roboforum.ru

MEG писал(а):вот пример, почему у вас пропуски шагов, перегрев и прочие неприятности: дано мотор 17HS4401, обычный для наших дел. трапеция с шагом на оборот 2мм, напряжение 12В, вопрос: сколько двигатель на скорости перемещения каретки 100мм/с будет потреблять тока, если на драйвере выставлено заранее 1,5А. И хватит ли этого для перемещения без пропуска шагов каретки весом 0,9кг.

я купил HIWIN с преднатягом у оф. дистрибутора. С повышенной точностью изготовления.

MEG писал(а): Нет ни одного известного мне мотора (за исключением китая, к которым нет никаких даташитов) где производитель хоть один параметр нормировал бы на 12 вольтах. минимумом считают 24.

Решил собрать воедино все размышления по поводу напряжений и токов, чтоб раз и навсегда закрыть эту тему. Далее тезисами изложу основные положения, приведшие меня к определённому выбору.


• Первое. Не смотря на всеобщую уверенность что момент удержания, а как следствие и рабочий момент мотора зависит от тока, и "шаговик управляется током", такой подход является заблуждением. Шаговик управляется "током и индуктивностью обмотки", вот такие дела. Естественно, когда я выбирал движок, для меня важным было не только уменьшение протекающих в системе токов, но и рабочий момент на нормальном для NEMA17 (раз уж в фаворе такой типаж движков) уровне. Взяв за основу рабочий момент в ~400мН*м. Кстати, судя по моим расчётам, для осей XY на обычных рабочих скоростях и ускорениях вполне достаточно или коротких NEMA17 (20-34мм) или вообще NEMA13, позволяющих окультурить конструкцию и снизить массу (вес всех движков запросто забегает за полтора кило, а некоторые расположенные в верхней части успешно расшатывают конструкцию своим весом и рывками). Но, повсеместное увлечение блоками питания в 12 вольт увы, ставит крест на миниатюрных движках, потому как они почти сразу после разгона теряют весь момент и не в состоянии двигать головку без пропуска шагов, но об этом позже. Итак, отметив что при повышении индуктивности можно пожертвовать током, и имея в виду что косвенно индуктивность мотора можно оценить через сопротивление обмотки (при одинаковом форм-факторе движка) Поискал и нашёл движок с умеренным током в 1,5А и индуктивностью/сопротивлением в два раза выше стандартных дешёвых 4401. В моменте не потерял, приобрёл возможность снизить ток до уровня менее 1А при отличных динамических параметрах движка.
  
• Второе. Зачем же так неистово хотелось снизить ток. Опять же, развею заблуждение что рассеиваемая на тепло мощность конструкции драйвер+двигатель рассчитывается по закону ома как подводимое напряжение*ток и никуда не деться от этого тепла которое рассеется и на драйвере и на моторе при любых ухищрениях. Это не так. ШИМ драйвер представляет из себя некую схему на выходе которой стоят MOSFET, и работая в ключевом режиме регулируют средний ток через катушку в соответствии с заданным. В случае когда питающее напряжение в разы и десятки раз превышает паспортное для режима удержания, как нетрудно догадаться скважность ШИМ сигнала драйвера на двигатель довольно велика и большую часть времени MOSFETы находятся в закрытом состоянии лишь иногда взбадривая движок подачей на катушку запредельного напряжения, чтоб приободрить начавший было угасать в ней ток. Что-же происходит с рассеиваемой на драйвере мощностью, приводящей к перегреву и прочему? А она соответственно зависит строго от сопротивления канала этих MOSFET в открытом режиме, пресловутого R_on. В микросхеме драйверов место под MOSFET-ы ограничено, и, если изучить технологию их производства и структуру, станет понятно, что на ограниченном месте можно разместить только откровенно говённые MOSFET-ы. И так и происходит. Например самые простейшие микросхемы драйверов А4988 (82,83 и прочие из семейства) и DRV8825(24,23 и т.д.) могут выделить много места под эти выходные ключи и поэтому ключи там получше (R_on=0,2-0,3ом). А вот как драйвер выполнен на передовом уровне, как TMC2100, так места под ключи остаётся мало, ключи от этого выходят откровенно дерьмовые (R_on=0,5ом) И получается что самый лучший из трёх рассматриваемых драйверов имеет самый худший из них выходной каскад, который, надо признать, не тянет те токи в 2-3А которым его принято нагружать в данных поделках. Ну не с может он рассеять в открытом состоянии 1-1,5Вт ни просто так ни с игрушечным радиатором ни с системой жидкостного охлаждения, просто даже на корпус с трудом может передать столько и перегревается. И зачем драйвер который по чесноку должен рулить токами менее 1А, а лучше и ещё поменьше - насилуют и потом кровавыми соплями размазывают по форумам стоны о том какое говно этот драйвер я честно сказать не понимаю. Ну есть же даташит, есть же голова, легко сложить одно во второе и понять - ребята, данный драйвер относится к премиум сегменту данных устройств и требует соответствующего отношения, т.е. детальной проработки всей схемы, а не тяп ляп и быстро из китайских дерьмовых блоков питания слепили Франкенштейна который, вот удивительно, перегревается, пропускает шаги и вообще выставляет дураками горе деятелей. Но к теме. Я не зря расписал работу ШИМ чтоб стало понятно что рассеивает мощность на ключе она строго (не строго, но опустим пока диодную схему сброса тока катушки) в открытом состоянии ключа. А в закрытом не рассеивает. Что происходит когда такую схему питают откровенно позорными 12 вольт? А скважность ею мала, т.е. ключ (а точнее два на обмотку, или четыре на каждый драйвер) всё чаще находится в открытом состоянии. И греется. И на скоростях подачи под 40-50мм/с, как я покажу дальше, ввиду закона ома для реактивных цепей с индуктивностями схема ШИМ вырождается на 12 вольтах в схему "тока долить как заказано не могу, всегда открыт, а не помогает". Именно где-то здесь начинаются пропуски шагов, перегрев и уход в шатдаун драйверов и чудесные сдвиги на пару мм в печатаемых моделях, когда мотор тупо не может остановиться разогнавшись в холодном состоянии драйвера а приехав к концу прямой с драйвером у которого сорвало паром крышку.
  Итак выводы: выбранный TMC2100 судя по даташиту на три головы круче остальных дешёвых альтернатив. По всем схемотехническим параметрам он лучший. НО, он не в состоянии работать нормально в принтерах на 12 вольтах и принятых за стандарт ещё при царе Горохе низкоомных высокотоковых движках по типу 4401. Его не удастся так использовать и всё равно все попробовавшие рано или поздно вернут дерьмо-драйверы на место, с ними не пропускает шагов, ну а шум? не баре, перетопчемся. Но не в моём случае. Поняв что данный драйвер не получится скрестить с большим током, я выбрал малый ток и отсутствие шума.
  
• Третье. Поняв что мне не по пути с 12 вольт стал обдумывать а сколько же можно и нужно? Сразу ограничение, не хотелось по горячей движущейся системе разводить киловольты, поэтому ограничился якобы безвредными 42 вольтами по госту для жилых помещений. Можно было бы и 48 вольт для стандартности, но большая часть электролитов, которые будут использованы в конструкции имеют номиналы в 16-35-50-60 вольт. И все они не подходят для 48 питающих вольт. С электролитами правило подбора стандартное, определись с максимальным напряжением в схеме и возьми двойной запас. Сразу скажу, мне это не удалось, я буду колхозить пытаясь обмануть это правило, потому как лень было искать 60 вольтовые и накупил 50 вольтовых. Т.е. 30-35 вольт уже будет пределом для конструкции. Следующим пунктом было понять а чем привыкли питаться все комплектующие. Столы делают максимум на 24 вольта, РАМПс чаще всего содержит электролиты на 35 вольт, вентиляторы доступны на 24 вольта, нагреватели хотэнда тоже на 24. По хорошему можно было выбрать 24 вольта и успокоиться, но мы не ищем лёгких путей. Например стол хоть и датский и красивый, а имеет всего 120 ватт на 24 вольтах, что увы не позволяет добиться ТТХ, а именно разогрева до рабочих температур за 3 минуты. А вот если на 24 вольтовый стол подать 36, то он резко взбодрится и выдаст 270 ватт. Что уже солидно и преемлимо. Нагреватель хотэнда питается через ШИМ и по идее всё равно будет держать сколько задали, гореть там ничего не должно, а став на 36 вольтах уже не 40 ватным а 90 ватным будет только ровнее держать заданное. Вся засада конечно будет с РАМПсом. чтоб питать его на 36 вольт увы, в него придётся лезть паяльником. Кстати, не смотря на уверения что он рассчитан на 24 вольта, я видел фото китайских где впаяны электролиты на 16 вольт. остерегайтесь! такое и на 12 вольтах сгорит однажды. Итак, на рампсе придётся заменить все кондёры с 35 вольтовых на хотя-бы 50 вольтовые, а таких там я насчитал в конструкции аж 6 штук. Так-же придётся избавиться от прикольных жёлтых квадратиков на входе питания и заменить их крестьянскими плавкими предохранителями. Ну и до кучи я решил сменить выходные три MOSFET на Рампсе. стоят они гроши, а что там впаяли китайцы и зачем оно у всех греется мне не понятно, а любые нормальные ни греться не будут, ни мощность на себя переводить. Кроме того, заказал пять преобразователей напряжения на случай если не удастся найти нормальных 24 вольтовых кулера для всех потребностей. и буду питать их родными вольтами (кстати опять, китайцы любят вкрячить в них 35 вольтовые электролиты и написать что они работают до 40 вольт, остерегайтесь!)
  Отдельно хочется заметить, что драйвера TMC2100 и DRV8825 по паспорту рассчитаны до 45 вольт, а вот A4988 и его родичи - только на 35. Т.е. выбирая напряжение выше 30 вольт создатель должен поставить жирный КРЭСТ на аморально устаревшем A4988 и всем советую сделать так-же. А вот не напаяли ли трудолюбивые китайцы на драйвер какого-нибудь шлака в обвязке драйвера на стике - узнаю по синему пламени в момент включения!!
  
• Четвёртое. Поглядев на стандартные блоки питания, не смог найти 30 вольтового, от 24 вольтового отказался по причинам описанным выше, от 27 вольтового отказался потому что он не давал запаса по мощности стола, которого я бы хотел добиться, ну и в результате взял блок выходное напряжение которого регулируется от 32,4 до 39,6. Вполне нормальный зазор под нужды принтера. Единственное, по собственной тупости взял его на 350ватт, и уже понимаю что когда у тебя стол жрёт 270, всем другим может и не хватить, так что боюсь придётся его пользовать на 32,4 и получать на столе всего 218,7 ватт. Но и так, думаю, неплохо выйдет. Ну или купим помощнее
  
• И пятое. всё что описано выше позволило иметь блок с выходными 10А всего. на стол будет идти 6-7А, на всё остальное 2-3А, на каждый движок - менее ампера. Нетяжело заметить, что даже соединив всё соплями и лапшой можно не беспокоиться за провода, греться они не будут. И терять на них по 2-3 вольта, как это принято при питании в 12 вольт и под 30А на круг - не придётся.
  
  у меня всё по теме напряжения. Надеюсь прочитавшие задумаются и не будут кроить на напряжении, создавая себе кучу граблей и весело проводя вечера в борьбе с ветряными мельницами.