„Врел компир!“ - Ова може да биде првиот допир што многу инженери, производители и студенти го имаат со микростепер моторите за време на дебагирање на проектот. Исклучително честа појава е микростепер моторите да генерираат топлина за време на работата. Но, клучот е, колку е топло нормално? И колку е топло укажува на проблем?

Силното загревање не само што ја намалува ефикасноста, вртежниот момент и точноста на моторот, туку и го забрзува стареењето на внатрешната изолација на долг рок, што на крајот доведува до трајно оштетување на моторот. Ако се борите со топлината на микростепер моторите на вашиот 3D печатач, CNC машина или робот, тогаш оваа статија е за вас. Ќе ги истражиме основните причини за треска и ќе ви понудиме 5 итни решенија за ладење.

Дел 1: Истражување на основната причина – зошто микростепер моторот генерира топлина?

Прво, потребно е да се разјасни еден основен концепт: загревањето на микростепените мотори е неизбежно и не може целосно да се избегне. Неговата топлина главно доаѓа од два аспекта:

1. Губење на железо (губење на јадрото): Статорот на моторот е направен од наредени силиконски челични лимови, а наизменичното магнетно поле ќе генерира вртложни струи и хистерезис во него, предизвикувајќи производство на топлина. Овој дел од загубата е поврзан со брзината (фреквенцијата) на моторот, и колку е поголема брзината, толку е поголема загубата на железо обично.

2. Губење на бакар (губење на отпорот на намотките): Ова е главниот извор на топлина, а воедно и дел на кој можеме да се фокусираме за оптимизирање. Го следи Џуловиот закон: P=I² × R.

P (губење на моќност): Енергијата директно се претвора во топлина.

Јас (тековно):Струјата што тече низ намотката на моторот.

R (Отпор):Внатрешниот отпор на намотката на моторот.

Едноставно кажано, количината на генерирана топлина е пропорционална на квадратот на струјата. Ова значи дека дури и мало зголемување на струјата може да доведе до квадратен наплив на топлина. Речиси сите наши решенија се вртат околу тоа како научно да се управува со оваа струја (I).

Дел 2: Пет главни виновници – Анализа на специфични причини што доведуваат до тешка треска

Кога температурата на моторот е превисока (како на пример премногу жешка на допир, обично надминува 70-80 °C), тоа обично е предизвикано од една или повеќе од следниве причини:

Првиот виновник е што струјата на возење е превисока.

Ова е најчестата и примарна контролна точка. За да се добие поголем излезен вртежен момент, корисниците често го вртат премногу потенциометарот за регулирање на струјата на драјверите (како што се A4988, TMC2208, TB6600). Ова директно резултираше со тоа што струјата на намотката (I) значително ја надмина номиналната вредност на моторот, а според P=I² × R, топлината нагло се зголеми. Запомнете: зголемувањето на вртежниот момент доаѓа по цена на топлина.

Втор виновник: Неправилен напон и режим на возење

Напонот на напојување е превисок: Системот на чекорен мотор користи „погон со константна струја“, но повисокиот напон на напојување значи дека драјверот може да ја „турка“ струјата во намотката на моторот со поголема брзина, што е корисно за подобрување на перформансите при голема брзина. Сепак, при мали брзини или во мирување, прекумерниот напон може да предизвика премногу често прекинување на струјата, зголемувајќи ги загубите на прекинувачот и предизвикувајќи загревање и на драјверот и на моторот.

Некористење на микростепено движење или недоволна поделба:Во режим на целосен чекор, брановата форма на струјата е квадратен бран, а струјата драматично се менува. Вредноста на струјата во намотката одеднаш се менува помеѓу 0 и максималната вредност, што резултира со големо бранување на вртежниот момент и шум, и релативно ниска ефикасност. А микростепенирањето ја измазнува кривата на промена на струјата (приближно синусоиден бран), ги намалува хармониските загуби и бранувањето на вртежниот момент, работи поглатко и обично го намалува просечното производство на топлина до одреден степен.

Трет виновник: Преоптоварување или механички проблеми

Надминување на номиналното оптоварување: Ако моторот работи под оптоварување блиску до или го надминува неговиот вртежен момент подолго време, за да го надмине отпорот, погонот ќе продолжи да обезбедува висока струја, што резултира со одржлива висока температура.

Механичко триење, нерамномерно порамнување и заглавување: Неправилната инсталација на спојките, лошите водилки и туѓите предмети во завртката за повод може да предизвикаат дополнителни и непотребни оптоварувања на моторот, принудувајќи го да работи понапорно и да генерира повеќе топлина.

Четврти виновник: Неправилен избор на мотор

Мал коњ што влече голема количка. Ако самиот проект бара голем вртежен момент, а изберете мотор кој е премногу мал по големина (како на пример користење на NEMA 17 за работа на NEMA 23), тогаш тој може да работи само под преоптоварување долго време, а силното загревање е неизбежен резултат.

Петти виновник: Лоша работна средина и лоши услови за дисипација на топлина

Висока амбиентална температура: Моторот работи во затворен простор или во средина со други извори на топлина во близина (како што се 3D печатачи или ласерски глави), што значително ја намалува неговата ефикасност на дисипација на топлина.

Недоволна природна конвекција: Самиот мотор е извор на топлина. Ако околниот воздух не циркулира, топлината не може да се однесе навремено, што доведува до акумулација на топлина и континуирано зголемување на температурата.

Дел 3: Практични решенија - 5 ефикасни методи за ладење за вашиот микростепен мотор

Откако ќе ја идентификуваме причината, можеме да го препишеме вистинскиот лек. Ве молиме, решете го проблемот и оптимизирајте го по следниот редослед:

Решение 1: Прецизно поставете ја струјата на возење (најефикасно, прв чекор)

Метод на работа:Користете мултиметар за да го измерите референтниот напон на струјата (Vref) на драјверот и пресметајте ја соодветната вредност на струјата според формулата (различни формули за различни драјвери). Поставете ја на 70% -90% од номиналната фазна струја на моторот. На пример, мотор со номинална струја од 1,5A може да се постави помеѓу 1,0A и 1,3A.

Зошто е ефикасно: Тоа директно го намалува I во формулата за генерирање топлина и ги намалува загубите на топлина за квадратни пати. Кога вртежниот момент е доволен, ова е најисплатливиот метод на ладење.

Решение 2: Оптимизирајте го напонот на возење и овозможете микростепирање

Напон на погон: Изберете напон што одговара на вашите барања за брзина. За повеќето десктоп апликации, 24V-36V е опсег што постигнува добра рамнотежа помеѓу перформансите и генерирањето топлина. Избегнувајте користење на претерано висок напон. 

Овозможете микрочекорење со висока поделба: Поставете го драјверот на повисок режим на микрочекорење (како што е поделба на 16 или 32). Ова не само што овозможува помазно и потивко движење, туку и ги намалува губитоците на хармоници поради мазниот бранов облик на струјата, што помага да се намали генерирањето на топлина за време на работа со средна и ниска брзина.

Решение 3: Инсталирање на ладилници и присилно воздушно ладење (физичка дисипација на топлина)

Перки за дисипација на топлина: За повеќето минијатурни чекорни мотори (особено NEMA 17), лепењето или стегањето на ребрата од алуминиумска легура на куќиштето на моторот е најдиректниот и најекономичниот метод. Ладилникот значително ја зголемува површината на моторот за дисипација на топлина, користејќи природна конвекција на воздух за отстранување на топлината.

Принудено ладење со воздух: Доколку ефектот на ладилникот сè уште не е идеален, особено во затворени простори, додавањето на мал вентилатор (како вентилатор 4010 или 5015) за принудно ладење со воздух е најдоброто решение. Протокот на воздух може брзо да ја однесе топлината, а ефектот на ладење е исклучително значаен. Ова е стандардна практика кај 3D печатачите и CNC машините.

Решение 4: Оптимизирање на поставките на дискот (напредни техники)

Многу модерни интелигентни погони нудат напредна функционалност за контрола на струјата:

StealthShop II и SpreadCycle: Со овозможена оваа функција, кога моторот е во мирување одреден временски период, струјата на возење автоматски ќе се намали на 50% или дури и пониска од работната струја. Бидејќи моторот е во состојба на чекање поголемиот дел од времето, оваа функција може значително да го намали статичкото загревање.

Зошто функционира: Интелигентно управување со струјата, обезбедување доволно енергија кога е потребно, намалување на отпадот кога не е потребен и директно заштедување на енергија и ладење од изворот.

Решение 5: Проверете ја механичката структура и повторно изберете (фундаментално решение)

Механичка инспекција: Рачно ротирајте ја вратилото на моторот (во исклучена состојба) и почувствувајте дали е мазно. Проверете го целиот систем на пренос за да се осигурате дека нема места на затегнатост, триење или заглавување. Мазниот механички систем може значително да го намали оптоварувањето на моторот.

Повторно избор: Ако по испробувањето на сите горенаведени методи, моторот е сè уште жежок, а вртежниот момент е едвај доволен, тогаш веројатно е дека моторот е избран за премногу мал. Заменувањето на моторот со поголема спецификација (како што е надградба од NEMA 17 на NEMA 23) или со повисока номинална струја, и дозволувањето да работи во рамките на својата зона на удобност, природно фундаментално ќе го реши проблемот со греењето.

Следете го процесот за да истражите:

Соочувајќи се со микростепен мотор со силно загревање, можете систематски да го решите проблемот следејќи го следниов процес:

Моторот се прегрева сериозно

Чекор 1: Проверете дали струјата на погонот е поставена превисоко?

Чекор 2: Проверете дали механичкото оптоварување е преголемо или триењето е големо?

Чекор 3: Инсталирајте физички уреди за ладење

Прикачете ладилник

Додајте принудно ладење со воздух (мал вентилатор)

Дали температурата се подобри?

Чекор 4: Размислете за повторен избор и замена со поголем модел на мотор