Шаговый двигатель нагревается через некоторое время

Постановка проблемы

Ваша плата RAMPs обеспечивает все ваши драйверы одинаковыми напряжениями, с базовыми настройками, рассчитанными для NEMA 17.

Итак, у нас разные сопротивления R, так почему же они нагреваются по-разному?

Основы физики: преобразование и рассеивание энергии

Сопротивление в какой-то степени можно описать как "трение электронов в проводнике". Когда электроны текут по проводу, ток $I$ пытается уравнять разность потенциалов $U$. Протекающий ток преобразует кинетическую энергию электронов ($\propto U$) в электромагнитное поле и тепло от сопротивления. Затем электромагнитное поле используется для вращения ротора вместе с магнитами в двигателе, что снова преобразует энергию в поле в кинетическую энергию. Конечным результатом является то, что кинетическая энергия электронов преобразуется в движение двигателя и тепло.

Можем ли мы получить ток?

ИЛИ: "А что, если бы не было водителя?"

Как во всем этом фигурирует Сопротивление? Что ж, Закон Ома существует: $U=RI$. С его помощью можно решить, сколько тока I протекает через отверстие с известным сопротивлением R и напряжением U. Работа схем, содержащих шаговый двигатель CD, обычно составляет 5 В, в то время как 12 В используется для NEMA 17 и типичных шаговых двигателей из комбинаций принтера/сканера.

Эти результаты не будут соответствовать токам, на которых они работают, поскольку двигатели питаются через чипсет драйвера двигателя. Мы можем просмотреть технические характеристики, чтобы получить краткое представление о том, как они могут рассеивать тепло как при постоянном напряжении, так и при постоянном токе. Большинство шаговых драйверов настраивают напряжение таким образом, чтобы мы получали постоянный ток, но в некоторых случаях может потребоваться постоянное напряжение. Чтобы оценить их тепловыделение, нужно...

Джоулевая формула электрического нагрева

Корпус с постоянным напряжением

Джоулевая формула электрического нагрева записывается как $H=I^2Rt$, что дает нам энергию в джоулях. Мы можем облегчить себе задачу и сократить время, необходимое для получения производной мощности электрического нагрева. $P=\frac{H}{t}= I^2\ R= U \ I=\frac {U^2} {R}$

• $P={12\ \text V}\times {0.4\ \text A}=4.8\ \text {W}$
• $P=\frac{144\ \text V^2}{9.5\ \Omega}=15.14\ \text {W}$
• $P=\frac{25\ \text V^2}{10\ \Omega}=2.5\ \text {W}$

если мы бросим 12 В на бедный маленький шаговый двигатель, хотя...

• $P=\frac{144\ \text V^2}{10\ \Omega}=14.4\ \text {W}$

^{Как малыш пережил эту пытку? Я понятия не имею!}

Случай постоянного тока

Теперь это в значительной степени "постоянное напряжение", но используемые шаговые драйверы стараются всегда подавать постоянный ток на двигатели. Для большинства двигателей, которые я нашел, это, по-видимому, находится в районе 0,5 А, что дает нам лучшую оценку

• $P={0.25\ \text A^2}\times {2.4\ \Omega}=0.6\ \text {W}$
• $P={0.25\ \text A^2}\times {9.5\ \Omega}=2.375\ \text {W}$
• $P={0.25\ \text A^2}\times {10.5\ \Omega}=2.625\ \text {W}$

Если все они работают на одном и том же, заданном токе (с соответствующим ему регулируемым напряжением), мы получим примерно коэффициент 4 для выработки тепла в середине и 4,3 на шаговом устройстве CD. Даже при более высоком токе здесь действительно интересны факторы рассеивания тепла.

Отопление и температура

Еще одна небольшая часть ответа-это масса двигателя и время, когда к нему прикасались. Тепловая энергия $E_T$ в целом объекте напрямую не равна температуре $T$ объекта, она просто пропорциональна ей, но также и удельной теплоемкости $c$ тела... в целом, мы получаем за количество энергии $Q$, депонированное в объекте $\text Q = \text m\ \text c\ \Delta\text T$.

Предполагая, что c равно для двигателей, можно выполнить быструю оценку с типичными весами с помощью $\Delta\text T \propto \frac H m$

Типичный двигатель NEMA 17 весит около 280 граммов, в то время как типичный шаговый привод CD (PL15S-020-PNA9) весит 19 граммов.

Видите ли, меньшие шаговые двигатели не только рассеивают больше тепла, но и нагреваются быстрее, чем массивный NEMA 17. Причина, по которой через короткое время меньший с не намного большим нагревом, чем большой, почувствовал себя значительно горячее, заключается в том, что нужно нагреть меньше массы: возможно, она уже достигла максимальной температуры, в то время как средний все еще нагревается.

В целом

Это не проблема марлина, а проблема, связанная с вашим выбором материала. Получение всех аналогичных двигателей значительно упрощает управление движением, но вам не обязательно грозит опасность поджога двигателей.

Для охлаждения двигателей...

• выясните, каким током я хочу управлять меньшими двигателями, и отрегулируйте свою настройку в соответствии с этим, чтобы оставаться в безопасности.
  • для этого на большинстве плат есть потенциометры.
• установите радиатор на двигателях, увеличивая их эффективную тепловую массу и способность рассеивать тепло в помещении за счет увеличения площади поверхности.

Если вы не изменили заводские настройки шагового драйвера, все они будут настроены на подачу одинакового ТОКА на двигатели. Шаговые драйверы работают как источники постоянного тока, поэтому напряжение питания не определяет мощность, подаваемую на двигатель.

Рассеиваемая мощность в цепи равна квадрату тока, умноженному на сопротивление. $P = I^2 R$. Поскольку ток постоянный, 10,5-омный двигатель будет рассеивать в четыре (4) раза больше мощности 2,4-омного двигателя и будет нагреваться намного быстрее.