Doladenie krokových motorov na maximálny výkon pomocou Profi Hobby CNC Ovladača

Aktualizované: 28,4,2006

Keď že impedancia (odpor) motorov je daná, a brzdiaca sila mechaniky je taká aká je, preto na zvýšenie rýchlosti, výkonu dáva možnosť iba zvýšenie napätia. Keď že prúd pretekajúci cez cievky ovplyvňuje aj silu tlaku, musíme sa snažiť o to aby pri velkej rýchlosti krokovania, sme vytvorily dostatok prúdu a to čo najrýchlejšie.

(následky zvýšenia napätia)

Ia = menovité napätie motora a k nemu prislúchajúci prúd (pri nulovej rýchlosti).
Ib = hodnota prislúchajúca zvýšenému napätiu (pri nulovej rýchlosti).
Ta = čas potrebný na dosiahnutie max. prúdu pri menovitom napätí.
Tb = čas menovitého prúdu pri zvýšenom napätí.

Tb < Ta

Keď motor prevádzkujeme vyšším napätím ako je menovité, pri vyšších otáčkach a vyššej impedancii nám dáva oveľa vyšší tlak.!

Pri poklese otáčok, klesá aj impedancia ale sila prúdu rastie. Samozrejme nie je možné prevádzkovať motor nad menovitou hodnotou prúdu.

(stupňovanie rýchlosti zvyšovaním napätia.)

Prúd pri menovitom napätí.
Krivka prúdu pri dvihnutom napätí.
In = menovitý prúd na vinutí..
Imin = minimálny prúd potrebný na pohon mechaniky 
It = prúd pri nulovej rýchlosti - prislúchajúci dvihnutému napätiu.
Smax1 = pri menovitom napätí dosiahnuteľná maximálna rýchlosť.
Smax2 = pri dvihnutom napätí dosiahnuteľná maximálna rýchlosť.
Sv = hranica prúdu, bod zlomu

Smax2 > Smax1

Sv bod zlomu, rýchlostná hodnota (čas kroku) pri ktorej motor pri zvýšenom napätí prijme presne menovitú hodnotu prúdu na jednotlivé vinutia. Keby sme sa od tejto hodnoty odchýlily smerom dole - čiže medzi krokmy by sa zvýšil čas, prúd ba prekročil menovitú hodnotu. Tomu musíme zabrániť správnym nastavením ovladača. Pri nižšej rýchlosti  Sv je potrebné aby motor pri dosiahnutí menovitého prúdu sa prepol do oddychovej polohy riadenia prúdu. Takto sa na vinutiach neprekročí menovitá hodnota prúdu a pri nižších otáčkach ešte stúpa oddychový čas. Takto sa zabráni prehrievaniu motorov.

Sv bod nastavujeme registermy T1 v ovladači - pre jednotlivé osi (X, Y, Z) .

(údaje o ovládaní prúdu)

Sv = 1/(T1*PWM základ oscilácie)
PWM základ oscilácie - podľa použitého Firmware (10 kHz alebo 30.30 kHz) 0.0001 (Hobbi), 0.000033 (Profi).
Hodnotu  Sv možeme prečítať v poli Max Nm [Step/sec]. Toto je rýchlosť, kde motor vyvinie maximálny tlak a zároveň prijme menovitú hodnotu prúdu.

Výber zdroja:

(Ovladač v prevedení pre zvýšené napätie - s chladičom, max 90V zdroj!)

Skúsenosti ukazujú, že napätie zdroja je vhodné vybrať na hodnotu 2-3násobku menovitej hodnoty motorov. Samozrejme musí sa bezpečne zmestiť do maximálnej hodnoty ovladača.( 90V)!
Čím väčšia je indukcia motora, tým väčší význam má dvíhanie napätia. Samozrejme táto veľká indukcia  produkuje veľké napätie, ktoré musia FET ochranné supresorové diódy spracovať. Pri našom ovladači pracujú tieto diódy nad 100V. Hodnota zdroja musí byť menšia . Toto indukčné napätie sa prenáša aj nazdroj a keď diódy spínajú môže pôsobiť ako brzdiaca sila. 

Pri spínaných zdrojoch alebo stabilizovaných sa môže stať, že tieto maximálné hodnoty motorov môžu poškodiť elektroniku zdroja. Preto keď sa dá je vhodnejšie vybrať klasický zdroj ( trafo+dióda+kondenzátor). 

(výkres zdroja)

Doporučený zdroj pre  PWM (12/24V; 120VA)
Odovzdané napätie v závislosti od zaťaženia: 15/30V.

Samozrejme nie je možné výkon motora stupňovať do nekonečna, pretože okrem prúdu ešte veľa faktorov ovplyvňuje výkon. Tie sú závislé od konštrukcie motora.

Stanovenie Sv bodu (T1):

Na stanovenie bodu zlomu  (Sv) je potrebné plynulé meranie prúdu daného motora, Teda potrebujeme dostatočne pružný ampérmeter (multimeter), ktorý zapojíme do série stredu vinutia, aby sme mohli merať prúd všetkých fáz. Ostatné motory musia byť odpojené, aby nedochádzalo k rušeniu, pretože tu nejde o plynulý DC prúd ale impulzný. Ampérmetrom môžeme urobyť le priemerné meranie, na presné meranie by sme potrebovali osciloskop.

Podstata je nasledovná:

- Meranie:
Počas zmeny otáčok treba merať prúd. (0-100%), Motor pri rôznych otáčkach prijíma rôzny prúd. V závislosti na otáčkach a budenia PWM. Tieto namerané hodnoty prúdu nesmú byť nikdy vyššie ako je menovitá hodnota. Pokial je taká hodnota kde ho prekračuje musíme upraviť hodnotu T1 smerom dole. Pokiaľ  nedosahuje menovitú hodnotu prúdu, môžeme hodnoti T1 zvýšiť.

- Pozorovania:
Na dolaďovamie motorov je veľmi vhodný Mach3 pre svoje rovnomerné krokovanie. Nastavme ho tak aby veľmi pomalým zrýchlením dosiahol veľmi vysoké otáčky. 
Keď, že naše meranie je len približné a motor má veľa iných vlastností a na meranie vplývajú aj iné skutočnosti urobme ešte jeden test.
Keď motor kdekoľvek trhá, počujeme podľa zvuku a prúd sa zvýši - znamená to, že sme prebudily jadro. Vtedy je potrebné znížiť hodnotu T1a znova testovať. Je dobré keď pri tomto meraní je motor zaťažený - t.j. buď spojený s mechanikou alebo ho môžeme mierne brzdiť rukou. Veľmi výrazne nemôžeme túto hodnotu T1 znížiť, pretože tým sa znižuje aj tlak, ktorý dokáže motor vyvinúť pri nízkych otáčkach. 
Keď motor trhá hneď pri rozbehu, znamená to, že držiaci moment je príliš malý. Znamená to, že musíme zväčšiť pomer T2+T3. Ide o to aby držiaci moment bol dostatočne velký aby pri rozbehu nedošlo k trhaniu. Samozrejme veľmi tento pomer zväčšiť nemôžeme, pretože by tým poklesol čas na oddych.

Maximálny bod rezonancie je pri max hodnote prúdu (wmv video, 594 kB)
Na filme je 1Nm-vý motor 3,6V,3A poháňaný z  12V-zdroja.

- Hranice:
Keď prehnane zvýšime napätie, prúd dosiahne hodnotu menovitého prúdu rýchlejšie ako sa dokaže v rotore dokáže vyvinúť dostatočná tlačná sila. To znamená, že ani napätie nemôžeme zvyšovať do nekonečna.!

Dobre nastavený ovladač využije výkon, ktorý mu ponúka zvýšené napätie!

(krivka prúdu krokových motorov)

Iind=štartovací prúd(PWM ovládanie)
Imax=PWM-->DC prechodový bod (T1: pod PWM ovládanie, nad čistý DC pohon)
Itörés=zlomový bod .- bod max. rýchlosti