Напряжение питания шаговых двигателей 3D принтера

Напряжение питания шаговых двигателей 3D принтера. Особенности разрешения на минимальном шаге

30.09.2016 Сайт https://anteh.ru

Рассматривается пластиковый 3D FDM дельта принтер. Шаговый двигатель экструдера JK42HS40-1204D, согласно документации индуктивность = 4.5mH. X Y Z двигатели осей JK42HS60-1704A, это 2х фазный гибридный шаговый двигатель, согласно документации индуктивность = 6.2mH. Проверена индуктивность обмоток RLC метром, последовательная схема измерения, частота 1kHz:
JK42HS60-1704A:
X: Ls=6.283mH, Q=6.0; Ls=6.316mH, Q=6.0
Y: Ls=6.318mH, Q=6.13; Ls=6.229mH, Q=6.0
Z: Ls=6.413mH, Q=6.0; Ls=6.43mH, Q=6.14
JK42HS40-1204D:
E: Ls=4.1mH, Q=5.45; Ls=4.1mH, Q=5.21
Индуктивность немного меняется при повороте вала двигателя и точность где-то в десятых долях. Измерения совпали с документацией.
Лучше работают двигатели с меньшей индуктивностью, малая индуктивность требует меньшего напряжения питания. Максимальное напряжение питания двигателя вычисляется по эмперической формуле

, где L — индуктивность обмоток двигателя в миллигенри. Рекомендуется, чтобы максимально допустимое напряжение питания драйвера было примерно равно Umax, или чуть больше. Если условие не выполняется, то больших скоростей вращения не получить.
UmaxXYZ=32*sqrt(6)=78V
UmaxE=32*sqrt(4.1)=64V
Интересно получается. Сейчас напряжение питания шаговых двигателей +12VDC. Диазапазон питающих напряжений двигателя должен быть в диапазоне от 4 до 25 значений напряжения питания двигателя. Чтобы увеличить скорость печати, предотвратить пропуски на высоких скоростях печати, положительно повлиять на шум и резонансные явления, снизить тепловыделение(палец обжигать не будет) и ток драйверов, нужно поднять напряжение питания драйверов, хотя бы до безопасных +24VDC.

Выставлен на всякий ток драйверов в 1A, 0.8Vref. И приятные результаты, на слух стало тише.Субъективно, по показаниям микрометра увеличилась точность, драйвера стали греться существенно меньше, теперь на максимальной скорости печати на радиаторах A4988 можно спокойно держать палец сколь угодно долго, при питании от +12VDC палец обжигало. И что более важное исчезли пропуски, при тех же исходных, при 12V питания XYZ шаговых двигателей и токе драйвера 1.5A пропуски наблюдались в районе 650%(35мм/c=100%) 230мм/сек. Сейчас, при напряжении питания +18VDC(линейный блок питания под нагрузкой) и токе драйверов 1А, на скорости 900% 315мм/сек пропуски не наблюдались. На чередование шага по высоте 70/80 микрон повышение напряжения питания субъективно повлияло, микрометр, в среднем, стал показывать 75 микрон т.е. немного увеличилась точность. В этой статье разрешение по вертикали каждой из осей подправлено на 50микрон. Преимущества использования +24VDC вместо +12VDC для питания шаговых двигателей существенны. Разумеется речь о бюджетных open source домашних принтерах. По «взрослому», как уже обсуждалось напряжение питания шаговых двигателей можно подбирать в зависимости от индуктивности обмотки и для используемых осевых шаговых двигателей может составлять чуть более +78VDC. Нужны соответствующие драйвера STEP DIR с питанием от линейного трансформаторного блока питания 80VDC, стабилизация не нужна, достаточно электролитов, в общей сумме на 30000 -50000мкФ.
Конечно +18 не +24, но результат весьма положительный. Сейчас заказан тор и пару банок для линейного +24VDC источника питания драйверов шагового двигателя. Здесь «Питание драйверов A4988 3D принтера от линейного трансформаторного блока питания напряжением 27VDC» продолжение статьи.
В проекте попробовать запитать двигатели 80VDC с использованием соответствующих драйеров, возможно с «прибамбасами». Цель получить качественную печать на скорости 100-120мм/сек используя AtMega2560 + marlin прошивку.

Несколько полезныхфактов о шаговом двигателе:

Момент вращения ротора шагового двигателя максимален на малых оборотах. Шаговые двигатели можно назвать вечными. Температура корпуса шагового двигателя в 90градусов считается нормой. Его можно использовать как датчик угла поворота. Как генератор мощности он будет работать эффективней коллектооных двигателей.

roboforum.ru

Технический форум по робототехнике.

• Список форумов‹Мастерская‹3D печать
• Изменить размер шрифта
• Версия для печати

• Магазин
• Правила
• Wiki
• FAQ
• Регистрация
• Вход

Выбор шаговика для принтера.

Выбор шаговика для принтера.

timerkhan » 27 дек 2012, 23:01

Re: Выбор шаговика для принтера.

denim » 27 дек 2012, 23:03

Re: Выбор шаговика для принтера.

setar » 27 дек 2012, 23:04

Re: Выбор шаговика для принтера.

timerkhan » 27 дек 2012, 23:59

Re: Выбор шаговика для принтера.

denim » 28 дек 2012, 01:57

Re: Выбор шаговика для принтера.

unigenum » 28 дек 2012, 11:21

Не стал бы так громко говорить про «рекомендации лучших принтероводов»
Это всего-лишь табличка более-менее сносно работающих двигателей.
Так сказать, что первое попалось под руку, то и воткнул. Опа, вроде работает, записал в табличку.
А насколько оно эффективно работает.

Двигатель управляется драйвером, соответственно нужно подбирать их совместно, в соответствии друг-другу.
Как я понял, самые распространенные драйверы двигателей Pololu A4988, которые могут выдавать 1.5А(до 2А с радиатором). А двигатель из таблички 42BYGHW811 выдает свои заявленные характеристики при 2.5А на обмотку.
И там же под табличкой в рекомендациях по выбору двигателя написано «2) If a motor is rated to more amps or volts than your driver can produce, your motor will not produce the manufacturer’s rated torque.»
Получается, двигатель 42BYGHW811 с драйвером Pololu A4988 будет работать чуть ли не в половину своих возможностей. Нужно либо подбирать другой драйвер, либо выбирать соответствующий двигатель.

Re: Выбор шаговика для принтера.

setar » 28 дек 2012, 12:29

Re: Выбор шаговика для принтера.

yozik0ff » 28 дек 2012, 12:36

Вот себе такие драйвера поставил DRV8825

Re: Выбор шаговика для принтера.

TedBeer » 28 дек 2012, 13:21

Re: Выбор шаговика для принтера.

unigenum » 28 дек 2012, 17:02

Не надо путать максимум и номинал, заявленный производителем. Предел обычно намного больше номинала.
Вот как раз таки работа в номинальном режиме и обеспечивает минимальный нагрев при максимальном кпд, моменте, и т.п.

А если двигатель NEMA17 работает не эффективно и в половину своих возможностей, не дотягивая до номинала, то целесообразнее подобрать уже NEMA14, который в своем номинальном режиме будет работать так же, зато существенно легче по весу, что тоже имеет большое значение.

Вон в соседней теме народ обсуждает смазку подшипников и вообще альтернативы линейным подшипникам с целью добиться легкого перемещения кареток. А вот с подбором двигателей, которые эти каретки тягают, никто не заморачивается.

Re: Выбор шаговика для принтера.

denim » 28 дек 2012, 17:11

Re: Выбор шаговика для принтера.

TedBeer » 28 дек 2012, 17:49

Re: Выбор шаговика для принтера.

FireFly » 29 дек 2012, 00:33

Re: Выбор шаговика для принтера.

unigenum » 29 дек 2012, 14:20

Re: Выбор шаговика для принтера.

FireFly » 29 дек 2012, 15:19

Эксперимент с шаговым двигателем Mitsumi от лазерного принтера.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Как-то раз достался мне (абсолютно безвозмездно) хладный труп лазерного принтера.

Принтер был разобран на органы, ценного и полезного для rep-rap-а в нем ничего не нашлось, кроме пожалуй шагового двигателя Mitsumi M49SP-1. Польза в котором сомнительная.

Погуглил, двигатель вроде достаточно мощный. Один весомый минус — шаг в 7,5 градусов.

После раздумий куда его применить, пришла в голову мысль попробовать его в качестве привода экструдера принтера. В качестве эксперимента. Нормальные, обычные Nema17 шаговики у меня есть в некотором количестве,

но вот захотелось поэкспериментировать. Стало интересно, мысль овладела головой и руками.

Еще подумалось что микрошаг 32 ситуацию с шагом в 7,5 градусов слегка улучшит.

Спроектировал во FreeCAD-е и распечатал переходную пластину с закладными гайками м3 с этого мотора на nema17.

Родную шестерню не удалял, зубчики достаточно острые и по идее должны вполне цепляться за пруток.

Распечатанный экструдер у меня уже был, печатал остатками китайского пла.

С моим принтером пришел такой же, только литой. А модельку случайно нашел на тинге и распечатал в некотором количестве.

Собрал монстр-экструдер воедино.

Ножка из Леруа Мерлен на укосине.

А в катушку распечатал вот такие вставки и стопор.

Ток выставил экспериментально, чтоб мотор крутился и не пропускал шаги под нагрузкой.

Экспериментально определил количество шагов на 1см.

Тестовая печать прямоугольного столба в 2 стенки.

. дала вот такие занимательные артефакты.

Оно даже печатает, но при печати мотор разогрелся.

В общем для прямого привода моторчик явно не годится. 🙂

Надо попробовать собрать экструдер с редуктором или с ременной передачей.

Прекрасно понимаю что все это блажь и баловство, не заменит этот моторчик хорошо работающий nema17 17hs4401.

Подытожу: не каждый эксперимент удачный, зато в процессе приобретается бесценный опыт 🙂

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Как работает шаговый двигатель

Узнайте все преимущества шаговых двигателей, а также достоинства и недостатки выбора этого типа двигателей для вашего проекта.

Если вы работаете над проектом, в котором есть движущаяся часть, вы, вероятно, будете искать двигатель, чтобы сделать это движение возможным. В этой серии статей мы рассматриваем наиболее популярные типы двигателей, которые используют разработчики. Пока мы рассмотрели:

Чтобы узнать, для каких проектов лучше всего подходят шаговые двигатели, ознакомьтесь с обзором:

Обзор шаговых двигателей

В мире разработчиков шаговые двигатели широко распространены в технологии 3D печати. Все потребительские 3D принтеры оснащены ими. Шаговые двигатели также широко используются и в робототехнике.

Шаговые двигатели широко используются в робототехнике и 3D принтерах

Шаговые двигатели часто сравнивают с серводвигателями, поскольку эти оба типа двигателей используются в системах, требующих высокого уровня точности позиционирования.

Однако способы, которыми каждый тип двигателя отслеживает свое положение, сильно отличаются. Как обсуждалось в предыдущей статье, серводвигатель содержит в себе потенциометр, который измеряет абсолютное положение двигателя. Поэтому в любой момент времени сервопривод точно знает, как расположен вал двигателя. Шаговый двигатель не измеряет угол своего вала.

Как работает шаговый двигатель?

Конструкция шагового двигателя похожа на более сложную версию бесколлекторного двигателя. Вы заметите, что многие детали, по сути, одинаковы, но в шаговом двигателе их конструкция значительно сложнее.

Основные компоненты шагового двигателя

В шаговом двигателе обмотки расположены вокруг внешней части кожуха. Постоянные магниты установлены на валу двигателя. Поскольку эти постоянные магниты достаточно тяжелые, шариковый подшипник с обеих сторон вала двигателя помогает стабилизировать двигатель.

Шаговые двигатели в теории работают аналогично бесколлекторным двигателям. Для создания магнитного поля обмотки возбуждаются и, воздействуя на постоянные магниты, заставляют вал двигателя двигаться.

Ребра на постоянных магнитах соответствуют похожим ребрам на обмотках на корпусе двигателя. Вместо непрерывного вращения шаговые двигатели перемещаются между этими ребрами дискретными шагами.

Различие с бесколлекторным двигателем заключается в том, что вместо того, чтобы каждый раз, когда обмотки переключают полярность, поворачиваться примерно на 30% от окружности, шаговый двигатель поворачивается очень немного, обычно всего на 1,8 градуса. Каждый из этих крошечных поворотов называется шагом. Контроллеры могут также управлять мощностью, подаваемой на обмотки, так, что шаговый двигатель может поворачиваться всего на 0,05625 градуса за шаг. Этот вид чрезвычайно точного управления движением позволяет шаговым двигателям достичь очень высокой точности позиционирования.

Достоинства шаговых двигателей

Высокая точность позиционирования

Основная причина существования шаговых двигателей заключается в том, что система управления движением обеспечивает высокую точность отслеживания положения.

Высокий крутящий момент на низких скоростях

Шаговые двигатели обеспечивают значительный крутящий момент на низких скоростях.

Оценка характеристик шаговых двигателей

Недостатки шаговых двигателей

Низкая максимальная скорость

Поскольку шаговые двигатели перемещаются определенными шагами, у них низкая максимальная скорость вращения.

Низкий крутящий момент на высоких скоростях

На более высоких скоростях шаговые двигатели теряют значительный крутящий момент, обеспечивая лишь около 20% от своего крутящего момента на более низких скоростях.