„Kuum kartul!“ – See võib olla esimene puudutus, millega paljud insenerid, tootjad ja tudengid mikro-samm-mootoritega projekti silumise ajal kokku puutuvad. Mikro-samm-mootorite puhul on äärmiselt tavaline, et nad töö ajal kuumenevad. Aga oluline on see, kui kuum on normaalne? Ja kui kuum see viitab probleemile?

Tugev kuumenemine mitte ainult ei vähenda mootori efektiivsust, pöördemomenti ja täpsust, vaid kiirendab pikas perspektiivis ka sisemise isolatsiooni vananemist, mis lõppkokkuvõttes viib mootori püsivate kahjustusteni. Kui teil on probleeme oma 3D-printeri, CNC-masina või roboti mikro-samm-mootorite kuumusega, siis see artikkel on teile. Me süveneme palaviku algpõhjustesse ja pakume teile 5 kohest jahutuslahendust.

1. osa: Põhjuste uurimine – miks mikrosamm-mootor soojust tekitab?

Esiteks on vaja selgitada põhikontseptsiooni: mikro-samm-mootorite kuumenemine on vältimatu ja seda ei saa täielikult vältida. See kuumenemine tuleneb peamiselt kahest aspektist:

1. Rauakadu (südamikukadu): Mootori staator on valmistatud virnastatud räniterasest lehtedest ja vahelduv magnetväli tekitab selles pöörisvoolusid ja hüstereesi, mis põhjustab soojuse teket. See osa kadudest on seotud mootori kiirusega (sagedusega) ja mida suurem on kiirus, seda suurem on tavaliselt rauakadu.

2. Vasekaotus (mähise takistuse kaotus): See on peamine soojusallikas ja ka osa, mille optimeerimisele saame keskenduda. See järgib Joule'i seadust: P=I² × R.

P (võimsuskadu): Energia muundati otse soojuseks.

Mina (praegune):Mootori mähisest läbiv vool.

R (takistus):Mootori mähise sisemine takistus.

Lihtsamalt öeldes on tekkiv soojushulk võrdeline voolutugevuse ruuduga. See tähendab, et isegi väike voolutugevuse suurenemine võib põhjustada ruutkordse soojustõusu. Peaaegu kõik meie lahendused keerlevad selle ümber, kuidas seda voolutugevust (I) teaduslikult hallata.

2. osa: Viis peamist süüdlast – tugeva palaviku konkreetsete põhjuste analüüs

Kui mootori temperatuur on liiga kõrge (näiteks liiga kuum, et seda puudutada, tavaliselt üle 70–80 °C), on selle põhjuseks tavaliselt üks või mitu järgmistest põhjustest:

Esimene süüdlane on see, et sõiduvool on seatud liiga kõrgeks

See on kõige levinum ja peamine kontrollpunkt. Suurema väljundmomendi saavutamiseks keeravad kasutajad draiverite (näiteks A4988, TMC2208, TB6600) voolu reguleerimise potentsiomeetrit sageli liiga palju. See tõi otseselt kaasa olukorra, kus mähisevool (I) ületas mootori nimiväärtuse tunduvalt ja vastavalt P=I² × R suurenes soojus järsult. Pidage meeles: pöördemomendi suurenemine toimub soojuse arvelt.

Teine süüdlane: vale pinge ja sõidurežiim

Toitepinge on liiga kõrge: Samm-mootorisüsteem kasutab "konstantse voolu ajamit", kuid kõrgem toitepinge tähendab, et draiver saab voolu mootori mähisesse kiiremini "suruda", mis on kasulik suure kiiruse jõudluse parandamiseks. Madalatel kiirustel või puhkeolekus võib liigne pinge aga põhjustada voolu liiga sagedast katkemist, suurendades lülituskadusid ja põhjustades nii draiveri kui ka mootori kuumenemist.

Mikrosammude puudumine või ebapiisav jaotus:Täissammrežiimis on voolu lainekuju täisnurkne ja voolutugevus muutub dramaatiliselt. Vooluväärtus mähises muutub järsult 0 ja maksimaalse väärtuse vahel, mille tulemuseks on suur pöördemomendi pulsatsioon ja müra ning suhteliselt madal efektiivsus. Mikrosammutus silub voolumuutuse kõverat (umbes siinuslaine), vähendab harmoonilisi kadusid ja pöördemomendi pulsatsiooni, töötab sujuvamalt ja tavaliselt vähendab teatud määral keskmist soojuse teket.

Kolmas süüdlane: ülekoormus või mehaanilised probleemid

Nimikoormuse ületamine: Kui mootor töötab pikka aega koormuse all, mis on lähedal oma hoidemomendile või ületab seda, siis takistuse ületamiseks jätkab draiver suure voolu pakkumist, mille tulemuseks on püsivalt kõrge temperatuur.

Mehaaniline hõõrdumine, joondusviga ja kinnikiilumine: Sidurite vale paigaldus, halvad juhtsiinid ja võõrkehad juhtkruvis võivad kõik mootorile põhjustada täiendavaid ja tarbetuid koormusi, sundides seda rohkem töötama ja tekitama rohkem soojust.

Neljas süüdlane: vale mootorivalik

Väike hobune, kes veab suurt vankrit. Kui projekt ise nõuab suurt pöördemomenti ja valite liiga väikese mootori (näiteks NEMA 17 abil NEMA 23 töö tegemiseks), siis saab see pikka aega töötada ainult ülekoormuse all ja tugev kuumenemine on vältimatu tagajärg.

Viies süüdlane: halb töökeskkond ja halvad soojuse hajumise tingimused

Kõrge ümbritseva õhu temperatuur: Mootor töötab suletud ruumis või keskkonnas, kus läheduses on ka teisi soojusallikaid (näiteks 3D-printeri alused või laserpead), mis vähendab oluliselt selle soojuseralduse efektiivsust.

Ebapiisav loomulik konvektsioon: Mootor ise on soojusallikas. Kui ümbritsev õhk ei ringle, ei saa soojust õigeaegselt ära juhtida, mis viib soojuse akumuleerumiseni ja pideva temperatuuri tõusuni.

3. osa: Praktilised lahendused - 5 tõhusat jahutusmeetodit teie mikro-sammmootorile

Pärast põhjuse väljaselgitamist saame välja kirjutada õige ravimi. Palun lahendage veaotsing ja optimeerige ravi järgmises järjekorras:

Lahendus 1: Määrake täpselt juhtvool (kõige efektiivsem, esimene samm)

Töömeetod:Mõõtke multimeetriga draiveri voolu võrdluspinget (Vref) ja arvutage vastav vooluväärtus valemi abil (erinevate draiverite jaoks on erinevad valemid). Seadke see vahemikku 70–90% mootori nimivoolust. Näiteks mootori nimivooluga 1,5 A saab seadistada vahemikku 1,0 A kuni 1,3 A.

Miks see on efektiivne: See vähendab otseselt I väärtust soojuse genereerimise valemis ja vähendab soojuskadu ruudu võrra. Kui pöördemoment on piisav, on see kõige kulutõhusam jahutusmeetod.

Lahendus 2: Optimeerige juhtpinget ja lubage mikroastmeline režiim

Ajami pinge: Valige pinge, mis vastab teie kiirusnõuetele. Enamiku lauaarvutirakenduste puhul on 24–36 V vahemik hea tasakaal jõudluse ja soojuse tekke vahel. Vältige liiga kõrge pinge kasutamist. 

Luba suure jaotusega mikroastmeline lähenemine: Seadke draiver kõrgemale mikrosammulisele režiimile (näiteks 16 või 32 alajaotusega). See mitte ainult ei taga sujuvamat ja vaiksemat liikumist, vaid vähendab ka harmooniliste kadude teket sujuva voolulainekuju tõttu, mis aitab vähendada soojuse teket keskmise ja madala kiirusega töötamisel.

Lahendus 3: Jahutusradiaatorite ja sundjahutuse (füüsilise soojuse hajumise) paigaldamine

Soojuse hajumise ribid: Enamiku miniatuursete astmemootorite (eriti NEMA 17) puhul on kõige otsesem ja ökonoomsem meetod alumiiniumisulamist soojuseraldusribide kleepimine või kinnitamine mootori korpusele. Jahutusradiaator suurendab oluliselt mootori soojuseralduspinda, kasutades soojuse eemaldamiseks õhu loomulikku konvektsiooni.

Sundõhuga jahutus: Kui jahutusradiaatori efekt pole ikka veel ideaalne, eriti suletud ruumides, on parim lahendus väikese ventilaatori (näiteks 4010 või 5015) lisamine sundõhuga jahutamiseks. Õhuvool suudab soojuse kiiresti ära juhtida ja jahutusefekt on äärmiselt märkimisväärne. See on 3D-printerite ja CNC-masinate standardpraktika.

Lahendus 4: Draivi sätete optimeerimine (täiustatud tehnikad)

Paljud tänapäevased intelligentsed ajamid pakuvad täiustatud voolu juhtimise funktsioone:

StealthShop II ja leviku tsükkel: Kui see funktsioon on lubatud, siis kui mootor on teatud aja paigal, väheneb ajamivool automaatselt 50%-ni või isegi madalamale töövoolust. Kuna mootor on suurema osa ajast ooterežiimis, saab see funktsioon staatilist kuumenemist oluliselt vähendada.

Miks see toimib: Voolu nutikas haldamine, mis tagab piisava võimsuse vajaduse korral, vähendab jäätmeid mittevajalikul ajal ning säästab energiat ja jahutust otse allikast.

Lahendus 5: Kontrollige mehaanilist konstruktsiooni ja valige uuesti (põhilahendus)

Mehaaniline kontroll: Pöörake mootori võlli käsitsi (väljalülitatud olekus) ja kontrollige, kas see liigub sujuvalt. Kontrollige kogu ülekandesüsteemi, et veenduda, et seal poleks pingeid, hõõrdumist ega kinnikiilumist. Sujuv mehaaniline süsteem võib mootori koormust oluliselt vähendada.

Uuesti valik: Kui pärast kõigi ülaltoodud meetodite proovimist on mootor ikka kuum ja pöördemoment on vaevu piisav, on tõenäoline, et mootor on valitud liiga väikese võimsusega. Mootori asendamine suurema spetsifikatsiooniga mootoriga (näiteks NEMA 17-lt NEMA 23-le uuendamine) või suurema nimivooluga mootoriga ja selle töötamise võimaldamine mugavustsoonis lahendab loomulikult kuumenemisprobleemi põhimõtteliselt.

Uurimiseks järgige järgmist protsessi:

Tõsise kuumenemisega mikrosammmootoriga silmitsi seistes saate probleemi süstemaatiliselt lahendada, järgides järgmist protsessi:

Mootor kuumeneb tugevalt üle

1. samm: kontrollige, kas ajami voolutugevus on seatud liiga kõrgele?

2. samm: kontrollige, kas mehaaniline koormus on liiga suur või hõõrdumine suur?

3. samm: paigaldage füüsilised jahutusseadmed

Kinnitage jahutusradiaator

Lisage sundõhuga jahutus (väike ventilaator)

Kas temperatuur on paranenud?

4. samm: kaaluge uue mootori valimist ja asendamist suurema mootorimudeliga