«Гарачая бульба!» — гэта, магчыма, першы дотык многіх інжынераў, вытворцаў і студэнтаў да мікракрокавых рухавікоў падчас адладкі праекта. Вельмі распаўсюджаная з'ява, калі мікракрокавыя рухавікі вылучаюць нагрэў падчас працы. Але галоўнае — наколькі высокая тэмпература лічыцца нармальнай? І наколькі высокая тэмпература сведчыць аб праблеме?

Моцны нагрэў не толькі зніжае эфектыўнасць рухавіка, крутоўны момант і дакладнасць, але і паскарае старэнне ўнутранай ізаляцыі ў доўгатэрміновай перспектыве, што ў канчатковым выніку прыводзіць да незваротнага пашкоджання рухавіка. Калі вы змагаецеся з нагрэвам мікракрокавых рухавікоў на вашым 3D-прынтары, станку з ЧПУ або робаце, то гэты артыкул для вас. Мы паглыбімся ў першапрычыны перагрэву і прапануем вам 5 неадкладных рашэнняў для астуджэння.

Частка 1: Вывучэнне першапрычыны — чаму мікракрокавы рухавік выпрацоўвае цяпло?

Па-першае, неабходна ўдакладніць асноўную канцэпцыю: награванне мікракрокавых рухавікоў непазбежна і яго нельга цалкам пазбегнуць. Яго награванне ў асноўным паступае з двух прычын:

1. Страта жалеза (страта ядра): Статар рухавіка выраблены з шматслойных лістоў крэмніевай сталі, і пераменнае магнітнае поле будзе генераваць у ім віхравыя токі і гістэрэзіс, што прывядзе да выдзялення цяпла. Гэтая частка страт звязана з хуткасцю рухавіка (частатай), і чым вышэй хуткасць, тым большыя страты ў жалезе звычайна.

2. Страты ў медзі (страты супраціўлення абмоткі): Гэта асноўная крыніца цяпла, а таксама частка, на аптымізацыі якой мы можам засяродзіцца. Гэта адпавядае закону Джоўля: P=I² × R.

P (страты магутнасці): Энергія непасрэдна пераўтвараецца ў цяпло.

I (ток):Ток, які праходзіць праз абмотку рухавіка.

R (Супраціў):Унутраны супраціў абмоткі рухавіка.

Проста кажучы, колькасць выпрацоўваемага цяпла прапарцыйная квадрату сілы току. Гэта азначае, што нават невялікае павелічэнне сілы току можа прывесці да квадратнага рэзкага павелічэння цяпла. Амаль усе нашы рашэнні сканцэнтраваны на тым, як навукова кіраваць гэтым токам (I).

Частка 2: Пяць асноўных прычын — аналіз канкрэтных прычын, якія прыводзяць да моцнай ліхаманкі

Калі тэмпература рухавіка занадта высокая (напрыклад, занадта гарачая навобмацак, звычайна перавышае 70-80 °C), гэта звычайна выклікана адной або некалькімі з наступных прычын:

Першая праблема ў тым, што ток кіравання ўсталяваны занадта высока

Гэта найбольш распаўсюджаная і асноўная кантрольная кропка. Каб атрымаць большы выхадны крутоўны момант, карыстальнікі часта занадта моцна паварочваюць патэнцыяметр рэгулявання току на драйверах (напрыклад, A4988, TMC2208, TB6600). Гэта непасрэдна прывяло да таго, што ток абмоткі (I) значна перавысіў намінальнае значэнне рухавіка, і, згодна з P=I² × R, нагрэў рэзка ўзрос. Памятайце: павелічэнне крутоўнага моманту адбываецца за кошт нагрэву.

Другая віна: няправільнае напружанне і рэжым кіравання

Занадта высокае напружанне харчавання: Сістэма крокавага рухавіка выкарыстоўвае «прывад пастаяннага току», але больш высокае напружанне харчавання азначае, што драйвер можа «падаваць» ток у абмотку рухавіка з большай хуткасцю, што спрыяе паляпшэнню хуткасных характарыстык. Аднак пры нізкіх хуткасцях або ў стане спакою празмернае напружанне можа прывесці да занадта частых рэзкіх змен току, павялічваючы страты ў пераключэнні і выклікаючы нагрэў як драйвера, так і рухавіка.

Не выкарыстоўваецца мікракрокавая структура або недастатковае падраздзяленне:У рэжыме поўнага кроку форма хвалі току мае прастакутную форму, і ток змяняецца рэзка. Значэнне току ў шпульцы раптоўна змяняецца паміж 0 і максімальным значэннем, што прыводзіць да вялікіх пульсацый крутоўнага моманту і шуму, а таксама да адносна нізкай эфектыўнасці. Мікракрокавы рэжым згладжвае крывую змены току (прыблізна сінусоідная хваля), памяншае страты гармонік і пульсацый крутоўнага моманту, працуе больш плаўна і звычайна да пэўнай ступені памяншае сярэдняе нагрэўленне.

Трэцяя прычына: перагрузка або механічныя праблемы

Перавышэнне намінальнай нагрузкі: Калі рухавік працуе пад нагрузкай, блізкай да або перавышаючай яго ўтрымлівальны момант на працягу доўгага часу, каб пераадолець супраціўленне, драйвер будзе працягваць падаваць высокі ток, што прывядзе да ўстойлівага павышэння тэмпературы.

Механічнае трэнне, няправільнае сумяшчэнне і заклініванне: Няправільная ўстаноўка муфт, дрэнныя накіроўвалыя рэйкі і староннія прадметы ў хадавым шрубе могуць выклікаць дадатковыя і непатрэбныя нагрузкі на рухавік, прымушаючы яго працаваць больш інтэнсіўна і выпрацоўваць больш цяпла.

Чацвёрты вінаваты: няправільны выбар рухавіка

Маленькі конь, які цягне вялікі воз. Калі сам праект патрабуе вялікага крутоўнага моманту, і вы выбіраеце рухавік занадта малога памеру (напрыклад, выкарыстоўваеце NEMA 17 для выканання працы NEMA 23), то ён можа працаваць толькі з перагрузкай на працягу доўгага часу, і моцны нагрэў з'яўляецца непазбежным вынікам.

Пяты вінаваты: дрэнныя ўмовы працы і адвод цяпла

Высокая тэмпература навакольнага асяроддзя: Рухавік працуе ў замкнёнай прасторы або ў асяроддзі з іншымі крыніцамі цяпла паблізу (напрыклад, 3D-прынтарамі або лазернымі галоўкамі), што значна зніжае эфектыўнасць яго цеплааддачы.

Недастатковая натуральная канвекцыя: Сам рухавік з'яўляецца крыніцай цяпла. Калі навакольнае паветра не цыркулюе, цяпло не можа своечасова адводзіцца, што прыводзіць да яго назапашвання і пастаяннага павышэння тэмпературы.

Частка 3: Практычныя рашэнні - 5 эфектыўных метадаў астуджэння вашага мікракрокавага рухавіка

Пасля вызначэння прычыны мы зможам прызначыць патрэбныя лекі. Калі ласка, правядзіце пошук і аптымізацыю ў наступным парадку:

Рашэнне 1: Дакладна ўсталюйце сілу току кіравання (найбольш эфектыўна, першы крок)

Метад працы:Вымерайце апорнае напружанне току (Vref) на драйверы з дапамогай мультыметра і разлічыце адпаведнае значэнне току па формуле (розныя формулы для розных драйвераў). Усталюйце яго на ўзроўні 70% - 90% ад намінальнага фазнага току рухавіка. Напрыклад, рухавік з намінальным токам 1,5 А можна ўсталяваць у дыяпазоне ад 1,0 А да 1,3 А.

Чаму гэта эфектыўна: Гэта непасрэдна зніжае I ў формуле цеплавыдзялення і памяншае страты цяпла ў квадратныя разы. Калі крутоўны момант дастатковы, гэта найбольш эканамічна эфектыўны метад астуджэння.

Рашэнне 2: Аптымізацыя напружання кіравання і ўключэнне мікракрокавай рэгуляцыі

Напружанне прывада: Выберыце напружанне, якое адпавядае вашым патрабаванням да хуткасці. Для большасці настольных прылад дыяпазон ад 24 В да 36 В забяспечвае добры баланс паміж прадукцыйнасцю і выдзяленнем цяпла. Пазбягайце выкарыстання празмерна высокага напружання. 

Уключыць мікракрокі з высокім узроўнем падзелу: Усталюйце драйвер у рэжым больш высокага мікракрокавання (напрыклад, 16-ці або 32-ці падраздзяленне). Гэта не толькі забяспечвае больш плаўны і ціхі рух, але і памяншае страты гармонік з-за плаўнай формы хвалі току, што дапамагае паменшыць выпрацоўку цяпла падчас працы на сярэдняй і нізкай хуткасці.

Рашэнне 3: Усталёўка радыятараў і прымусовага паветранага астуджэння (фізічнае рассейванне цяпла)

Рэбры для адводу цяпла: Для большасці мініяцюрных крокавых рухавікоў (асабліва NEMA 17) найбольш прамым і эканамічным метадам з'яўляецца прыклейванне або зацісканне алюмініевых рэбраў для адводу цяпла да корпуса рухавіка. Радыятар значна павялічвае плошчу паверхні адводу цяпла рухавіком, выкарыстоўваючы натуральную канвекцыю паветра для адводу цяпла.

Прымусовае паветранае астуджэнне: Калі эфект цеплаадводу ўсё яшчэ не ідэальны, асабліва ў закрытых памяшканнях, найлепшым рашэннем будзе даданне невялікага вентылятара (напрыклад, 4010 або 5015) для прымусовага паветранага астуджэння. Паветраны паток можа хутка адводзіць цяпло, і эфект астуджэння надзвычай значны. Гэта стандартная практыка на 3D-прынтарах і станках з ЧПУ.

Рашэнне 4: Аптымізацыя налад дыска (пашыраныя метады)

Многія сучасныя інтэлектуальныя прывады прапануюць пашыраныя функцыі кіравання токам:

StealthShop II і цыкл распаўсюджвання: Калі гэтая функцыя ўключана, калі рухавік стаіць на працягу пэўнага часу, ток кіравання аўтаматычна зніжаецца да 50% або нават ніжэй за працоўны ток. Паколькі рухавік большую частку часу знаходзіцца ў стане чакання, гэтая функцыя можа значна паменшыць статычны нагрэў.

Чаму гэта працуе: Інтэлектуальнае кіраванне токам, якое забяспечвае дастатковую магутнасць пры неабходнасці, скарачае страты, калі яны не патрэбныя, і непасрэдна эканоміць энергію і астуджэнне ад крыніцы.

Рашэнне 5: Праверце механічную структуру і паўторна выберыце (фундаментальнае рашэнне)

Механічная праверка: Уручную павярніце вал рухавіка (у выключаным стане) і праверце, ці ён плаўна працуе. Праверце ўсю сістэму перадачы, каб пераканацца ў адсутнасці месцаў заціскання, трэння або заціскання. Плыўная механічная сістэма можа значна паменшыць нагрузку на рухавік.

Паўторны выбар: Калі пасля выкарыстання ўсіх вышэйпералічаных метадаў рухавік усё яшчэ гарачы, а крутоўнага моманту ледзь хапае, то, верагодна, рухавік быў абраны занадта малым. Замена рухавіка на рухавік з большай спецыфікацыяй (напрыклад, пераход з NEMA 17 на NEMA 23) або з больш высокім намінальным токам і дазвол яму працаваць у межах камфортнай зоны, натуральным чынам, кардынальна вырашыць праблему нагрэву.

Выканайце наступныя дзеянні для даследавання:

Сутыкнуўшыся з моцным нагрэвам мікракрокавага рухавіка, вы можаце сістэматычна вырашыць праблему, выканаўшы наступныя дзеянні:

Рухавік моцна пераграваецца

Крок 1: Праверце, ці не занадта высокі ток прывада?

Крок 2: Праверце, ці не занадта вялікая механічная нагрузка або ці не высокае трэнне.

Крок 3: Усталюйце прылады фізічнага астуджэння

Прымацаваць цеплаадвод

Дадаць прымусовае паветранае астуджэнне (невялікі вентылятар)

Ці палепшылася тэмпература?

Крок 4: Падумайце аб паўторным выбары і замене больш магутнай мадэллю рухавіка