事量(W)になるのではないかと素人の私は思うのですが･･･

よろしければ回答お願い致します。

回答No.1

noname#230359

同様の質問を続けて投稿なさっていることから、回答をお急ぎのものと
察します。

温度上昇を試算してみたいと思いますが、ご呈示の情報だけでは条件が不足
するように思います。例えば、駆動周波数、駆動回路の構成（定電圧駆動
なのか定電流駆動なのか）などを補うことが必要と思います。
また、モータの体格（寸法、質量）などの情報も参考となりますので、
メーカー、形名、仕様書のＵＲＬなどをご呈示頂ければ助かります。
（採用しているどんズバリの形名でなく、相当品で結構です。）

なお、ﾓｰﾀの効率や銅損は抜きとの条件ですが、何でそのような条件を設けた
のか、理由をご説明頂けると有難く思います。仮に、効率が理想的で100%で
あれば、熱は発生しませんので、温度上昇がゼロという答えになってしまい
ます。

ご質問者さんの想定と異なるかもしれませんが、およその見当をつける
為のかなり荒っぽい試算例を書いてみます。

モータへの電気的入力：
駆動周波数はあまり高くなく、インダクタンスは大きな影響を及ぼさない
と仮定。定格電流一定で駆動すると考えると、モータへの電気的入力は、
　　0.95A^2×2.7Ω×2相分＝4.87 W

定格電圧2.6V、定格電流0.95A程度のステッピングモータを探すと、その
質量は0.11kg程度。

ご質問者さん提供の比熱0.379を使うと、0.11kgの熱容量は41.7 J/K
　（単位はkJ/kg･Kと想定）
1W＝1J/sのパワーが加われば、1/41.7 K/sで温度上昇する。

無負荷ということは、電気的入力は機械的パワーに変換されないので、
すべて温度上昇に費やされる。
4.87 Wのパワーが、5分間（300s）加われば、モータの表面は
　4.78 W×1/41.7 K/s×300 s＝34.3 K　程度温度上昇すると予想します。

この回答は、突っ込みどころ満載の回答と思いますので、質問者さん及び
このQ&Aのご覧の方の積極的なご回答をお願いしたいと思います。

取りいそぎ温度の単位記号“K”について

現在世の中で認められているSI単位では、温度差は“Ｋ”ケルビンの
単位で表すことになっています。摂氏温度“℃”で測った温度差と
同等の値ですので、34.3 Kは、温度差が摂氏℃で測って34.3度異なる
と同じことと了解して下さい。

補足

回答有難うございます。
無知な初心者の質問ですみませんm(__)m
各情報を下記に添付致します、よろしくお願いします。

?ﾓｰﾀの種類(2相ﾕﾆﾎﾟｰﾗ)http://kmssrc1.biznine.com/images/5683/28mm.pdf#search='TS3641N11E2'

?ﾄﾞﾗｲﾊﾞ(多分定電流だと思います)
http://www.kss-superdrive.co.jp/jp/pdf/catalog/KS9110.pdf#search='TS3641N11E2'

?駆動周波数は400HZで、10000PPSをCW　CCWと無限に繰返す動作を行います。

ohkawaさんのおっしゃる通り損失が発生しなければ熱の発生はありませんね(´・ω・`)現在の効率がわからず焦ってへんな質問をしました。
出来れば損失の計算等も教えて頂けると助かります。

後、１K＝273.15℃なので銅線の発熱温度　℃＝34.3＋273.15＝307.45(℃)ってことですか？