Vermogen stappenmotor

Kan je niet echt helpen maar misschien hier even rondneuzen ?
https://www.cnczone.nl/index.php?sid=de8cd72fc3485ec55af7d5c2eb23308e

Op 16 juli 2019 21:36:41 schreef Noob+: Het wattage vd stappenmotor wordt berekend uit de V,A, inductie en aantal stappen/omw
Heb het gegoogled

Nou, laat de berekening eens zien dan? Ik zie niets dergelijks in de PDF waar je naar linkt!

Het koppel is ongeveer recht evenredig met de stroom (gaat niet helemaal op bij half-stepping, maar dichtbij genoeg voor de meeste toepassingen), en de spanning die je nodig hebt om die stroom door de motor te krijgen is ongeveer recht evenredig met het toerental. Met de dubbele spanning zul je dus ook het dubbele toerental halen, mits de aansturing snel genoeg is, en de stroom door de motor altijd netjes blijft regelen.

Zoals je in die grafiekjes in die PDF kunt zien, zakt het koppel al snel in als je snelheid gaat maken. Dit komt voornamelijk omdat de inductie van dergelijke motoren erg groot is (tot 8mH in dit geval, 3de motor in de tabel, -51-10-049), in combinatie met bijvoorbeeld 2000 stappen per seconde duurt elke stap maar 500us, terwijl je 1A door de spoel probeert te krijgen. Met de volle 24V duurt dat 24V / 8*10^-3 = 3000us. De tijd die je nodig zou hebben om de gewenste stroom op gang te krijgen, is dus al 6x langer dan de hele stap duurt! Het lijkt me duidelijk dat de stroom dan dus niet gehaald kan worden, en het koppel dus ook niet.

Alleen... je hebt niet de hele 24V beschikbaar om die stroom op gang te krijgen, de motor heeft immers ook een tegen-EMK, en aangezien die de toename van de stroom tegenwerkt, moet je die er vanaf trekken. Daarbij heeft elke winding ook nog een weerstand van 5 ohm, dus ook daar ben je nog een paar volt voor kwijt.

Het is dus nog niet zo simpel om even te berekenen welk koppel je kunt bereiken bij een gegeven toerental, met een gegeven voedingsspanning en een gegeven set motorparameters, daarom staan die grafiekjes in de datasheet.

een stappen motor stapt. als je kijkt naar het houdkoppel -->
motor 41-10-35 1A 0.35 Nm / motor 47-28-40 2.8 A 0.4 Nm.
Bij het houdkoppel staat de motor stil en is er dus geen afgegeven vermogen.
De stroom verschilt bijna 3x, houdkoppel heeft weinig verschil, het verschil moet je dus zoeken in de zelfinductie en maximaal te bereiken toerental, zoals SparkyGSX al zei.

Als je motor max 2.5A is en je gebruikt 12V dan is het maximale elektrisch vermogen wat je de motor in kan krijgen zo ongeveer 12V*2.5A = 30W.

Mechanisch vermogen uit de motor halen, gaat gepaard met diverse verliezen. Bijvoorbeeld die 3.1V als nominale spanning, dat is de spanning over de wikkelingen bij die max stroom. Je kan dan max (12-3.1)/12 = 74% van die 30W aan mechanisch vermogen verwachten.

Hier gaat dan ook nog eea van af als de zelfinductie significant gaat meespelen. Ik weet hier geen realistische getallen voor uit m'n hoofd.

Inductie geeft geen verliezen, dat is zuiver reactief. Uiteraard zijn er nog een andere verliezen, vooral de ijzerverliezen zijn relatief groot omdat de frequentie veel hoger is dan bij andere motoren zoals BLDCs.

Daarbij gebruik je bij open-loop bedrijf altijd de maximale stroom, ongeacht het koppel dat je moet leveren; dat weet je immers niet. Je hebt dus ook altijd de verliezen van die maximale stroom.

De 74% in het voorbeeld van REW geldt dus alleen bij de maximaal haalbare snelheid, een op het maximale koppel dat je onder die omstandigheden kunt leveren, de motor staat dan dus net voor het punt waar hij stappen gaat missen. In alle andere omstandigheden is het rendement nog (veel) lager.

Op 17 juli 2019 08:31:24 schreef SparkyGSX:
Inductie geeft geen verliezen, dat is zuiver reactief.

Dat klopt. Maar het kan er wel voor zorgen dat je niet de max stroom haalt bij de max spanning. STEL dat de inductie nog geen roet in het eten gooit bij 2.5A en het max toerental bij 12V. Als je dan 24V zou willen gaan gebruiken, en hoopt op 24V * 2.5A = 60W uit, dan kan het zijn dat je bij 24V niet meer aan de 2.5A komt. Geen verlies in de vorm van energie die je voeding moet leveren en als warmte ipv als mechanische energie uit je motor komt, maar wel verlies ten opzichte van het theoretisch maximum vermogen.

Op 16 juli 2019 21:36:41 schreef Noob+:
Echter, de koppelcurve wordt bijna altijd opgegeven bij half step en 24v- de opgegeven spanning in de specificatie is veel lager.

Je kunt toch keurig het koppel uit je curve halen. In fig._5.1 bijv. staat dat de motor bij 1000 pulsen per seconden een koppel heeft van 0.2Nm en bij 2000 pulsen heeft de motor het zelfde koppel volgens de curve. Dat is bij een toerental van 150 en 300 toeren per minuut. Alles daar boven zie je dat het koppel naar beneden gaat.

Misschien is dit nog interessant voor je.

https://www.circuitsonline.net/artikelen/view/47

Hall Sparky

Dit is de link voor de berekening

https://www.allaboutcircuits.com/tools/stepper-motor-calculator/

Thx

The Noob

Die calculator geeft je op zich wel een schatting, maar hij is wel een beetje kort door de bocht, en overschat daarmee de snelheid en het koppel.

Om te beginnen worden de weerstand en tegen-EMK volledig genegeerd; die moet je eerst van de voedingsspanning aftrekken, om te weten wat je over hebt voor de inductie. Bij de genoemde motoren is de weerstand nog iets van 5 ohm, dus daar verlies je significante spanning.

Nu zijn er mensen die beweren dat de tegen-EMK verwaarloosbaar is, maar dat zou impliceren dat het koppel dat je met de magneet in de rotor van een hybride stappenmotor (het meest gangbare type) maakt, ook verwaarloosbaar is; die twee zijn natuurkundig gekoppeld.

De variabele reluctantie betekend dat de inductie van de motor niet constant is, die veranderd tijdens het stappen, en die verandering van de reluctantie en daarmee inductie is wat de rest van het koppel maakt in een hybride motor.

Vervolgens wordt met die calculator berekend bij welke stapfrequentie je nog net de ingestelde stroom kunt halen, in het midden van elke stap, voordat je de stroom weer moet gaan afbouwen. Dit betekend dat de stroom het grootste deel van de tijd kleiner is, en je dus minder koppel krijgt. In het geval dat je het nog net haalt, is de gemiddelde stroom gehalveerd (het is immers een driehoek), en daarmee het koppel ook.

Die calculator is dus wel nuttig, maar ik zou alsnog een flinke marge aanhouden, om voor al deze effecten te compenseren.

Hallo Sparky,

Wederom bedankt voor de input.

We zijn een klein beetje afgedwaald van de oorspronkelijk vraag:
Hoe verhoud zich het vermogen tussen de opgeven VAH en de gebruikte, veel hogere spanning van 24 v

Ik heb zo’n setje draaiend op een eval kit van Trinamic, met 24 V voedingkje eraan

Best,

The Noob

Wat is "VAH"?

De "rated voltage" is niets anders dan de maximale fasestroom keer de weerstand, oftewel de maximale spanning die je continue mag aanleggen als de motor stilstaat, waarmee je niet over die maximale stroom gaat. Als je een fatsoenlijke driver gebruikt, die de stroom regelt, heb je daar niets mee te maken, dat gaat vanzelf, omdat de driver de pulsbreedte kleiner zal maken als de motor stilstaat.

Zoals duidelijk in de datasheet staat, kun je de koppelgrafiek gewoon schalen met de werkspanning; als die grafiek dus gemaakt is voor 12V, terwijl jij je driver voedt met 24V, mag je verwachten dat het koppel dat in de grafiek bij 1000 stappen per seconde staat, nu bij 2000 stappen per seconde geleverd kan worden.

Bij een aandrijving met een stappenmotor is zelden het vermogen dat je kunt leveren interessant; gewoonlijk gebruik je een stappenmotor om iets te positioneren, en daarbij is voornamelijk het koppel interessant. Uiteraard zul je acceleratie en deceleratie curves aan moeten passen aan het beperkte koppel op hogere snelheden. Merk op dat de weerstand van de motor bij het decelereren in je voordeel werkt, dus op dat moment kun je meer koppel leveren dan bij het accelereren. Daar staat tegenover dat je de rest van de energie af moet voeren, aangezien de meeste voedingen geen stroom kunnen opnemen, anders gaat je voedingsspanning stijgen tot er iets klapt.

,

Volt amp, inductie

Nog afgezien van het misbruiken van eenheden (Volt, Ampere, Henry) als grootheden (spanning, stroom, inductie), doe je voorkomen dat het "logisch" is om die 3 te vermenigvuldigen, waar een logische samengestelde eenheid uit zou komen. Je bent ook de weerstand vergeten, die hoort er volgens jouw redenatie ook bij, en pak dan de frequentie ook bij zijn lurven.

Een hogere inductie betekend dat je een groter deel van de voedingsspanning nodig hebt om de stroom op- en af te bouwen, maar dat geeft geen verlies van rendement, want het vermogen dat daarin gaat zitten is volledig reactief; je steekt er een bepaalde hoeveelheid energie in, en een fractie van een seconde later komt dat net zo hard weer terug in de condensators van je voeding. De voeding ziet dat dus niet als opgenomen vermogen, echter, het beperkt wel de snelheid die je kunt halen met een gegeven voedingsspanning.

Dit is voornamelijk een beperking van de driver; vroeger draaide (relatief) grote industriële stappenmotordrives op 325VDC, direct gelijkgericht uit het net, juist om veel minder last te hebben van die inductie.