Stappenmotor driver: voedingsspanning?

Hallo,

Ik heb wat ervaring met stappenmotors die ik via H-bruggen aangestuurd heb via een PIC met pulsbreedtemodulatie. Wat ik daar vastgesteld heb, is dat hoe sneller ik de stappenmotor wil laten draaien, de voedingsspanning hoger moet liggen om dezelfde stroom te behouden.

Ik heb hiermee een 3D printer gemaakt. Twee belangrijke problemen zijn:
-de printer trilt veel (ik boots geen sinusgolf na met de pulsbreedtemodulatie)
-de maximale snelheid waaraan ik kan printen is niet voldoende en wordt volgens mij beperkt door de voedingsspanning van 15V (voor Nema 17)

Daarom wil ik de sturing opnieuw bouwen, dit keer met deze stappenmotor driver: https://nl.aliexpress.com/item/32828353917.html?spm=a2g0s.90...4c4d7DKiuw

De voeding hiervan mag 9V-42V zijn. Welke voedingsspanning raden jullie aan? Ik zou zelf denken: hoe hoger, hoe sneller ik zal kunnen printen?

Met dank bij voorbaat,
Tom

Het minste dat je kan doen is het type stappenmotor geven, dan is er misschien een zinnig antwoord mogelijk.

De zinloosheid des levens is nog geen rechtvaardiging voor sisyphusarbeid.

Het type stappenmotor is Nema 17: 17HS4401
1.7 A, 1.5 Ohm

[Bericht gewijzigd door elektronica op 25 januari 2020 21:51:25 (16%)]

Het overgrote deel van de 3D printers gebruikt 12V als voedingsspanning en goedkopere A4988 of DRV8825 gebaseerde stepper drivers. Ik heb altijd gewoon gedacht: ik zie wel of ik meer stroom nodig heb en/of een zwaardere driver. En nog nooit de behoefte gevoeld.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
buckfast_beekeeper

Golden Member

Is PWM de juiste keuze? Ik zou eerder denken dat je beter een hogere frequentie toepast. Elke puls is toch maar 1 stap? In een goede driver staat ook aangegeven wat de kortste pulslengte is en de hoogst mogelijke frequentie.

In bijlage de datasheet van een leadshine driver.

Edit: blz 2 staat duidelijk tussen 0 en 200kHz. Op blz 12 staat de juiste aanstuur methode.

Voor Nema 17 zijn dat al zware drivers. Verwacht je eerder bij Nema 23.

Van Lambiek wordt goede geuze gemaakt.
Lambiek

Special Member

Op 25 januari 2020 21:38:32 schreef elektronica:
Ik heb wat ervaring met stappenmotors die ik via H-bruggen aangestuurd heb via een PIC met pulsbreedtemodulatie.

Dat moet je niet via PWM doen, maar gewoon met een puls.

Wat ik daar vastgesteld heb, is dat hoe sneller ik de stappenmotor wil laten draaien, de voedingsspanning hoger moet liggen om dezelfde stroom te behouden.

Dat is normaal, maar je kunt niet de spanning eindeloos op blijven voeren.

Twee belangrijke problemen zijn:
-de printer trilt veel (ik boots geen sinusgolf na met de pulsbreedtemodulatie)

1: Pas je micro stepping toe?
2: Je hoeft ook geen sinus na te bootsen, dat doet de driver wel voor je. Het enige wat jij moet doe is je driver aansturen met puls en richting.

-de maximale snelheid waaraan ik kan printen is niet voldoende en wordt volgens mij beperkt door de voedingsspanning van 15V (voor Nema 17)

Is je stapfrequentie wel hoog genoeg?

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Bedankt voor de antwoorden.
Lambiek, wat ik beschreef was wanneer ik het zonder driver deed, gewoon h bruggen zelf geknutseld. De pulsbreedtemodulatie was om de stroom te verlagen bij lagere snelheden

Buckfast, Lambiek:

Natuurlijk moet dat wel via PWM. Dat heeft niets met de "pulsen" te maken die de stappenmotor doen draaien.

Maaaarrrrr.... Dan moet je het wel goed doen.

Vroeger was een "12V stappenmotor" een stappenmotor waarvan de max-stroom gelijk was aan 12V/spoelweerstand.
Volgens die redenering is de genoemde 1.7A, 1.5 Ohm spoelweerstand stepper dus een 2.55V motor.

Maak je nu een apparaat met deze stepper dan wil je PWM-en om diverse redenen. Enerzijds, als je stil staat dan kan je vaak met zeg 30% van de max stroom toe. Je wilt dan dus effectief .765V op de spoelen zetten. Je wilt dan 6.4% PWM instellen. (voor de full-step spoel-activaties).

Anderzijds, zodra je zo hard wilt dat de tegen-EMK 3V begint te worden, dan wil je dus zo'n 6V op de spoelen zetten. Maar dit is zeker met je software-aansturing van de PWM tricky. Je weet nooit precies wat de tegen-EMK zal zijn. De enige mogelijkheid is om dynamisch op de stroom terug te koppelen. En daar zijn tegenwoordig handige chipjes voor. Die doen op iets van 30-50kHz op cycle-by-cycle basis aan currentlimiting. En aan sinus-golf-vorm-bouwen (oftewel microstepping).

Ik gebruik NEMA17 motoren die nominaal 2.5A aankunnen. Maar het werkt allemaal prima met "slechts" minder dan 1A uit zo'n 1A pololu compatible driver module. Ik heb dus nog wat marge: de motor wordt niet zo heet en ik kan een zwaardere driver kopen als ik het nodig vind.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Ik zou niet weten waarom je een sinus op zou willen wekken? (eerder een nadeel als een voordeel voor steppers)
PWM is een wat misleidende term hier. De pulsbreedte moet je juist gelijk houden, en de frequentie varieeren.
(je kunt wel de puls bij starten wat breder maken, dan heeft de motor wat meer torque)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard en software ontwikkeling: www.arcovox.com

De sinussen worden opgewekt voor het microsteppen, het opdelen van de stappen van de motor in kleinere. De al genoemde moderne geintegreerde microstep drivertjes zijn voor deze toepassingen de weg om te gaan.
Maar mijn complimenten voor TS om een eigen poging te doen :) !

Lambiek

Special Member

Op 26 januari 2020 10:48:33 schreef rew:
Natuurlijk moet dat wel via PWM. Dat heeft niets met de "pulsen" te maken die de stappenmotor doen draaien.

Ik denk dat dit een misverstand is, ik had het over een gekochte driver en wat jij beschrijft gaat over een zelfgemaakte driver. En bij een gekochte driver "die de TS wil kopen" Heb je niets met PWM te maken, gewoon puls en richting aansturen.

Maak je nu een apparaat met deze stepper dan wil je PWM-en om diverse redenen. Enerzijds, als je stil staat dan kan je vaak met zeg 30% van de max stroom toe. Je wilt dan dus effectief .765V op de spoelen zetten. Je wilt dan 6.4% PWM instellen. (voor de full-step spoel-activaties).

Helemaal mee eens.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Op 26 januari 2020 10:51:29 schreef Arco:
Ik zou niet weten waarom je een sinus op zou willen wekken?

Zie pagina 15 van het datasheet van de A4988 steper driver. (allegro heeft z'n site zo handig ingericht dat ik niet makkelijk kan linken naar de PDF op hun site).

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Mijn 3D printer werkt met de H bruggen, allleen bovenvermelde problemen.

Dus nu dat ik de sturing opnieuw ga maken met de drivers, mag ik voor deze motor dus vb. een voeding van 24 of 36 volt gebruiken en de driver regelt het dan volledig zelf dat de stroom max 1,7A blijft?

Lambiek

Special Member

Op 26 januari 2020 15:01:36 schreef elektronica:
Dus nu dat ik de sturing opnieuw ga maken met de drivers, mag ik voor deze motor dus vb. een voeding van 24 of 36 volt gebruiken...

24VDC is meer dan genoeg denk.

en de driver regelt het dan volledig zelf dat de stroom max 1,7A blijft?

Als je de stroom goed instelt wel ja, de stroom kun je instellen met de dip switch.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

kijk eens naar de ramp up, de zogenaamde versnelling van je stepper deze wil nog wel eens te snel zijn waardoor je stappen mist. Ook kan een grotere stepsize helpen bv 1/8 step ipv 1/16 step. Ook kan het helpen om een paar redelijke elcos vlak bij de dc ingang van je driver bord te plaatsen ivm spanningsval.

Have you debounced your buttons today?

Bedankt.
Voor één van de assen heb ik momenteel 2 stappenmotors parallel geschakeld. Mag dit ook om 2 stappenmotors van elk 1,7A parallel aan 1 driver te hangen en de driver in te stellen op 3,4A?

Lambiek

Special Member

Op 26 januari 2020 15:49:47 schreef elektronica:
Voor één van de assen heb ik momenteel 2 stappenmotors parallel geschakeld. Mag dit ook om 2 stappenmotors van elk 1,7A parallel aan 1 driver te hangen en de driver in te stellen op 3,4A?

Als je driver dat aan kan.

Zelf doe ik dat niet, gebruik voor iedere motor een driver en dat werkt prima.

Is niet voor een printer, maar voor een robotarm.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

De driver is ondertussen aangekomen en ik gebruik momenteel een voedingsspanning van 12V.
Wanneer ik de snelheid geleidelijk verhoog, is 7 mm/s het maximum wat ik kan bereiken (draadstang 10M, spoed 1,5 mm). Als ik hoger ga, zakt de stroom tot onder 0,4A en dan bromt de stappenmotor, maar draait niet meer.
Dit is dus eigenlijk niet veel sneller dan de 4 mm/s die ik met mijn zelfgeknutselde sturing kon bereiken.

De voeding van 24V is nog onderweg, zou het hiermee beter gaan? Wat is een normale snelheid voor een 3D printer? 60 mm/s?

buckfast_beekeeper

Golden Member

7mm/s is 175% van 4mm/s.

Een snapmaker original haalt 100mm/s. Een Ender 5 Plus doet 180mm/s.

Zijn je stap pulsen voldoende lang?

Heb je een datasheet van de driver?

Van Lambiek wordt goede geuze gemaakt.

@Buckfast_beekeper:
Ik denk dat de snelheden die je aangeeft, betrekking hebben op beweging via pulleys op tandriemen en niet op overdracht via M10 draadstang.
Ter verduidelijking, een motor-as die een volledige draai maakt (360 graden) levert een afstandverplaatsing op van :

1) 1.5 mm met M10 draadstang (spoed 1.5mm)
2) 20 tot 50 mm met pulley en tandriem (afhankelijk van de pulley-omtrek)

De 100mm/s of 180mm/s is volgens mij gebaseerd op 2) en wellicht zonder microstepping.

@Electronica :
Een draadstang levert meer precisie op, een pulley met tandriem een hogere snelheid. De vraag is wat voor jou belangrijker is en ten koste van wat. Gelukkig kun je micro-stepping toepassen met de driver.

Laat ik het eens verduidelijken. Ik ga er van uit dat je voorheen met de volgende zaken werkte :
- M10 draadstang (spoed 1.5mm)
- zonder microstepping aangestuurd
- steppermotor 200 stappen per omwenteling maken.

Het houdt in dat je per stap (1.5mm / 200) ongeveer 7.5 micrometer resolutie hebt. Met een nozzle van 0.2mm (en dat is klein) kun je je afvragen of die nauwkeurigheid wel nodig is. Is je nozzle groter, dan kun je nog meer je vraagtekens plaatsen bij die resolutie.
Nu ga ik van de volgende situatie uit
- GT2 tandriem
- 20 tanden pulley

Zonder micro-stepping, betekent 1 omwenteling dan 2mm (GT2) * 20 tanden = 40 mm afstand (of omtrek).

40mm afstand / 200 (stappen) = 0.2mm per stap. Ga je microstepping toepassen :
1/2 => 0.1mm (= 100 micrometer)
1/4 => 0.05 mm (= 50 micrometer)
1/8 => 0.025 mm (= 25 micrometer)
1/16 => 0.0125 mm (12.5 micrometer)

In het algemeen wordt het X-Y-vlak gebruikt om te printen van een laag en heb je daar graag wat snelheid. Voor het Z-vlak (hoogte) is minder snelheid nodig, omdat dat alleen nodig is om een nieuwe laag te printen. Verder is het belangrijk dat je met een hogere snelheid in het X-Y-vlak, ook rekening zou moeten houden met het vermogen van de HotEnd / printkop. Wil je sneller printen, zal de HotEnd voldoende vermogen moeten hebben om de aanvoer van gesmolten plastic te kunnen garanderen. Vaak kan het allemaal wel uit op 12V. Persoonlijk zou ik 24V pas overwegen, bij een drastisch hogere snelheid ivm aanvoer gesmolten plastic uit HotEnd / nozzle.
36V of nog hoger zou bij mij pas in beeld komen bij een nog hogere snelheid en andere soort motoren (servo's).
Maar daar komen -volgens mij- ook andere problemen weer bij. Denk dan bijvoorbeeld aan problemen bij de warmtetoevoer voor het smelten van het plastic en de doorvoersnelheid. Teveel vermogen : zwart geblakerd plastic en als bijgevolg een verstopte nozzle. Kortom, de HotEnd / nozzle zal in dat geval ook een aparte aansturing nodig hebben om de warmte nauwkeuriger te reguleren.

Tot slot, ik vind het bijzonder knap dat je het met H-bruggen hebt opgelost. _/-\o_ De aansturing is niet makkelijk. Met een driver zul je merken dat het een stuk makkelijker voor je gaat worden en wellicht dat je ook meer processorkracht/ruimte overhoudt.

Ik hoop dat je wat aan bovenstaande hebt.

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...
buckfast_beekeeper

Golden Member

Beste oxurane: bekijk ik mijn elektor/colinbus profiler, die ook werkt met een draadstang en NEMA 17 steppers haalt toch 60mm/s. En dat is geen top machine.

Kijk ik naar mijn CO2 laser in aanbouw dan heb ik daar met 3mm tandriem een verplaatsing van 9mm per motor omwenteling. Dus een stuk lager dan wat jij aan een tandriem plakt. X-Y assen + steppers zijn in bouwpakket aangekocht. Een CO2 focus/mirror head lijkt me in gewicht zeer vergelijkbaar met een extruder.

Kijk ik naar een NEMA 17, dan staat daar een maximale snelheid bij van 2000rpm. Wat met de draadstang een theoretische max 3000mm/min of 50mm/s.

Van Lambiek wordt goede geuze gemaakt.