“Karsts kartupelis!” — Šis varētu būt pirmais pieskāriens, ko daudzi inženieri, ražotāji un studenti veic ar mikrosoļu motoriem projekta atkļūdošanas laikā. Mikrosoļu motoriem ārkārtīgi bieži rodas siltums darbības laikā. Taču galvenais ir jautājums — cik karsts ir normāli? Un cik karsts tas norāda uz problēmu?

Spēcīga pārkaršana ne tikai samazina motora efektivitāti, griezes momentu un precizitāti, bet arī ilgtermiņā paātrina iekšējās izolācijas novecošanos, galu galā novedot pie neatgriezeniskiem motora bojājumiem. Ja jūs cīnāties ar mikrosoļu motoru karstumu savā 3D printerī, CNC mašīnā vai robotā, tad šis raksts ir domāts jums. Mēs iedziļināsimies drudža pamatcēloņos un sniegsim jums 5 tūlītējus dzesēšanas risinājumus.

1. daļa: Cēloņa izpēte — kāpēc mikrosoļu motors rada siltumu?

Pirmkārt, ir jāprecizē pamatjēdziens: mikrosoļu motoru sakaršana ir neizbēgama un to nevar pilnībā novērst. Tās sakaršana galvenokārt rodas divu iemeslu dēļ:

1. Dzelzs zudumi (serdes zudumi): Motora stators ir izgatavots no sakrautām silīcija tērauda loksnēm, un maiņstrāvas magnētiskais lauks tajā ģenerēs virpuļstrāvas un histerēzi, izraisot siltuma veidošanos. Šī zudumu daļa ir saistīta ar motora ātrumu (frekvenci), un jo lielāks ātrums, jo lielāki parasti ir dzelzs zudumi.

2. Vara zudumi (tinuma pretestības zudumi): Šis ir galvenais siltuma avots un arī daļa, kuras optimizēšanai mēs varam koncentrēties. Tas atbilst Džoula likumam: P=I² × R.

P (jaudas zudumi): Enerģija tieši pārvērsta siltumā.

Es (pašreizējais):Caur motora tinumu plūstošā strāva.

R (Pretestība):Motora tinuma iekšējā pretestība.

Vienkārši sakot, saražotā siltuma daudzums ir proporcionāls strāvas kvadrātam. Tas nozīmē, ka pat neliels strāvas pieaugums var izraisīt kvadrātveida siltuma pieaugumu. Gandrīz visi mūsu risinājumi ir saistīti ar to, kā zinātniski pārvaldīt šo strāvu (I).

2. daļa: Pieci galvenie vainīgie — konkrētu iemeslu analīze, kas izraisa stipru drudzi

Ja motora temperatūra ir pārāk augsta (piemēram, pārāk karsta, lai tai pieskartos, parasti pārsniedz 70–80 °C), to parasti izraisa viens vai vairāki no šiem iemesliem:

Pirmais vaininieks ir pārāk augsta braukšanas strāva

Šis ir visizplatītākais un galvenais kontrolpunkts. Lai iegūtu lielāku izejas griezes momentu, lietotāji bieži pārāk daudz pagriež strāvas regulēšanas potenciometru uz draiveriem (piemēram, A4988, TMC2208, TB6600). Tas tieši noveda pie tā, ka tinuma strāva (I) ievērojami pārsniedza motora nominālo vērtību, un saskaņā ar P=I² × R strauji palielinājās siltums. Atcerieties: griezes momenta pieaugums notiek uz siltuma rēķina.

Otrais vaininieks: nepareizs spriegums un braukšanas režīms

Pārāk augsts barošanas spriegums: Soļu motora sistēma izmanto “nemainīgas strāvas piedziņu”, bet augstāks barošanas spriegums nozīmē, ka vadītājs var “iespiest” strāvu motora tinumā ar lielāku ātrumu, kas ir izdevīgi ātrgaitas veiktspējas uzlabošanai. Tomēr pie maziem ātrumiem vai miera stāvoklī pārmērīgs spriegums var izraisīt pārāk biežu strāvas pārrāvumu, palielinot slēdža zudumus un izraisot gan vadītāja, gan motora uzkaršanu.

Netiek izmantots mikropakāpiens vai nepietiekama sadalīšana:Pilna soļa režīmā strāvas viļņa forma ir taisnstūrveida vilnis, un strāva dramatiski mainās. Strāvas vērtība spolē pēkšņi mainās starp 0 un maksimālo vērtību, kā rezultātā rodas liela griezes momenta pulsācija un troksnis, kā arī relatīvi zema efektivitāte. Savukārt mikrosoļu veidošana izlīdzina strāvas izmaiņu līkni (aptuveni sinusoīda līkne), samazina harmoniskos zudumus un griezes momenta pulsāciju, darbojas vienmērīgāk un parasti zināmā mērā samazina vidējo siltuma ģenerēšanu.

Trešais vaininieks: pārslodze vai mehāniskas problēmas

Nominālās slodzes pārsniegšana: Ja motors ilgstoši darbojas ar slodzi, kas ir tuvu vai pārsniedz tā noturēšanas griezes momentu, lai pārvarētu pretestību, vadītājs turpinās nodrošināt lielu strāvu, kā rezultātā pastāvīgi būs augsta temperatūra.

Mehāniskā berze, nobīde un iesprūšana: Nepareiza savienojumu uzstādīšana, sliktas vadotnes un svešķermeņi vadošajā skrūvē var radīt papildu un nevajadzīgu slodzi motoram, piespiežot to strādāt intensīvāk un radīt vairāk siltuma.

Ceturtais vaininieks: nepareiza motora izvēle

Mazs zirgs velk lielus ratus. Ja pašam projektam ir nepieciešams liels griezes moments un jūs izvēlaties pārāk mazu motoru (piemēram, NEMA 17 izmanto NEMA 23 darbam), tad tas var darboties tikai ilgstoši pārslodzes apstākļos, un neizbēgams rezultāts ir spēcīga pārkaršana.

Piektais vaininieks: Slikta darba vide un slikti siltuma izkliedes apstākļi

Augsta apkārtējās vides temperatūra: Motors darbojas slēgtā telpā vai vidē, kur tuvumā atrodas citi siltuma avoti (piemēram, 3D printeru gultas vai lāzergalviņas), kas ievērojami samazina tā siltuma izkliedes efektivitāti.

Nepietiekama dabiskā konvekcija: Pats motors ir siltuma avots. Ja apkārtējais gaiss necirkulē, siltums nevar tikt savlaicīgi aizvadīts, kā rezultātā rodas siltuma uzkrāšanās un nepārtraukta temperatūras paaugstināšanās.

3. daļa: Praktiski risinājumi — 5 efektīvas dzesēšanas metodes jūsu mikropakāpju motoram

Pēc cēloņa noteikšanas mēs varam izrakstīt pareizās zāles. Lūdzu, novērsiet problēmas un optimizējiet tās šādā secībā:

1. risinājums: precīzi iestatiet piedziņas strāvu (visefektīvākā, pirmais solis)

Darbības metode:Izmantojiet multimetru, lai izmērītu draivera strāvas atsauces spriegumu (Vref) un aprēķiniet atbilstošo strāvas vērtību pēc formulas (dažādiem draiveriem ir atšķirīgas formulas). Iestatiet to uz 70% -90% no motora nominālās fāzes strāvas. Piemēram, motoram ar nominālo strāvu 1,5A var iestatīt no 1,0A līdz 1,3A.

Kāpēc tas ir efektīvs: Tas tieši samazina I siltuma ģenerēšanas formulā un samazina siltuma zudumus kvadrātā. Ja griezes moments ir pietiekams, šī ir visrentablākā dzesēšanas metode.

2. risinājums: optimizējiet vadības spriegumu un iespējojiet mikrosoļošanu

Piedziņas spriegums: Izvēlieties spriegumu, kas atbilst jūsu ātruma prasībām. Lielākajai daļai galddatoru lietojumprogrammu 24–36 V ir diapazons, kas nodrošina labu līdzsvaru starp veiktspēju un siltuma ģenerēšanu. Izvairieties no pārāk augsta sprieguma izmantošanas. 

Iespējot augstas dalīšanas mikrosoļošanu: Iestatiet draiveri uz augstāku mikrosoļu režīmu (piemēram, 16 vai 32 apakšnodaļas). Tas ne tikai nodrošina vienmērīgāku un klusāku kustību, bet arī samazina harmoniskos zudumus vienmērīgās strāvas viļņu formas dēļ, kas palīdz samazināt siltuma veidošanos vidēja un zema ātruma darbības laikā.

3. risinājums: Siltuma izlietņu un piespiedu gaisa dzesēšanas (fiziskas siltuma izkliedes) uzstādīšana

Siltuma izkliedes ribas: Lielākajai daļai miniatūru soļu motoru (īpaši NEMA 17) vistiešākā un ekonomiskākā metode ir alumīnija sakausējuma siltuma izkliedes ribu pielīmēšana vai iespīlēšana pie motora korpusa. Siltuma izkliedētājs ievērojami palielina motora siltuma izkliedes virsmas laukumu, izmantojot dabisko gaisa konvekciju siltuma noņemšanai.

Piespiedu gaisa dzesēšana: Ja siltuma izkliedes efekts joprojām nav ideāls, īpaši slēgtās telpās, labākais risinājums ir neliela ventilatora (piemēram, 4010 vai 5015) pievienošana piespiedu gaisa dzesēšanai. Gaisa plūsma var ātri aizvadīt siltumu, un dzesēšanas efekts ir ārkārtīgi ievērojams. Tā ir standarta prakse 3D printeros un CNC iekārtās.

4. risinājums: diska iestatījumu optimizēšana (uzlabotas metodes)

Daudzi mūsdienu viedie diski piedāvā uzlabotu strāvas vadības funkcionalitāti:

StealthShop II un izplatīšanas cikls: Ja šī funkcija ir iespējota, ja motors kādu laiku stāv nekustīgs, piedziņas strāva automātiski samazināsies līdz 50% vai pat zemāk par darba strāvu. Tā kā motors lielāko daļu laika atrodas apturēšanas režīmā, šī funkcija var ievērojami samazināt statisko uzkaršanu.

Kāpēc tas darbojas: Inteliģenta strāvas pārvaldība, nodrošinot pietiekamu jaudu, kad tā nepieciešama, samazinot atkritumus, kad tie nav nepieciešami, un tieši taupot enerģiju un dzesēšanu no avota.

5. risinājums: pārbaudiet mehānisko struktūru un veiciet atkārtotu atlasi (pamatrisinājums)

Mehāniskā pārbaude: Manuāli pagrieziet motora vārpstu (izslēgtā stāvoklī) un pārbaudiet, vai tā kustas gludi. Pārbaudiet visu transmisijas sistēmu, lai pārliecinātos, ka nav saspringuma, berzes vai iesprūšanas vietu. Gluda mehāniskā sistēma var ievērojami samazināt motora slodzi.

Atkārtota atlase: Ja pēc visu iepriekš minēto metožu izmēģināšanas motors joprojām ir karsts un griezes moments ir tik tikko pietiekams, iespējams, ka motors ir izvēlēts pārāk mazs. Motora nomaiņa ar lielākas specifikācijas motoru (piemēram, jaunināšana no NEMA 17 uz NEMA 23) vai ar lielāku nominālo strāvu un tā darbības nodrošināšana komforta zonā dabiski principiāli atrisinās pārkaršanas problēmu.

Izpildiet izmeklēšanas procesu:

Saskaroties ar mikropakāpju motoru ar spēcīgu sildīšanu, problēmu var sistemātiski atrisināt, veicot šādu procesu:

Motors stipri pārkarst

1. darbība. Pārbaudiet, vai piedziņas strāva nav iestatīta pārāk augsta.

2. darbība: pārbaudiet, vai mehāniskā slodze nav pārāk liela vai berze nav augsta?

3. darbība: fizisko dzesēšanas ierīču uzstādīšana

Pievienojiet siltuma izlietni

Pievienojiet piespiedu gaisa dzesēšanu (mazu ventilatoru)

Vai temperatūra ir uzlabojusies?

4. darbība: apsveriet iespēju atkārtoti izvēlēties un nomainīt pret lielāku motora modeli