Patata calenta! "- Aquest pot ser el primer contacte que molts enginyers, fabricants i estudiants tenen amb els micromotors pas a pas durant la depuració de projectes. És un fenomen extremadament comú que els micromotors pas a pas generin calor durant el funcionament. Però la clau és, quina és la temperatura normal? I quina és la temperatura indica un problema?"

Un escalfament intens no només redueix l'eficiència, el parell i la precisió del motor, sinó que també accelera l'envelliment de l'aïllament intern a la llarga, cosa que en última instància provoca danys permanents al motor. Si teniu problemes amb la calor dels micromotors pas a pas de la vostra impressora 3D, màquina CNC o robot, aquest article és per a vosaltres. Aprofundirem en les causes fonamentals de la febre i us proporcionarem 5 solucions de refrigeració immediates.

Part 1: Exploració de la causa arrel: per què un micromotor pas a pas genera calor?

En primer lloc, cal aclarir un concepte bàsic: l'escalfament dels micromotors pas a pas és inevitable i no es pot evitar completament. La seva calor prové principalment de dos aspectes:

1. Pèrdua de ferro (pèrdua del nucli): L'estator del motor està fet de làmines d'acer al silici apilades, i el camp magnètic altern generarà corrents de Foucault i histèresi, cosa que provocarà la generació de calor. Aquesta part de la pèrdua està relacionada amb la velocitat (freqüència) del motor, i com més alta sigui la velocitat, més gran sol ser la pèrdua de ferro.

2. Pèrdua de coure (pèrdua de resistència del bobinatge): Aquesta és la principal font de calor i també una part en la qual ens podem centrar a optimitzar. Segueix la llei de Joule: P=I² × R.

P (pèrdua de potència): L'energia es converteix directament en calor.

Jo (actual):El corrent que circula pel bobinatge del motor.

R (Resistència):La resistència interna del bobinatge del motor.

En poques paraules, la quantitat de calor generada és proporcional al quadrat del corrent. Això significa que fins i tot un petit augment del corrent pot provocar un augment de calor quadrada. Gairebé totes les nostres solucions giren al voltant de com gestionar científicament aquest corrent (I).

Part 2: Cinc culpables principals: anàlisi de les causes específiques que provoquen febre greu

Quan la temperatura del motor és massa alta (com ara estar massa calent al tacte, normalment superant els 70-80 °C), normalment és causat per una o més de les raons següents:

El primer culpable és que el corrent de conducció està massa alt

Aquest és el punt de control més comú i principal. Per obtenir un parell de sortida més gran, els usuaris sovint giren massa el potenciòmetre de regulació de corrent dels controladors (com ara A4988, TMC2208, TB6600). Això va provocar directament que el corrent de bobinatge (I) superés amb escreix el valor nominal del motor i, segons P=I² × R, la calor augmentava bruscament. Recordeu: l'augment del parell té un cost de calor.

Segon culpable: voltatge i mode de conducció inadequats

Tensió d'alimentació massa alta: El sistema de motor pas a pas adopta un "accionament de corrent constant", però una tensió d'alimentació més alta significa que el controlador pot "empènyer" el corrent al bobinatge del motor a una velocitat més ràpida, cosa que és beneficiosa per millorar el rendiment d'alta velocitat. Tanmateix, a baixes velocitats o en repòs, una tensió excessiva pot fer que el corrent es talli massa sovint, augmentant les pèrdues de commutació i fent que tant el controlador com el motor s'escalfin.

No s'utilitza micropas o subdivisió insuficient:En el mode de pas complet, la forma d'ona del corrent és una ona quadrada i el corrent canvia dràsticament. El valor del corrent a la bobina canvia sobtadament entre 0 i el valor màxim, cosa que resulta en una gran ondulació de parell i soroll, i una eficiència relativament baixa. I el micropas suavitza la corba de canvi de corrent (aproximadament una ona sinusoidal), redueix les pèrdues harmòniques i l'ondulació de parell, funciona de manera més suau i normalment redueix la generació mitjana de calor fins a cert punt.

Tercer culpable: sobrecàrrega o problemes mecànics

Superació de la càrrega nominal: Si el motor funciona sota una càrrega propera o superior al seu parell de manteniment durant molt de temps, per tal de superar la resistència, el controlador continuarà proporcionant un corrent elevat, cosa que provocarà una temperatura elevada sostinguda.

Fricció mecànica, desalineació i bloqueig: Una instal·lació incorrecta dels acoblaments, unes guies deficients i la presència d'objectes estranys al cargol principal poden causar càrregues addicionals i innecessàries al motor, obligant-lo a treballar més i generar més calor.

Quart culpable: Selecció incorrecta del motor

Un petit cavall tirant d'un gran carro. Si el projecte en si requereix un parell motor elevat i trieu un motor massa petit (com ara utilitzar NEMA 17 per fer treballs NEMA 23), només pot funcionar sota sobrecàrrega durant molt de temps, i un escalfament intens és un resultat inevitable.

Cinquè culpable: Mal entorn de treball i males condicions de dissipació de la calor

Temperatura ambient alta: El motor funciona en un espai tancat o en un entorn amb altres fonts de calor properes (com ara llits d'impressores 3D o capçals làser), cosa que redueix considerablement la seva eficiència de dissipació de calor.

Convecció natural insuficient: El motor en si és una font de calor. Si l'aire circumdant no circula, la calor no es pot expulsar de manera oportuna, cosa que provoca una acumulació de calor i un augment continu de la temperatura.

Part 3: Solucions pràctiques: 5 mètodes de refrigeració eficaços per al vostre micromotor pas a pas

Després d'identificar la causa, podem receptar el medicament adequat. Si us plau, solucioneu els problemes i optimitzeu-los en el següent ordre:

Solució 1: Configurar amb precisió el corrent de conducció (el més eficaç, primer pas)

Mètode d'operació:Utilitzeu un multímetre per mesurar el voltatge de referència de corrent (Vref) al controlador i calculeu el valor del corrent corresponent segons la fórmula (fórmules diferents per a diferents controladors). Ajusteu-lo al 70%-90% del corrent de fase nominal del motor. Per exemple, un motor amb un corrent nominal d'1,5 A es pot ajustar entre 1,0 A i 1,3 A.

Per què és eficaç: Redueix directament I en la fórmula de generació de calor i redueix la pèrdua de calor per vegades al quadrat. Quan el parell motor és suficient, aquest és el mètode de refrigeració més rendible.

Solució 2: Optimitzar la tensió de conducció i habilitar el micropas

Voltatge d'accionament: Trieu un voltatge que s'adapti als vostres requisits de velocitat. Per a la majoria d'aplicacions d'escriptori, 24V-36V és un rang que aconsegueix un bon equilibri entre rendiment i generació de calor. Eviteu utilitzar un voltatge excessivament alt. 

Habilita micropasos d'alta subdivisió: Configureu el controlador a un mode de micropasos més alt (com ara la subdivisió 16 o 32). Això no només proporciona un moviment més suau i silenciós, sinó que també redueix les pèrdues harmòniques a causa de la forma d'ona de corrent suau, cosa que ajuda a reduir la generació de calor durant el funcionament a velocitat mitjana i baixa.

Solució 3: Instal·lació de dissipadors de calor i refrigeració per aire forçat (dissipació física de la calor)

Aletes de dissipació de calor: Per a la majoria de motors pas a pas en miniatura (especialment NEMA 17), enganxar o subjectar aletes de dissipació de calor d'aliatge d'alumini a la carcassa del motor és el mètode més directe i econòmic. El dissipador de calor augmenta considerablement la superfície de dissipació de calor del motor, utilitzant la convecció natural de l'aire per eliminar la calor.

Refrigeració per aire forçat: Si l'efecte de dissipador de calor encara no és ideal, especialment en espais tancats, afegir un petit ventilador (com ara un 4010 o un 5015) per a la refrigeració per aire forçat és la solució definitiva. El flux d'aire pot transportar ràpidament la calor i l'efecte de refrigeració és extremadament significatiu. Aquesta és la pràctica habitual en impressores 3D i màquines CNC.

Solució 4: Optimitzar la configuració de la unitat (tècniques avançades)

Molts accionaments intel·ligents moderns ofereixen funcionalitats avançades de control de corrent:

StealthShop II i SpreadCycle: Amb aquesta funció habilitada, quan el motor està parat durant un període de temps, el corrent de conducció disminuirà automàticament fins al 50% o fins i tot menys del corrent de funcionament. Com que el motor està en estat de retenció durant la major part del temps, aquesta funció pot reduir significativament l'escalfament estàtic.

Per què funciona: Gestió intel·ligent del corrent, proporcionant prou energia quan cal, reduint els residus quan no cal i estalviant energia i refrigeració directament des de la font.

Solució 5: Comproveu l'estructura mecànica i torneu a seleccionar (solució fonamental)

Inspecció mecànica: Gireu manualment l'eix del motor (en estat apagat) i comproveu si és suau. Comproveu tot el sistema de transmissió per assegurar-vos que no hi hagi zones d'opressió, fricció o bloqueig. Un sistema mecànic suau pot reduir considerablement la càrrega del motor.

Reselecció: Si després de provar tots els mètodes anteriors, el motor encara està calent i el parell és amb prou feines suficient, és probable que s'hagi seleccionat un motor massa petit. Substituir el motor per una especificació més gran (com ara actualitzar de NEMA 17 a NEMA 23) o un corrent nominal més alt, i permetre que funcioni dins de la seva zona de confort, resoldrà fonamentalment el problema de l'escalfament.

Segueix el procés per investigar:

Davant d'un micromotor pas a pas amb un escalfament intens, podeu resoldre sistemàticament el problema seguint el procés següent:

El motor s'està sobreescalfant greument

Pas 1: Comproveu si el corrent de l'accionament està massa alt?

Pas 2: Comproveu si la càrrega mecànica és massa pesada o si la fricció és alta?

Pas 3: Instal·leu dispositius de refrigeració físics

Connecteu un dissipador de calor

Afegiu refrigeració per aire forçat (petit ventilador)

Ha millorat la temperatura?

Pas 4: Considereu la possibilitat de tornar a seleccionar i substituir per un model de motor més gran