„Врућ кромпир!“ - Ово је можда прва помисао коју многи инжењери, произвођачи и студенти имају на уму о микро степер моторима током дебаговања пројекта. Изузетно је уобичајена појава да микро степер мотори генеришу топлоту током рада. Али кључно је колико је вруће нормално? И колико вруће указује на проблем?

Јако загревање не само да смањује ефикасност мотора, обртни момент и тачност, већ и убрзава старење унутрашње изолације на дужи рок, што на крају доводи до трајног оштећења мотора. Ако се борите са топлотом микро степер мотора на вашем 3Д штампачу, ЦНЦ машини или роботу, онда је овај чланак за вас. Истражићемо основне узроке грознице и пружити вам 5 решења за тренутно хлађење.

Део 1: Истраживање узрока – зашто микро степер мотор генерише топлоту?

Прво, неопходно је разјаснити основни концепт: загревање микро степер мотора је неизбежно и не може се у потпуности избећи. Његова топлота углавном долази из два аспекта:

1. Губитак гвожђа (губитак језгра): Статор мотора је направљен од наслаганих лимова силицијумског челика, а наизменично магнетно поље ће генерисати вртложне струје и хистерезу у њему, што узрокује стварање топлоте. Овај део губитака је повезан са брзином мотора (фреквенцијом), и што је већа брзина, обично су већи губици у гвожђу.

2. Губитак бакра (губитак отпора намотаја): Ово је главни извор топлоте, а такође и део на чију оптимизацију се можемо фокусирати. Прати Џулов закон: P=I² × R.

P (губитак снаге): Снага директно претворена у топлоту.

Ја (струја):Струја која тече кроз намотај мотора.

Р (Отпор):Унутрашњи отпор намотаја мотора.

Једноставно речено, количина генерисане топлоте је пропорционална квадрату струје. То значи да чак и мало повећање струје може довести до квадратног пораста топлоте. Скоро сва наша решења се врте око тога како научно управљати овом струјом (I).

Део 2: Пет главних криваца – Анализа специфичних узрока који доводе до јаке грознице

Када је температура мотора превисока (на пример, превише врућа на додир, обично прелази 70-80 °C), то је обично узроковано једним или више следећих разлога:

Први кривац је то што је струја погона подешена превисоко

Ово је најчешћа и примарна контролна тачка. Да би добили већи излазни обртни момент, корисници често превише окрећу потенциометар за регулацију струје на драјверима (као што су A4988, TMC2208, TB6600). То је директно резултирало струјом намотаја (I) која је далеко премашила номиналну вредност мотора, и према P=I² × R, топлота се нагло повећала. Запамтите: повећање обртног момента долази на штету топлоте.

Други кривац: Неправилан напон и режим вожње

Напон напајања је превисок: Систем корачног мотора користи „погон константном струјом“, али виши напон напајања значи да драјвер може да „убацује“ струју у намотај мотора већом брзином, што је корисно за побољшање перформанси велике брзине. Међутим, при малим брзинама или у мировању, прекомерни напон може проузроковати пречесто прекидање струје, повећавајући губитке прекидача и узрокујући прегревање и драјвера и мотора.

Некоришћење микрокорака или недовољна подела:У режиму пуног корака, облик таласа струје је правоугаони талас, а струја се драматично мења. Вредност струје у калему се нагло мења између 0 и максималне вредности, што резултира великим таласањем обртног момента и шумом, и релативно ниском ефикасношћу. А микро корак заглађује криву промене струје (приближно синусни талас), смањује хармоничне губитке и таласање обртног момента, ради глатко и обично смањује просечно стварање топлоте до одређене мере.

Трећи кривац: Преоптерећење или механички проблеми

Прекорачење номиналног оптерећења: Ако мотор ради под оптерећењем близу или веће од свог обртног момента дуже време, како би превазишао отпор, драјвер ће наставити да обезбеђује високу струју, што резултира дуготрајно високом температуром.

Механичко трење, неусклађеност и заглављивање: Неправилна уградња спојница, лоше вођице и страни предмети у водећем вијаку могу проузроковати додатна и непотребна оптерећења мотора, приморавајући га да ради јаче и ствара више топлоте.

Четврти кривац: Неправилан избор мотора

Мали коњ који вуче велика кола. Ако сам пројекат захтева велики обртни момент, а ви изаберете мотор који је премале величине (као што је коришћење NEMA 17 за обављање NEMA 23 послова), онда може радити само под преоптерећењем дуже време, а јако загревање је неизбежан резултат.

Пети кривац: Лоше радно окружење и лоши услови за одвођење топлоте

Висока температура околине: Мотор ради у затвореном простору или у окружењу са другим изворима топлоте у близини (као што су 3Д штампачи или ласерске главе), што значајно смањује његову ефикасност одвођења топлоте.

Недовољна природна конвекција: Сам мотор је извор топлоте. Ако околни ваздух не циркулише, топлота се не може благовремено одвести, што доводи до акумулације топлоте и сталног пораста температуре.

Део 3: Практична решења - 5 ефикасних метода хлађења за ваш микро степер мотор

Након што утврдимо узрок, можемо преписати одговарајући лек. Молимо вас да решавате проблеме и оптимизујете следећим редоследом:

Решење 1: Прецизно подесите струју погона (најефикасније, први корак)

Начин рада:Користите мултиметар да измерите тренутни референтни напон (Vref) на драјверу и израчунајте одговарајућу вредност струје према формули (различите формуле за различите драјвере). Подесите је на 70% -90% номиналне фазне струје мотора. На пример, мотор са номиналном струјом од 1,5A може се подесити између 1,0A и 1,3A.

Зашто је ефикасан: Директно смањује I у формули за стварање топлоте и смањује губитак топлоте по квадратном броју. Када је обртни момент довољан, ово је најисплативији метод хлађења.

Решење 2: Оптимизујте напон погона и омогућите микрокорачење

Напон погона: Изаберите напон који одговара вашим захтевима за брзину. За већину десктоп апликација, опсег од 24V-36V је опсег који постиже добру равнотежу између перформанси и стварања топлоте. Избегавајте коришћење претерано високог напона. 

Омогући микрокорачење са високом поделом: Подесите драјвер на виши микро-корачни режим (као што је 16 или 32 подеока). Ово не само да доноси глаткији и тиши покрет, већ и смањује хармоничне губитке због глатког облика таласа струје, што помаже у смањењу стварања топлоте током рада на средњој и малој брзини.

Решење 3: Инсталирање хладњака и присилног хлађења ваздухом (физичко одвођење топлоте)

Ребра за одвођење топлоте: За већину минијатурних степер мотора (посебно NEMA 17), лепљење или стезање ребара за одвођење топлоте од алуминијумске легуре на кућиште мотора је најдиректнији и најекономичнији метод. Хладњак значајно повећава површину за одвођење топлоте мотора, користећи природну конвекцију ваздуха за одвођење топлоте.

Присилно хлађење ваздухом: Ако ефекат хладњака и даље није идеалан, посебно у затвореним просторима, додавање малог вентилатора (као што је вентилатор 4010 или 5015) за принудно хлађење ваздухом је ултимативно решење. Проток ваздуха може брзо однети топлоту, а ефекат хлађења је изузетно значајан. Ово је стандардна пракса на 3Д штампачима и ЦНЦ машинама.

Решење 4: Оптимизујте подешавања диска (напредне технике)

Многи модерни интелигентни погони нуде напредну функционалност контроле струје:

StealthShop II и циклус ширења: Када је ова функција омогућена, када је мотор непомичан током одређеног временског периода, погонска струја ће се аутоматски смањити на 50% или чак и ниже од радне струје. Због тога што је мотор већину времена у стању задржавања, ова функција може значајно смањити статичко загревање.

Зашто функционише: Интелигентно управљање струјом, обезбеђујући довољну снагу када је потребно, смањујући отпад када није потребан и директно штедећи енергију и хлађење из извора.

Решење 5: Проверите механичку структуру и поново изаберите (основно решење)

Механички преглед: Ручно окрените вратило мотора (у искљученом стању) и проверите да ли је глатко. Проверите цео систем преноса како бисте се уверили да нема места затегнутости, трења или заглављивања. Глатко функционишући механички систем може значајно смањити оптерећење мотора.

Поновни избор: Ако је након испробавања свих горе наведених метода мотор и даље врућ, а обртни момент је једва довољан, вероватно је да је мотор изабран премали. Замена мотора са већом спецификацијом (као што је надоградња са NEMA 17 на NEMA 23) или већом номиналном струјом, и омогућавање његовог рада у оквиру зоне удобности, природно ће фундаментално решити проблем загревања.

Пратите поступак истраге:

Суочени са микро степер мотором са јаким загревањем, проблем можете систематски решити пратећи следећи поступак:

Мотор се озбиљно прегрева

Корак 1: Проверите да ли је струја погона подешена превисоко?

Корак 2: Проверите да ли је механичко оптерећење превелико или је трење велико?

Корак 3: Инсталирајте уређаје за физичко хлађење

Причврстите хладњак

Додајте присилно хлађење ваздухом (мали вентилатор)

Да ли се температура побољшала?

Корак 4: Размислите о поновном избору и замени већим моделом мотора