选择ManBetX官网在线登录时的注意事项
线数(单极/双极)
Duet板使用双极ManBetX官网在线登录驱动器。这意味着您可以使用适用于双极驱动的ManBetX官网在线登录,该电机具有4线,6线或8线。您不能使用5线制电机,因为它们只能在单极模式下驱动。(可以通过在电路板上切割走线将某些单极电动机制成双极电动机。)
额定电流
这是您可能同时通过两个绕组的最大电流。通过一个绕组的最大电流(这在使用微步进时真正重要)很少被引用,并且会更高一些。但是,即使以额定电流驱动一个绕组,电动机也会变得非常热。因此,通常的做法是将电动机电流设置为不超过额定电流的85%。因此,为了在不使电动机过热的情况下获得最大转矩,应选择额定电流不超过建议的最大步进驱动器电流高25%的电动机。这给出:
Duet 0.6和Duet 0.8.5(建议最大电机电流1.5A)=>ManBetX官网在线登录额定电流<= 1.9A
Duet 2 WiFi和Duet 2 Ethernet(最大电机电流2.4A)=>ManBetX官网在线登录额定电流<= 3.0A
Duet 2 Maestro(建议的最大电动机电流为1.4A,且风扇散热良好)=>步进电动机的额定电流<= 1.7A。但是,如果使用额定电流较低(例如1.0至1.2A)和24V电源的电动机,则驱动器将以较低的温度运行。
保持扭矩
这是电动机在开始跳跃步骤之前,两个绕组都以全电流通电时可以提供的最大转矩。在额定电流下通电的一个绕组的保持转矩约为该值的1 / sqrt(2)倍。转矩与电流成正比(在极低电流下除外),因此,例如,如果将驱动器设置为电动机额定电流的85%,则最大转矩将为指定保持转矩的85%* 0.707 = 60%。
当转子角度与对应于绕组电流的理想角度不同时,就会产生转矩。当步进电动机加速时,它必须产生转矩以克服其自身的转子惯性和所驱动负载的质量。为了产生该转矩,转子角必须滞后于理想角。反过来,负载将滞后于固件命令的位置。
有时您会看到它写到,微步降低扭矩。这的真正含义是,当假定滞后角等于一个微步的角度(因为您希望位置精确到一个微步之内)时,较高的微步距意味着较小的滞后角,因此扭矩较小。随着微步距的增加,单位滞后角的扭矩(这才是真正重要的)不会减少。换句话说,将电动机发送一个1/16微步会导致与发送两个1/32微步或四个1/64微步时产生的相电流完全相同(并因此产生相同的力),依此类推。
尺寸
有两个相关的大小:Nema大小数字和长度。Nema尺寸号定义了主体的方形尺寸和安装孔的位置。3D打印机最受欢迎的尺寸是Nema 17,它的主体不超过42.3毫米见方,固定孔的侧面为31毫米见方。
Nema 17电动机的长度不一,从20毫米长的“煎饼”电动机到60毫米长的电动机不等。通常,电动机越长,在额定电流下的保持转矩就越大。较长的ManBetX官网在线登录也具有较大的转子惯性。
Nema 23电动机比Nema 17电动机提供更高的转矩。如果仔细选择Duet 2(WiFi和以太网),则可以驱动它们,尤其是在额定电流方面。寻找约2.8A的额定电流。您应该使用24V电源。
步距角
共有两种常见的步距角:每整步0.9度和1.8度,分别对应于每转400和200步。大多数3D打印机使用1.8度/ManBetX官网在线登录。
除了步距角明显不同之外:
0.9deg电机的保持转矩比同一制造商的类似1.8deg电机的保持转矩低
但是,为了产生给定的扭矩,0.9deg电动机所需的滞后角略大于类似1.8deg电动机的滞后角的一半。换句话说,对于较小的滞后角,对于相同的滞后角,0.9deg电动机的扭矩几乎是1.8deg电动机的两倍。
在给定的转速下,0.9度的电机产生的感应反电动势是1.8度的电机的两倍。因此,通常需要使用24V电源以实现0.9deg电动机的高速运转。
0.9度电机需要步进脉冲以1.8度电机两倍的速度传递到驱动器。如果您使用高微步进,那么速度可能会受到电子设备产生步进脉冲的速率的限制。在Duet 2s上使用TMC2660驱动程序的插值模式可以解决此问题。
电感
电机的电感会影响ManBetX官网在线登录驱动器在转矩下降之前可以多快地驱动电机。如果由于旋转而暂时忽略反电动势(请参阅下文),并且电动机的额定电压远小于驱动器电源电压,那么转矩下降之前的最大转速/秒为:
revs_per_second =(2 *电源电压)/(steps_per_rev * pi *电感*电流)
如果电动机通过皮带轮驱动GT2皮带,则以mm / sec为单位的最大速度为:
速度=(4 *皮带轮齿*电源电压)/(steps_per_rev * pi *电感*电流)
示例:使用12V电源,具有4mH电感的1.8deg / step(即200步/转)电动机在1.5A下运行,并以1.5A运行,并以20毫米皮带轮驱动GT2皮带将开始以大约250mm / sec的速度损失扭矩。这是皮带速度,在CoreXY或增量打印机上与皮带速度不同。
实际上,由于运动引起的反电动势,并且由于上述原因不允许绕组电阻,因此转矩将比这更快地下降。由于旋转,低电感电动机的反电动势也较低。
这意味着如果要实现高速,就需要低电感电动机和高电源电压。Duet 2(Wifi或以太网)的最大建议电源电压为25V。
电阻和额定电压
这些只是每个相的电阻,以及当电动机静止且相通过其额定电流(这是电阻和额定电流的产物)时,每个相上的电压降。除额定电压应远低于步进驱动器的电源电压外,这些都不重要。
反电动势由于旋转
ManBetX官网在线登录旋转时会产生反电动势。在理想的零滞后角处,这与驱动电压异相90度,并且由于电感与反电动势同相。当电动机产生最大转矩并处于跳过步骤的边缘时,它与电流同相。
数据表通常没有指定由于旋转而产生的反电动势,但我们可以根据以下公式进行估算:
roximate_peak_back_emf_due_to_rotation = sqrt(2)* pi *额定保持扭矩* revs_per_second /额定电流
该公式假定以在额定电流下通电的两相来指定保持转矩。如果仅指定一相通电,则将sqrt(2)替换为2。
示例:考虑一个200步的电动机,该电动机通过20齿皮带轮和GT2皮带驱动托架。每转40mm的运动。为了达到200mm / sec的速度,我们需要5转/秒。如果在两相均以1.68A驱动时使用保持转矩为0.55Nm的电动机,则由于旋转引起的反电动势峰值为1.414 * 3.142 * 0.55 * 5 / 1.68 = 7.3V。
这个公式有多精确?dc42测量然后计算两种类型的电动机的反电动势:
17HS19-1684S:测量24V,计算24.24V(假设在额定电流下两相均指定了保持转矩)。JK42HS34-1334A:测量22V,假设保持扭矩为0.22Nm,两相均在额定电流下通电,则计算得出15.93V。也许只用一相通电来指定该电动机的保持转矩,在这种情况下,计算值变为22.53V。在不同的数据表中,我还看到了该电机的保持转矩,为0.26Nm,这将计算值提高到18.05V。
如何计算所需的电源电压
如果您有打印机的目标行进速度,则可以估算出至少大约需要给电动机驱动器供电的电压。计算方法如下:
确定您的目标行驶速度。对于此示例,我将使用200mm / sec。根据目标行驶速度,计算出最坏情况下的最大皮带速度。对于笛卡尔打印机,最坏的情况是纯X或Y运动,因此最坏的情况是皮带速度与行进速度相同。对于CoreXY打印机,最坏的情况是对角线运动,相应的皮带速度是sqrt(2)乘以行进速度。对于增量打印机,最坏的情况是在床边缘附近发生径向移动,最坏的情况是皮带速度是行进速度除以tan(theta),其中θ是对角杆与水平方向的最小角度。实际上,由于加速或减速所需的距离,我们无法将目标行进速度用于径向移动直至床身的边缘,因此,当喷嘴距床身边缘约10mm时,将θ作为角度在塔对面。对于我的三角洲,这是30度,通过将皮带速度除以皮带齿距(对于GT2皮带为2mm)和皮带轮上的齿数,得出最大皮带速度下的电动机转速。我的三角洲使用20齿皮带轮,因此每秒的最大转速为346 /(2 * 20)= 8.7。计算出由于电感引起的峰值反电动势。这是revs_per_second * pi * motor_current * motor_inductance * N / 2,其中N是每转的全步数(对于1.8deg的电动机为200,对于0.9deg的电动机为400)。我的电机为0.9度,电感为4.1mH,我通常以1A的电流运行。因此,由于电感引起的反电动势为8.7 * 3.142 * 1.0 * 4.1e-3 * 400/2 = 22.4V。计算出由于旋转引起的近似反电动势。根据前面给出的公式,这是sqrt(2)* pi * rated_holding_torque * revs_per_second / rated_current。我的电动机的额定电流为1.68A,保持转矩为0.44Nm,因此结果为1.414 * 3.142 * 0.44 * 8.7 / 1.68 = 10.1V最好,驱动器电源电压至少应为这两个反电动势之和,再加上几个伏特。如果有两个串联的电动机,则所需的电压将增加一倍。在我的示例中,这提供了32.5V,高于Duet 2的25V建议输入电压。但是至少我们知道,对于最坏情况下的增量移动速度为200mm / sec的移动,如果使用24V电源,则大于理论值的2/3,因此该移动可用的扭矩下降的幅度不应超过常规可用扭矩的1/3。另一方面,显然12V电源不足–这解释了为什么在将打印机升级到24V之前我只能达到150mm / sec的原因。
一般建议
除非要使用外部ManBetX官网在线登录驱动器,否则选择额定电流至少为1.2A的电动机,Duet 0.6和Duet 0.8.5的额定电流为2.0A,Duet 2的额定电流为3A。计划使每个ManBetX官网在线登录在其额定电流的50%到85%之间运行。大小:Nema 17是3D打印机中最常用的大小。Nema 14是高齿轮挤出机的替代产品。如果长Nema 17电动机无法获得足够的扭矩,请使用Nema 23电动机。避免使用额定电压(或额定电流和相电阻的乘积)> 4V或电感> 4mH的电动机。在需要更高定位精度的地方选择0.9deg / step电机,例如用于增量打印机的塔式电机。否则,请选择1.8deg / step电机。如果您使用任何0.9deg / step电动机或高转矩电动机,请使用24V电源,以便能够在较高速度下保持转矩。如果使用齿轮传动较大的挤出机(例如,使用柔性驱动电缆将扭矩从电动机传递到蜗杆减速器的挤出机),请使用短的低电感1.8度/步电动机来驱动它。