Перейти к содержанию

Почему шаговый двигатель греется, даже когда стоит?

Обновлено Редакция GAW

Шаговому двигателю, в отличие от коллекторного, ток нужен и тогда, когда он ничего не делает. Неподвижный вал держит поле статора, а поле создаёт ток в обмотках. Драйвер с чоппером поддерживает его на уставке VREF, поэтому мощность тратится постоянно — даже если программа давно не шлёт импульсов STEP.

Сколько тепла в покое

Geckodrive разбирает два вида потерь. Потери в меди — нагрев сопротивления обмоток током, I2R, — наибольшие на остановленном двигателе и уменьшаются с ростом скорости. Потери в железе (вихревые токи и гистерезис) растут с напряжением питания и частотой.

В полном шаге драйвер ставит в каждой обмотке 71 % тока полной шкалы (DRV8825, табл. 1; A4988 — 70,71 %). Для двигателя из примера Geckodrive — 4 А и 3 В, то есть 0,75 Ом на фазу — получаем:

P=2⋅(0,71⋅4 А)2⋅0,75 Ом≈12 ВтP = 2 \cdot (0{,}71 \cdot 4\ \text{А})^2 \cdot 0{,}75\ \text{Ом} \approx 12\ \text{Вт}

(наш расчёт; совпадает с 12 Вт потерь в меди у Geckodrive). Двенадцать ватт в маленьком корпусе делают его горячим на ощупь — это нормальный режим подобранного по мощности двигателя.

Ток уставкиПотери в медиПо сравнению с номиналом
0,5 номинального3 Втв 4 раза меньше
номинальный12 Вт—
1,5 номинального27 Втв 2,25 раза больше
2 номинальных48 Втв 4 раза больше

Как уменьшить нагрев

  1. Проверить VREF. Ток уставки не должен превышать номинальный ток фазы из паспорта двигателя; формулы для A4988, DRV8825 и TMC2209 — в калькуляторе шагового двигателя.
  2. Снизить ток в покое, если механике хватает меньшего момента удержания: момент примерно пропорционален току.
  3. Отключать выходы входом ENABLE, когда вал не может провернуться нагрузкой. Позиция сохраняется только благодаря трению и фиксирующему моменту магнита.
  4. Охлаждать драйвер. Модули A4988 и DRV8825 рассеивают заметную мощность на ключах и без радиатора уходят в тепловую защиту.

Как чоппер держит ток в обмотке, описано в статье об ограничении тока чоппером, устройство двигателя — в статье «Шаговые двигатели».

Похожие вопросы

Можно ли отключать драйвер, когда двигатель стоит?

Можно, если нагрузка не провернёт вал без тока: Geckodrive называет отключение выходов очень эффективным способом снизить нагрев. Но двигатель без тока держит только фиксирующим моментом магнита, и в вертикальной оси или под натяжением ремня позиция будет потеряна.

Почему двигатель греется сильнее на низкой скорости, чем на высокой?

На низкой скорости чоппер держит в обмотке полный ток, и потери в меди максимальны. С ростом скорости индуктивность ограничивает ток, потери в меди падают, зато растут потери в железе — они зависят от напряжения питания.

Греется двигатель или драйвер — как понять?

Потрогайте корпус двигателя и радиатор драйвера после нескольких минут простоя под током, осторожно: оба могут быть горячими. Модули A4988 и DRV8825 на номинальном токе тоже сильно греются, им нужен радиатор и обдув.

Источники

  1. Geckodrive. Step Motor Basics (приложение к руководству драйвера G201), копия на форуме LinuxCNC — Motor Heating and Power Supply Voltage: потери в меди I²R наибольшие на остановленном двигателе и быстро уменьшаются с ростом скорости, потери в железе растут с напряжением питания; пример: двигатель 4 А, 3 В — постоянные потери в меди 12 Вт; ток вдвое выше номинала — вчетверо больший нагрев; эффективно подобранный двигатель работает горячим; вход Disable снижает нагрев, если вал не может провернуться нагрузкой, но драйвер продолжает считать шаги
  2. Texas Instruments. DRV8825 Stepper Motor Controller IC, SLVSA73F (revised July 2014) — табл. 1: в режиме полного шага ток каждой обмотки — 71 % тока полной шкалы; 8.3.2: ток полной шкалы = VREF / (5 · R)
  3. Allegro MicroSystems. A4988 DMOS Microstepping Driver with Translator and Overcurrent Protection, A4988-DS Rev. 8 — табл. 2: в полном шаге 70,71 % тока полной шкалы; вход ENABLE отключает выходные ключи

Нашли ошибку?

Смотрите также