rozważania o CNC

Najczęściej zadawane pytania o zasilaczach silnków krokowych

1. Jak może/powinien wyglądać?
2. Na co należy zwracać uwagę?
3. Co może się łatwo popsuć ?
4. Jak oszacować wymagane partametry (moc, prąd, napięcie)?
5. Czy potrzebna jest właściwa sekwencja startowa zasilacz mocy?
6. Czy warto stosować zasilanie stabilizowane?
7. Jaki tani transforamtor można zastosować?

Informacje na temat:
http://www.imshome.com/app_powersupply.html

Sterowniki mikrokrokowe

Zasilacz stabil.
- minimalne napięcie w zakresie napięć sterownika
- maksymalne napięcie: maksym. napięcie sterownika minus "back EMF".
- minimalny prąd znamionowy równy lub większy niż (1/2 prąd ster.)+1.

Zasilacz niestabilizowany:
- minimalne nap. znamionowe równe lub większe niż:
  (min. napiecie pracy sterownika)x1,5.
- maksymalne napięcie: maksym. napięcie sterownika minus "back EMF".
- prąd równy lub większy 1/2 prądu sterownika
- na każdy amper przynajmniej 200uf

Dla pracy półkrokowej, minimalna wartość prądu nie 1/2 a 3/4.

Na stronie IMS napisali oczywiście trochę więcej...

Są to naprawde minimalne wartości prądów,
które musi dostarczyć zasilacz.
W moich ploterach 4700uF na 1,7A możliwie blisko sterownika
+ osobne mostki prostownicze na każdy sterownik z 4700uF każdy.
Konfiguracja sprawdzona oscyloskopem (i na ucho...;))

Nie próbowałem jeszcze sekwencji włączania zasilacza (prąd ładowania
baterii kondensatorów). W najnowszej maszynie będzie to chyba konieczność (pobór prądu ponad 10A), przykłady zasilaczy:
http://www.nc-step.de/download-e.html

Dla małych prądów można stosować zasilacze 24V DC
z dużych drukarek igłowych (u mnie z Seikoshy,
3 lat zasilają 2xsilniki 1A + elektromagnes 2A).
Są one przeznaczone do zasilania obciążeń indukcyjnych
(silniki + napęd igieł).

Jednak najlepiej sprawdzają się zasilacze niestabilizowane.

Warto rozważyć transformator sieciowy w osobnej obudowie.
Urządzenie jest zasilane wtedy np. 24V AC - jeśli maszyna
jest na sprzedaż, nie wchodzi w zakres niskich napięć (od 48V)
w znaczeniu CE. Są dostępne też sieciowe transformatory ochronne
właśnie 24V, Breve-Tuvasson do 26A. Dla własnych potrzeb,
doskonałym rozwiązaniem są toroidy (mają "sztywną" charakterystykę, moc powinna być 2x zapotrzbowanie).

Na koniec: przekaźniki wyłączające zasilanie urządzenia po dojechaniu
do limit + ESTOP. Jest to jedno z wymagań Dyrektywy Maszynowej.
Rozsądne dla własnego bezpieczeństwa. Opis też w manualu MACH2.
U mnie działa też limit softwarowy.

Back EMF

jaką wartość zwrotu należało by w rozważaniach przyjąć ?

podobno jedynie pare woltów... ale nigdzie takiej dokłądnej informacji nie można znaleść - pewnie dlatego, iż dla każdego silnika "zwrot" może być inny :(

ale problemy nimi powodowane są całkiem realne !

np. pod stwierdzeniem allegro w opisie A3977
kryje się realne ryzyko zniszczenia sterownika

okazuje się, iż układ się pali przy zasilaniu z zasilacza niestabilizowanego 34V (potwierdził Darek)... Back EMF to oczywista przyczyna

aby się przed TYM zabezpieczyć są dwie metody:

1. obniżyć napięcie zasilania... i tu pojawia się problem
bo z jednej strony chcemy wycisnąć jak najwięcej z silnika - czyli chcemy zasilać go możliwie wysokim napięciem
a z drugiej strony - jest nie jasno określone zwracanie z silnika :(
więc o ile dokładnie obniżyć ;(

2. zastosować wzmocnioną diodę zenera w celu obcinania wyskoków napięcia na linii zasilania powodowanych Back EMF

(http://www.2a.pl/~mark/cnc/dioda_zenera.png)

oczywiście ten zener.. powinien pracować powyżej napięcia zasilania... i brać na siebie jedynie część zwrotów

Również szukałem usilnie odpowiedzi na to pytanie.
W Polsce dla "back EMF" używany jest termin "stała napięciowa".
Jest ona zależna od konsrukcji silnika,
i w zasadzie należy do danych katalogowych,
które powinny zostać podawane przez producenta.
Jednak z różnych przyczyn, do tej pory takowych nie znalazłem:(

Dla silników krokowych:
Ke=V/(ksteps/s)

czyli można obliczyć tę stałą, obracając wałem silnika z określoną
prędkością (kilokroków/srekundę) i mierząc generowane napięcie.

Pewnym zastępczym zabezpieczeniem sterownika
jest naprawdę dużo uF, tak aby można "upchnąć" energię
zwracaną przez silnik w trakcie hamowania.

Jakiś czas temu, na Yahoo znalazłem schemat "bezpiecznika":
RETURNED ENERGY DUMP.
Kiedy prąd przepływa z zasilacza do silnika, nie dzieje się nic,
jeśli zmieni się kierunek przepływu prądu na przeciwny, zostaje skierowany na masę. Mogę podesłać pdf...

Wartościowy link:
http://www.geckodrive.com/photos/Step_motor_basics.pdf




[/img]

pozwolę sobie zamieścić schemat układu:

RETURNED ENERGY DUMP

(http://www.2a.pl/~mark/cnc/energy_dump.png)

oraz coś jeszcze z yahoo ;)

POWER SHUNT

(http://www.2a.pl/~mark/cnc/power_shunt.png)

te układy mają jedną małą wadę... nie są małe ;)
trudno je umieścić na malutkiej płytce sterownika :(
zener udaje się utknąć

bardyo dobry opis (też stosuję):

-przystępna teria silników krokowych
-zasilacze... bardzo praktycznie

i pare innych ciekawostek

warte przeczytania

zobaczmy obrazki ;)

(http://www.2a.pl/~mark/cnc/4.9.current_flow.png)

przepływ prądu w stopniu mocy sterujacym uzwojenie silnika

(http://www.2a.pl/~mark/cnc/4.10.power_dump.png)

układ power dump - pochłaniacz nawyżek energii

(http://www.2a.pl/~mark/cnc/RBO.png)
układ RBO

(http://www.2a.pl/~mark/cnc/zas01.png)

prosty zasilacz z układem wolnego startu... oraz diodami (BYW29)usprawniającymi szybkie doładowywanie kondensatora C1

Obecnie w motoryzacji wprowadza się nowy standart napięć: 42V
Ilość i moc urządzeń montowanych w samochodach zaczęła wykraczać
poza możliwości 12V a oszczędności na miedzi w kablach (prądy)
też są nie do pogardzenia.... (np. napęd pompy hydraulicznej układu wspomagania kierownicy  600W = 50A przy 12V).
Warto przeszukać strony producentów elektroniki motoryzacyjnej
- może są gotowe rozwiązania w zakresie napięć nas interesujących.

Przy skrajnych napięciach pomaga
b. intensywne chłodzenie 'ic sterownika.
Poza wentylatorem, układy IMT901 przykręcam
poprzez podkładkę izolacyjną/termoprzewodzącą
do aluminiowego korpusu plotera,
uzyskując radiator o masie nawet 20kG...
Napięcie zasilające + silnik 34V/1,7A  (IMT może max. 40V).
Scalaki są ledwo ciepłe.

a dodatkowo przyjemniej jest dotykać maszyny lekko podgrzanej ;)
jakiś czas temu dotarło do mnie parę sztuk ta8435
http://smf.cnc.p9.pl/index.php?topic=408.0

i zapewne zrobię sobie do nich pcb... widziałem ostatnio ciekawy patent na przylutowanie takiego - otóż jest on równolegle do pcb.. tak że nogi jednego rządka są lutowane po jednej stronie pcb... a drugiego rządka po drugiej stronie. Dzięki takiemu ułożeniu do radiator (lub ramy maszyny) scalak i pcb są przykręcane równocześnie

to właśnie ten prosty układzik:
(http://www.2a.pl/~mark/cnc/energy_dump.png)

http://www.geckodrive.com/upload/returnedenergydump.pdf

Zasilacze impulsowe, zwłaszcza w wersji ekonomicznej awaryjne... w połączeniu z obciążeniem impulsowym (silnik sterownik), awaryjność wzrośnie :(

Warto jest widzieć, że silnik podczas hamowania zwraca energie do zasilacza (silnik pracuje wtedy jako prądnica)... Dlatego, nastąpi wzrost napięcia w zasilaczu podczas hamowania... Ten wzrost napięcia może "zdziwić" zasilacz impulsowy, który pracuje jako stabilizator napięcia  - i to daje szansę na awarię...

Ze względu na wzrost napięcia podczas hamowania, w zasilaczu warto dać na wyjściu DUŻY bank kondensatorów...

większa pojemność - mniejszy wzrost napięcia podczas hamowania...

=> warto jest mieć jeden zasilacz dla wszystkich osi, z możliwie DUŻĄ pojemnością na wyjściu (np. 40000uF).

Ja preferuje zasilacz prosty "jak drut"... w którym awaria jest BARDZO mało prawdopodobna... trafo - prostownik - kondensator + ew. układ zabezpieczający przed zbytnim wzrostem napięcia...

Czy możliwe jest zakupienie gdzieś gotowego modułu kondensatorów spełniających powyższe zadanie?

tak... oczywiście... np. coś takiego:

(http://markcomp77.p9.pl/img/nadrutach-2xNdc856-05.jpg)
(http://markcomp77.p9.pl/img/2xNdc856-tokarnia_na_drutach--08.jpg)
(http://markcomp77.p9.pl/img/3_ndc856__3_4.5Nm__06.jpg)
(http://markcomp77.p9.pl/img/4xMdc860-09.JPG)
(http://www.markcomp77.p9.pl/img/3x543-02.jpg)
(http://www.markcomp77.p9.pl/img/3xm542-03.jpg)

To przynajmniej tyle ma się z głowy w przypadku takiego urządzenia.  :P