Misurazione della corrente assorbita da uno stepper e..

[Pedro]

(il titolo completo sarebbe Misurazione della corrente assorbita da un motore stepper in movimento e dal suo driver, ma il forum non concede la possibilità di titoli così lunghi)

Leggiamo spesso che un certo motore stepper necessita di un alimentatore con certo numero di W ma abbiamo mai verificato quanto in realtà assorbe?. Incuriosito da quello che si legge (di tutto e del contrario di tutto), avevo voglia di fare delle prove pratiche di misurazione. Tutto quello che ho fatto è documentato proprio per dare la possibilità, a chi hai mezzi e voglia, di riprodurre le misure. Ripeto, non sto qui ad insegnare ma "osservo e documento" come nel buon metodo galileiano si fa.

Allora: per effettuare le misurazioni ho usato:

1) motore stepper proveniente dalla vecchia motorizzazione della BF20: il suo datasheet è questo

http://www.automationtechnologiesinc.co ... d.php?id=7

il modello è il 23H280-01EA,, 2.2 Nm, 3 ampere fase

queste le misurazioni fatte sui valori del motore

Res motore.JPG

uH motore.JPG

2) oscilloscopio Rigol MSO2302a, 300MHz di banda, 2GSample (1Gsample per canale), 2 sonde da 300MHz divisione per 10, tarate e compensate sull'onda quadra e lettura normalizzata (quindi la lettura dell'oscilloscopio è ovviamente corretta per il fattore 10 delle sonde, cioè la lettura è già scalata sul valore reale)

oscilloscopio.jpg

3) generatore di forme d'onda Rigol DG1032z. Ho usato per uscita un'onda quadra 1kHz, 5 Vpp 10% duty cycle. Ho scelto di usare un generatore per avere una misurazione a condizioni costanti

generatore.jpg

4) Alimentatore da laboratorio IPS2303DD e regolata l'uscita per 30 Vcc. Si è scelto anche qui di usare un alimentatore da laboratorio per avere misurazioni a condizioni costanti

5) Driver per stepper LAM DS1044. Impostato il micropasso, 1600 passi/giro (quindi micropasso 1/8), senza riduzione potenza (il % settato a 0 comunque tutte le misure sono state fatte con motore in "moto" quindi senza intervento di riduzione). Qui le impostazioni caricate con il suo programmatore UDP30

Configurazione LAM DS1044.jpg

il motore quindi ha girato per le misurazioni a 37rpm. La scelta del basso numero di giri è stata fatta per avere un rapporto alto fra chopping di corrente e step.

qui il filmato del motore in rotazione, poco dice ma l'ho fatto

https://www.youtube.com/watch?v=3nsjTTQfuUY

[Pedro]

le misure sono state fatte usando il seguente schema elettrico.

schema prove.jpg

1) La resistenza di 1 Ohm è composta da 10 resistenze in parallelo da 10 Ohm 2% 2W, rigorosamente in carbone in quanto le resistenze a filo con la loro induttanza avrebbero falsato le misure su segnali pulsati o (tutte le misure sull'LCR sono state fatte con sonda a 4 terminali)


Post moderato con elementi che hanno suscitato discussioni tolti per evitare flames futuri

Resistenza.jpg

2) Per il condensatore elettrolitico è stato usato da 4700uF 63 Vdc

3) Per il diodo è stato usato un BY399B il cui datasheet

http://docs-europe.electrocomponents.co ... 92613b.pdf



4) Sul Ch1 dell'oscilloscopio è stato preso il segnale ai capi della tensione + sul condensatore rispetto GND (da schema segnato come Ch1) per la misura della tensione
5) Sul Ch2 dell'oscilloscopio è stato preso il segnale sulla resistenza di ballast rispetto al GND (da schema riportato come Ch2) per la misura della corrente assorbita dal driver



come dicevo la tensione dell'alimentatore è stata regolata per avere 30 Vcc in ingresso al driver

misura della tensione driver.jpg

[Pedro]

e qui le misure. Spiego come si vedono i canali dell'oscilloscopio: il Ch1 che come dicevamo è la tensione letta all'ingresso del driver, il Ch2 è la misura della corrente che scorre nel driver cioè la caduta di tensione sulla resistenza di 1 Ohm (per la legge di Ohm un ampere che scorre in quella resistenza da una tensione di 1 volt e quelli sono stati letti). Il canale Math è un canale "risultato" dal prodotto della tensione istantanea del Ch1 per la tensione, sempre istantanea, del Ch2. Esso è mostrato in viola. Facendo il prodotto della tensione applicata per la corrente assorbita "istantaneamente", ripeto, abbiamo il valore della potenza istantanea mostrata graficamente. L'oscilloscopio mostra in basso il valore Vrms, valore efficace, sia del canale 1 (in giallo) che del canale 2 (celeste) che della potenza assorbita (in viola). Nell'immagine sono stati esclusi, per migliore visualizzazione, le forme d'onda per i due canali e lasciata solo la visualizzazione del loro prodotto

post moderato togliendo termini che hanno generato flames

Potenza 26W.jpeg

Qui l'andamento della sola corrente

Misura correnteballast.jpg

interessante vedere come ci siano i picchi dovuti al "chopper", si vede come componente a frequenza più alta, e delle variazioni cicliche di forma dovute al cambio del flusso magnetico tra indotto e magnete permanente del motore a causa dello step, che ricordo avveniva ogni millisecondo, quindi 5 divisioni orizzontali su questa immagine

Leggendo quei valori: la potenza assorbita dal motore da 3 ampere e dal suo driver durante il movimento ha un valore di 26.2 W rms e la corrente assorbita sempre dal driver e il suo motore è 885mA rms.

A motore bloccato meccanicamente, quindi con il massimo di riluttanza magnetica dovuta al non sincronismo dell'indotto rispetto al magnete permanente, non si sono lette variazioni significative sulla misurazione (un 5% in più) anche aumentando la frequenze a 1600 Hz

Potenza 26W 1.6kHz.jpeg

[Pedro]

e per concludere una altra misura. Vero che con le forme d'onda in gioco un multimetro "di solito" darebbe misure errate, sia mai, ma un multimetro "true rms" può (non quelli che leggono e moltiplicano tutto per radice di due insomma). Vero è che per la frequenza chopper, circa 25kHz il "povero" 187 va sul limite e sottostima la misura di un 10% ma siamo su quei valori. Lettura fatta in modalità amperometro in serie all'entrata +V del driver (mera constatazione)

corrente misurata con il multimetro in serie.jpg

Questa immagine presa quando tre di quei motori erano montati sulla mia fresatrice, con gli stessi parametri e tutti e tre in movimento (unica piccola differenza che i motori venivano alimentati sulla fresatrice a 35 volts, tensione un po' più alta di quella usata durante le prove, e per questo si legge sul display una corrente leggermente inferiore di quella misurata sul banco moltiplicata per tre, il numero dei motori)

assorbimento driver.JPG

piccola nota, ovviamente una parte della potenza misurata è assorbita dalla resistenza che andrebbe, a rigor di logica, sottratta. Per i valori letti ciò si avvicina a circa 0.8W

[Pedro]

Concludendo: come dicevo non voglio aprire un dibattito su come fare un alimentatore adeguato per un motore stepper; anzi suggerisco sempre di osservare i dati forniti dai produttori. Però la mia curiosità innata mi ha portato a "verificare" di persona su quanto si legge in giro e quanto in verità un motore nel mondo "reale" con il suo driver assorbe in potenza elettrica. Spero di aver almeno destato altrettanta vostra curiosità sull'argomento

[conte]

Grazie Pedro, prova molto interessante. Domanda, il motore girava a vuoto o sotto sforzo?

[Pedro]

le misure sono state fatte sia a vuoto e, come ho scritto in una parte della prova, messo bloccato in morsa, quindi al massimo dello sforzo, stallato insomma. Altre misure intermedie, non avendo un sistema di frenatura misurabile "pronto" per ora non le ho fatte, vedremo quando ho tempo di metterci un carico dinamometrico . Comunque non credo che le misure cambino di molto

[kalytom]

https://www.cncitalia.net/forum/viewtopi ... boolometro

un vecchio post che tratta un argomento simile ...

[turbina]

Per completare dovresti aver verificato la corrente di circa 3Arms in entrambe le fasi e vedere come cambiava a seconda del passo, e calcolare il rendimento del driver LAM che allo stato delle cose sembra essere del 57% circa

[Pedro]

suggerimento interessante, ed ad avere tempo magari lo farò, ma fuori argomento visto che volevo vedere l'assorbimento di un motore stepper e del suo driver in potenza elettrica. Un compendio sugli stepper si potrebbe anche fare, un giorno..chissà.

Comunque, se si sa leggere un segnale sull'oscilloscopio e sapendo che è stata impostata la divisione di 1/8 di step va da se che tra una generazione di corrente al 100% in una fase e la generazione di corrente sull'altra fase al 100% intercorrono 8 cicli da 1mS, ben riconoscibili. Negli altri la potenza è distribuita secondo i coefficienti trigonometrici tra le due fasi in modo da avere il vettore risultante uguale, ecco i piccoli ma visibili aumenti di potenza riconoscibilissimi

[Franco99]

(Vedi immagine allegata).

Questi sono le potenze massime disponibili all'albero del motore utilizzato per la misurazione.
(Dati presi dal datasheet del motore 23H280-01EA).

Saluti,

Franco

[Pedro]

giusto, attenetevi sempre ai dati del costruttore. non sto dicendo cosa e come fare qualcosa, ho solo misurato....

ma forse l'avevo già scritto

[Franco99]

La potenza erogata dal motore è massima quando è massimo il prodotto della
coppia per il numero di giri. Vicino a questo punto l'alimentatore sarà sottoposto
al carico massimo. Per raggiungere questo punto il motore deve girare ai giri giusti
ed essere frenato dal carico giusto. In altre condizioni di funzionamento del motore
non misuri il carico massimo per l'alimentatore.

Saluti,

Franco

[Pedro]

mai detto di aver misurato con il carico massimo, ho misurato quel che ho detto, documentato e fotografato: nulla di più...nulla di meno. Non ho possibilità di avere un carico noto, non ho tempo di farmene uno, neanche sarebbe difficile ma fare le prove, documentare, fotografare purtroppo porta via parecchio tempo; anzi, se volete o potete contribuite sperimentalmente, sarebbe una cosa bella ed utile per molti

[Franco99]

Leggiamo spesso che un certo motore stepper necessita di un alimentatore con
certo numero di W ma abbiamo mai verificato quanto in realtà assorbe?

Il punto è che per sapere il numero di watt che deve erogare l'alimentatore devi
misurare quando il motore eroga la sua potenza massima.

Saluti,

Franco