Большая ширина реза лазерного CO2 станка 40Вт

[PavelK 1 527]

Приветствую! 

Часто стали возникать вопросы, какое оптимальное напряжение для драйвера, какая оптимальная сила тока,  как понять, подходит ли драйвер для шагового двигателя, блок питания для драйвера и т.д.  

Вкратце расскажу пока что про силу тока и напряжение шагового двигателя.

"Паспортное"/"номинальное" напряжение питания обмоток шагового двигателя обычно 1-5 вольт (для постоянного напряжения, драйвер же выдаёт ШИМ, об этом чуть ниже), потому что главное - сила тока, которой и управляет драйвер.

Но повышенное напряжение нужно, грубо говоря, что бы быстрее нужный ток туда "вкачать".

От тока зависит крутящий момент, от напряжения максимальная скорость (в том числе разгона и торможения!)

Если производитель шагового двигателя указал напряжение для обмотки, то напряжение для драйвера максимум может быть Umax = U*25, при маленьком напряжении движки нормально крутить не будут, просто греться.

У движков есть индуктивность - очень важный параметр. 

По нему можно узнать какое максимальное напряжение способен переварить двигатель, формула проста:   U = 32 *sqrt(L), L - индуктивность (из даташита движка).

Но с ростом напряжение растёт и сила тока...  

Так что по принципу чем больше, тем лучше.  24 вольта будет вполне ок для Nema 17, ну а силу тока можно ограничивать на нормальных драйверах - это их задача.

По опыту скажу, что напряжение обычно  U=8*I,  I- сила тока, указанная производителем для шд,  но это формула по личной статистике.
Если известна индуктивность обмотки, то U = 1000 * √L.     L- индуктивность. √ - квадратный корень.

Как подобрать драйвер для шагового двигателя?

При выборе драйвера, убедитесь, что он по параметрам подходит по силе тока и напряжению под ваш двигатель (как указано выше).

Так же желательно наличие защиты в драйвере от обратной ЭДС. В дорогих драйверах она уже скорее всего есть, но можно так же докупить "дэмпфер" для этих целей.

Что такое обратная ЭДС?

Когда двигатель останавливается он превращается в генератор, лишнее напряжение выбрасывая обратно на драйвер, а если у драйвера нет защиты, то драйвер выбрасывает его на блок питания, поэтому  блок питания может сгореть (обычно у блоков питания есть своя защита, но на дешёвых обычно нет). Если к одному блоку питания подключено ещё и несколько драйверов, то они так же могут сгореть, т.к. их входное напряжение будет превышено.

Что делать, если о двигателе ничего не известно?

Если о силе тока и напряжении ничего не известно, то её можно найти по закону ома (U=I*R,  I=U/R), измерив сопротивление одной обмотки. Ну а напряжение можно взять из первого абзаца про среднестатистическое (ну пусть будет 3 вольта). Но вот с индуктивностью сложнее - Вам потребуется мультиметр, где есть такая возможность.

Что будет, если переборщить с силой тока, выставленной на драйвере?

Обычно у драйверов есть микропереключатели, которыми можно ограничить силу тока, подаваемую на двигатель.

Если переборщить с силой тока, двигатель начнёт сильно греться, упадёт крутящий момент раза так в два. Так что смысла давать больше тока, чем указано в даташите на шаговый двигатель вообще нет.

Выбор блока питания для драйвера:

Когда выяснили, какая сила тока и напряжение нужно двигателю, то блок питания выбирается с запасом по силе тока на 30% - если говорим про импульсный блок. Какое напряжение пришло на драйвер, то он и выдаёт на двигатель (только с разными промежутками, ШИМ это называется). Тут меня могли бы поправить, что драйвер может теоретически умножить напряжение, если не будет хватать , но по факту можно это не учитывать - так как  неизвестно есть это в драйвере или нет (скорее всего только в очень промышленных и дорогостоящих).

Почему нужен запас по силе тока? Потому что шаговый двигатель потребляет не равномерно, и при пиках (при микрошаге будут задействованы две обмотки) у импульсного блока питания может не хватить ёмкости заряда конденсаторов и он уйдёт в защиту, либо будет работать на пределе.  

Если планируется несколько шаговых двигателей (соответственно и драйверов), то силу тока необходимо умножить на количество драйверов и взять с запасом (да, да, можно меня поправить - не факт, что они все одновременно будут работать на пределе, да и ток выдаётся "импульсами" (ШИМ) так что по идее запас не обязателен, но так как я не в силах рассчитать конкретную цифру, лучше с запасом. Кто может объективно (с доказательствами, не обязательно все- можно вкратце) сформулировать почему, может быть, будет достаточно меньшего значения - очень прошу написать).  НО убедитесь, что для всех двигателей и драйверов (если различаются) напряжение является допустимым.
Навсякий случай скажу, что напряжение умножать на количество двигателей не нужно - только ток.

Как проконтролировать, что подбор был правильный?

Через несколько минут работы проверьте температуру двигателя, если не больше 70 (рука может терпеть), то всё ок, если больше, то снижайте силу тока. Так же может потребоваться снизить и напряжение, но для этого придётся менять блок питания.

Со временем будет дополняться.... Кому что нужно срочно - пишите запросы тут, постараюсь расписать.

[Ваводя 0]

Здравствуйте.

Самостройный станок

блок питания 48 вольт, 7,5 А один на четыре драйвера.

Драйвера DM542, на них максимальный ток 4,2 ампера.

Движки wantai  nema 34 и на них ток 6,2а.

По осям Y и Z сила по 8 н/м, по оси Х 12 н/м.

NC studio 5

Станок начинает рычать, если даёшь ему скорости больше 2000мм/минуту. Визжит, воет и останавливается.

Правильно ли я понимаю, что я выбрал драйвера слабые? Сейчас поискал, так понимаю, надо чтобы выдавал 6 ампер на двигатель.

Также про блок питания: 7а - этого достаточно на один движок или на два на малых мощностях, а на четыре уже совсем мало?

Непонятно, зачем нужен БП на 48 вольт, если у них указано номинальное напряжение 5,6 вольт. Мощность движков нигде не указана, из-за этого не могу понять много ли этих (48вольт * 7,5ампер) 360 ватт для движков или мало.

[Dan 460]

По данной проблеме:

Это характерное вываливание ШД в резонанс.
- Что на это влияет:
. Увеличение нагрузки на ШД - механическая причина.
. Высокая скорость приводит к снижению момента на валу.
. Высокое дробление шага на драйвере приводит к снижению момента на валу.
. Низкое входное напряжение на драйвере - про скважность выходных транзисторов драйвера тут уже обсуждали.
. Размагничивание якоря ШД.
==========================================
- Что проверять/делать/исправлять:
. По механике и так всё понятно - натяжка ремней, смазка линейных, состояние линейных и т.д., смотреть всё, что может увеличивать сопротивление качения.
. Снижать скорость .. ) Вероятно, не хочется, хочется быстрее.
. Заменить 2-х фазные ШД на 3-х фазные - они менее чувствительны к перечисленным причинам.
. Уменьшить дробление шага на драйвере с пересчётом микрошагов в контроллере.
. Увеличить входное напряжение на драйвере путём замены БП до 48v, если драйвер позволяет работать на таком напряжении.

И последнее:
Замена ШД - на дешёвых ШД может происходить самопроизвольное размагничивание якоря .. или от перегрева.

6 часов назад, Ваводя сказал:

Правильно ли я понимаю, что я выбрал драйвера слабые?

Сложно ответить, не понимая, какая может быть нагрузка на станке, который мы не видим.

6 часов назад, Ваводя сказал:

Также про блок питания: 7а - этого достаточно на один движок или на два на малых мощностях, а на четыре уже совсем мало?

Надо замерить, есть ли просадка по выходному напряжению под нагрузкой.

6 часов назад, Ваводя сказал:

Непонятно, зачем нужен БП на 48 вольт, если у них указано номинальное напряжение 5,6 вольт.

Чем выше напряжение на входе, тем быстрее транзистор поднимет/изменит ток на фазе - скважность транзистора.

[Ваводя 0]

Дополню данными:

Рабочее поле 400х400х120h, собран из профиля соберизавод 50х50

Направляющие MGN12(по идее слабоваты, ну да ладно), винты SFU1204. Смазываю либо WD-шкой, либо воском, который развёл в скипидаре. Этим воском я деревяшки пропитываю, ну и как смазочный состав тоже использую.

Боковины портала изготовлены уже на нём самом из Д16Т дюраля 16мм.

Шпиндель 2,2квт с водным охлаждением.

Точность на данном этапе около 0,1-0,2мм на алюминии и хз сколько на деревяшках. В основном режу на нём фанерки и мебельный декор из массива дуба. Алюминий режу фрезой 6мм или 3мм 300-800мм/минуту, с заглублением по Z0.5-0.7мм на проход.

Сопсно всё моё расследование началось из-за медленной скорости, а так он вполне приемлемо всё выполняет. Вот эту плашку 6х6см он делает за 22 минуты. Как по мне - это пипец как долго. Во время обработки скорость в НЦ-хе около 200-300мм/минуту, хотя в УП задаю 3200. На прямых участках - скорость выше, под 3000(до 3200 он не успевает разогнаться)

Почитав про скорости обработки в 4-8 метров в минуту мне тоже так захотелось, я начал подкручивать цифры и получил вышеописанный сбой.

Движки:

По Х 86HS156-6204 12нм. Сейчас на драйвере выставлено 1/2 шага.

По Y две оси и два движка соответственно WT86STH118-6004A 8нм. На этих драйверах выставлена 1/16 шага.

По Z тот же WT86STH118-6004A 8нм. Тут тоже 1/16 шага.

Сил в них немеряно. Точно не замерял, но пытался остановить, ухватившись за шпиндель руками - не побороть ни  два винта по Y, ни даже один винт по Х. Поэтому отпадает вариант, что система тормозится от контакта фрезы с материалом.

 

 

 

 

 

 

 

Изменено 9 февраля пользователем Ваводя

[vasa29 572]

4 часа назад, Ваводя сказал:

Почитав про скорости обработки в 4-8 метров в минуту мне тоже так захотелось

Надо ускорения поднимать. А для этого нужна жесткость станка на кручение. В Вашем случае, такими ШД станок начинает в узел завязывать и сам в себя упираться.

[Ваводя 0]

Менять движки я точно не буду.

Согласен на замену(по первоочерёдности):

- настройки НЦ-студии

- БП

- заменить детали(но не представляю, где именно он там сам себя скручивает)

- драйвера

- перейти на мач3(замена управляющей платы). Но до этого игрался по USB с STB5100 и NVEM и впечатления от них самые отвратные.

[PavelK 1 527]

Здравствуйте.

12 часов назад, Ваводя сказал:

Правильно ли я понимаю, что я выбрал драйвера слабые

Для указанных двигателей, да, они не выйдут на максимальную мощность при разгоне (именно тогда для двигателя самое сложное время грубо говоря).

12 часов назад, Ваводя сказал:

7а - этого достаточно на один движок или на два на малых мощностях, а на четыре уже совсем мало?

На два впринципе хватит, на 4 в пиковой нагрузке уже нет.

12 часов назад, Ваводя сказал:

БП на 48 вольт, если у них указано номинальное напряжение 5,6 вольт.

Это для обмотки. Шаговый двигатель сложнее управляется чем обычные коллекторные, в первом сообщении попытался расписать подробнее.
Так что чем больше напряжения, тем больше и быстрее можно скорость развить (разумеется, ограничиваясь возможностями двигателя).

12 часов назад, Ваводя сказал:

Визжит, воет и останавливается.

Соглашусь с тем, что выше написали.

Т.е. что  бы движки быстрее могли разгоняться  заменить драйвера и блок питания, потом в настройках повысить ускорение.

 

 

[Ваводя 0]

В общем-то мои догадки подтвердились.

Всем чмоки, ушёл за БП и драйверами.

[PavelK 1 527]

18 минут назад, Ваводя сказал:

, ушёл за БП и драйверами.

Желательно драйвера качественные. DM442 который у вас на фото лютая подделка и далеко не факт, что она хотя бы заявленные характеристики выдаёт...

И учтите, что у биполярного среднестатистического (читай дешёвого) шаговика максимум (стабильный имею ввиду), это 1000 оборотов в минуту, шаг винта у вас 4 мм (т.е. за один оборот портал/головка пройдёт 4мм), отчего выходит, что 4 метра в минуту это максимум. С учётом, что выставлено дробление шага, я сильно сомневаюсь что можно будет достичь таких скоростей под нагрузкой... Как вариант это трёхфазные, хотя при таких пожеланиях  к скоростям я бы уже сервы ставил. 
Впринципе, по мощности у драйверов запас есть, можно попробовать повышающий 1.5 редуктор, но качество вас врятли устроит.

И бонусом - 2 шаговых движка без синхронизации по Y оси 100% будут давать перекос и клин в итоге. Нужна плата синхронизации (по концевикам), либо переходите на 1 движок с механической синхронизацией.

[Ваводя 0]

Если они смогут ездить даже 2 метра в минуту, я буду счастлив, т.к. сейчас максимальная скорость при 3д-обработке 700-900мм в минуту.

До 4000 может и не разгонятся, так хоть до 3000.

Нынешние DM542 - не знаю подделка ли или настоящие. Покупал их вразнобой ещё на ебее у разных продавцов и в разное время. Вроде работают. Теперь я нацелен на CW8060 или M860D.

Плата выравнивания портала WLDAXIS8 у меня стоит. Концевики индуктивные. Немного поплясал с подключением этой платы, но в целом там доступно для понимания.

45 минут назад, PavelK сказал:

я бы уже сервы ставил.

Сервы я боюсь, пока сложно для меня. Трёхкоординатный вроде понял, собираюсь с мыслями и ресурсами на пятикоординатный, вот там может будут сервы.

[tangous 0]

Подскажите пожалуйста. Не понимаю в чем дело.

На оси Y стоит шаговый двигатель с  драйвером-энкодером  на борту jss57 3н.м

Тяжелая ось Y очень редко, но все же перегружает двигатель и срабатывает Alarm.

Ременная передача 1 к 1

Я решил облегчить жизнь двигателю заменил шестерню и сделал передачу 1 к 2 тем по сути уменьшив мощность прикладываемую двигателем вдвое.

При этом скорость движения по оси У не менял.

(на двигателе 30 зубов, на валу ШПВ 60 зубов)

Соответственно в два раза поднял число шагов на оборот.

 

Теперь драйвер-энкодер срабатывает постоянно, чуть ли не при каждом движении на полной скорости.

Как такое может быть? Я же облегчал движку жизнь...

 

[PavelK 1 527]

57 минут назад, tangous сказал:

Как такое может быть? Я же облегчал движку жизнь...

Но подняли количество шагов на оборот, при этом, если оставили прежнюю скорость, то он тупо либо не может так быстро раскрутиться (уменьшайте ускорение), либо уже начинает пропускать шаги. 

[Dan 460]

1 час назад, tangous сказал:

Я решил облегчить жизнь двигателю заменил шестерню и сделал передачу 1 к 2 тем по сути уменьшив мощность прикладываемую двигателем вдвое.

Увеличили частоту вращения вдвое -> снизили момент на валу.
 

1 час назад, tangous сказал:

Соответственно в два раза поднял число шагов на оборот.

Увеличили дробление на драйвере -> снизили момент на валу.
ШД и должно стать хуже, говоря сильно проще, он потерял мощность.
Так же непонятно, какое разрешение энкодера,  600, 1000, 2000, Сколько? Напрмиер, ставлю 6400 шагов на оборот, и он прекрасно пропускают шаги.

Уж если установили редуктор, то надо было микрошаги в контроллере менять ,а не дробление шагов на драйвере.
И какое питание на драйвер подаётся?

Изменено 12 февраля пользователем Dan

[tangous 0]

Наверное я не правильно выразился....
Я на драйвере изначально ставил минимум. 400 шагов на оборот. Так и осталось.
Я это не менял. На драйвере 36 вольт.

Поднял количество шагов в программе управления - Mach3.
Было (400 : 5 = 80). Стало 160. Это вообще ничто для любого контроллера.
Прям чудеса какие то. 

Может дикое совпадение и именно в этот момент или контроллер или драйвер "накрылись".
Завтра попробую переставить двигатели на осях местами.
Даже и не знаю что еще "удумать".

Приходит в голову мысль что я как то сместил работу драйвера из "комфортного" режима.

Я правильно понимаю что при 5000мм в минуту скорость шаговика была 
5000*80/400 =1000 оборотов в минуту, а стала теперь 2000?
Ничего не путаю? Если так, то все становится понятным....
2000 максимум для него, а максимальный момент по характеристикам вообще на 300 оборотах.

И что делать? Нет никакого выхода? Только на сервомотор менять?

 

 

Изменено 12 февраля пользователем tangous

[Dan 460]

8 часов назад, tangous сказал:

На драйвере 36 вольт.

А какое входное питание поддерживает драйвер?

[tangous 0]

47 минут назад, Dan сказал:

А какое входное питание поддерживает драйвер?

48в максимум

https://thinkrobotics.com/products/integrated-closed-loop-stepper-motor-with-driver

 

Изменено 13 февраля пользователем tangous

[Dan 460]

2 часа назад, tangous сказал:

48в максимум

https://thinkrobotics.com/products/integrated-closed-loop-stepper-motor-with-driver

На драйвере 24-36v вроде написано.

Я с осторожностью отношусь к таким скрещиваниям.

Изменено 13 февраля пользователем Dan

[PavelK 1 527]

13.02.2024 в 00:42, tangous сказал:

Я правильно понимаю что при 5000мм в минуту скорость шаговика была 
5000*80/400 =1000 оборотов в минуту, а стала теперь 2000?

Да, НО есть нюансы.

Распишу в общем виде, для всех читающих.

Шаговый двигатель физически -конструкционно имеет количество шагов на оборот =360/N где N это угол шага, в основном у биполярных (4 провода выходит) это 1.8, соответственно 200 шагов на оборот.

Дальше зависит от механики и передаточных чисел редуктора/ШВП.

Например, если редуктор 1к1, шаг винта 4 мм на оборот, то при 1000оборотов/минуту двигателя будет теоретическая максимальная скорость 4000мм/минуту.

Вы же поставили редуктор 2 к 1, т.е. движок должен уже выдавать 2000 оборотов/минуту что бы достичь желаемой скорости, но он физически не может.

При этом на скорости момент силы снижается.
Насколько сильно - обычно к двигателям есть спецификации т.к. разброс может быть очень сильным.

В среднем лично я считаю, что в 4 раза на максимальной скорости =(

В общем, больше 1000 оборотов в минуту крайне не желательно. Могут трёхфазные выдавать до 2000 но то же не очень желательно. Там в дело вступают резонансы и т.д., да и драйвер покруче нужен который рассчитан на такие скорости.

Дальше драйвер уже делает промежуточные шаги, т.е. деля один шаг на несколько, если на 2, то получается 400 шагов на оборот. 

Тут важно иметь ввиду, способен ли теперь уже сам драйвер и контроллер переварить такую частоту импульсов (обычно указывается так же в специфкациях).
Т.е. если у нас скорость 1000 оборотов в минуту, или 16,6 оборотов в  секунду,  200 импульсов на оборот, при дроблении 2 будет 400 импульсов на оборот, получается 16,6*400 = 6640 импульсов/секунду, т.е. 6.6КГц
 - большинство да же китайских драйверов переварит, а вот если дробление будет скажем 32 уже далеко не каждый сможет нормально переварить.
Учтите, что если контроллер по LPT, то у него максимум около 50КГц (грубо говоря, на самом деле 200-300 но это в лабораторных условиях) (и то с большой натяжкой).

Так же при дроблении шага кроме падения момента падает максимально возможное количество оборотов - зависит от индуктивности обмоток и качества драйвера.

Что делать? Если хочется скорости, поставить наоборот повышающий редуктор =) но тогда точность может упасть либо уже не хватить момента.
Вообще предпочтительнее рассчитать конструкцию, в особенности инерции, хватит ли мощности двигателя при повышающем редукторе. Универсальный вариант - ставить сервы на 3000 оборотов ватт так на 600 с энкодером от 4000 импульсов на оборот + понижающий на 1.5 редуктор для упрощения настройки =)

12.02.2024 в 22:02, Dan сказал:

Увеличили дробление на драйвере -> снизили момент на валу.

В основном да, НО это зависит от драйвера - нужно смотреть спецификации. Лучшие их представители могут из микрошага переходить в полный шаг на скоростях - там падения не в разы, а в доли меньше.

[Dan 460]

10 часов назад, PavelK сказал:

Лучшие их представители могут из микрошага переходить в полный шаг на скоростях

Эт да.
Но сильно сомневаюсь, что драйвер на борту ШД на это способен. + и ШД 2-хфазный.
Лично я бы заменил на раздельный 3-х фазный гибрид или на нормальный сервомотор.

В описании написано -  Encoder line number 1000
Полагаю, это разрешение энкодера - весьма низкое.

Изменено 15 февраля пользователем Dan

[tangous 0]

15.02.2024 в 08:48, Dan сказал:

Эт да.
Но сильно сомневаюсь, что драйвер на борту ШД на это способен. + и ШД 2-хфазный.
Лично я бы заменил на раздельный 3-х фазный гибрид или на нормальный сервомотор.

В описании написано -  Encoder line number 1000
Полагаю, это разрешение энкодера - весьма низкое.

Согласен почти со всем вышесказанным, кроме разрешения энкодера :))

Для сервы все же лучше побольше рабочее пространство иметь. Мысль хорошая...

Станок все же занимается деревяшками и иногда алюминием.

Точность и повторяемость в 0.02 он вполне обеспечивает.

[al-x 0]

я не совсем понял, сила тока поступающая на двигатель должна быть точно равна номинальной, или может колебаться в некоторых значениях? у меня двигатель на 5 А, он будет нормально работать при 4 или 6 А?

[Dan 460]

4 часа назад, al-x сказал:

я не совсем понял, сила тока поступающая на двигатель должна быть точно равна номинальной, или может колебаться в некоторых значениях? у меня двигатель на 5 А, он будет нормально работать при 4 или 6 А?

Это максимальная величина тока, выше которой не желательно эксплуатировать ШД. Но она не является постоянной, ибо именно силой тока определяется смещение якоря относительно статора.
На меньших токах работать будет, но до определённого предела, когда нагрузка на вал уже не позволит изменить его положение.