Dimensionamento alimentatore

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Buongiorno,

Sto costruendo una CNC con parti stampate in 3D e sono giunto ai collegamenti elettronici e di alimentazione. All'inizio avevo comprato un alimentatore stabilizzato da 12V 30A (per i soli motori, il mandrino ha un motore dedicato) ma mi sembra di un po' di uccidere una mosca con un bazooka. stavo valutando di prendere un alimentatore con l'Amperaggio giusto necessario e qui mi sorge il dubbio: uso 4 motori Nema che lavorano a 1.75A l'uno, quindi 1.75*4=7A. Tuttavia per pilotarli sto usando dei driver DRV8825 tarati per far lavorare i motori al 70% (come consigliato su molti siti per far avere una vita più lunga ai motori); in questo modo dovrebbero lavorare tutti intorno ai 1.2A, quindi 1.2*4=5A. Che alimentatore dovrei comprare? Basta uno da 5 visto che i driver sono tarati in quel modo o ne serve comunque uno da 7?

[turbina]

Piatto caldo 100 -130W
Hot end 40W
Motori , 5 pezzi 50W
Tutto il resto, CPU display ventole 10W

[Delu02]

Dipende, come dici tu i motori in totale assorbono 7 ampere (ma considera che questa sarebbe la corrente massima di assorbimento, quella reale è minore, dato che non userai sempre i motori alla massima potenza), se devi solo alimentare i motori e scheda di controllo basta un alimentatore da 10 ampere (di qualità , non cinesate del piffero). Se vuoi un consiglio: passa dai 12 volt a 24 volt, i motori avranno più coppia e saranno più performanti.

[hellfire39]

Ci sono un paio di imprecisioni nel tuo ragionamento.
Passando a 24V non avrai più coppia. I motori saranno sì più prestanti, ma in termini di velocità raggiungibili.
La coppia è legata alla corrente, non alla tensione. E non c'è un rapporto tra corrente e tensione perché la corrente è regolata dal driver.

Seconda osservazione: gli stepper lavorano sempre al massimo della corrente (a meno che non hai un controllo closed-loop).
Alcuni driver hanno la possibilità di dimezzare la corrente erogata al motore quando non ricevono impulsi.

In realtà il discorso è un po' più complesso di così, ma, grossomodo, il concetto è questo.

Nota: attenzione a non confondere coppia con potenza, che non sono la stessa cosa.

[Taglio]

Con riferimento alla seconda osservazione dunque sarebbe sufficiente un alimentatore che possa gestire la massima corrente erogata dai driver, nel mio caso 5A sarebbero più che sufficienti, giusto?

Per quanto riguarda la prima concordo pienamente sul fatto di corrente/coppia, tuttavia da quel che ricordo dall'università non esiste un legame tra tensione e velocità, esiste solo un legame tra frequenza di impulsi (di tensione) e velocità, tuttavia se la frequenza è troppo elevata il motore si trova nella situazione in cui non ha tempo di raggiungere la corrente nominale sui suoi avvolgimenti e quindi c'è una perdita di coppia. La cosa che potrebbe accadere è che l'aumento della tensione aumenta anche il "ritmo d'aumento" della corrente (dI/dt), il che quindi permetterebbe a due stepper identici alimentati uno a 12V e uno a 24V a raggiungere la coppia necessaria avendo a disposizione una velocità più alta per quello alimentato a 24V.

[hellfire39]

Per un motore in corrente continua la velocità è legata linearmente alla tensione.
Grossomodo (semplificando molto) la cosa vale anche per i brushless, vedi il famoso Kv che viene specificato per i motori.

Per gli stepper, la velocità è imposta dalla frequenza degli impulsi. Questo è giusto.
Ma la velocità raggiungibile è sempre legata alla tensione. Come hai giustamente evidenziato, la tensione incide sulla capacità del driver di imporre la corrente desiderata, nel nostro caso interessa la dV/dt. Maggiore è la variazione di corrente nel pwm, maggiore sarà la rampa di salita della corrente e quindi la capacità di raggiungere frequenze elevate di impulsi.

So che mi sono spiegato male. La chiarezza non mi appartiene.

[Delu02]

So che mi sono spiegato male. La chiarezza non mi appartiene.

Beh però sai molte più cose di me, e mi hai fatto finalmente capire dei concetti in più legati ai motori stepper, quindi ti ringrazio. (Non per altro ma spieghi meglio del mio prof...)

[turbina]

Con 24V brucerai la scheda arduino mega2560 , resta a 12V
Ai motori stepper non potrai mai dare 1.7A per avvolgimento non perchè durano di più ma perchè i pololu dopo 1A - 1.2A fanno in protezione termica e perdono passi.
Il calcolo del consumo per motore è completamente sbagliato: gli avvolgimenti per ogni motore sono 2(in realtà 4 ma sono a coppie di 2), quando diciamo 1.2A per avvolgimento , siccome i motori sono da circa 3V per avvolgimento avrai 3 x 1.2 = 3.6W x 2 avvolgimenti 7.2W per motore , includendo la potenza reattiva fino ad ora non considerata e il rendimento del drive pololu ogni motore assorbe un massimo di 10-11W
comunque poi hai anche le ventole, la cpu, il hot-end, quindi se non hai il piatto caldo ti servono almeno 120W di alimentatore, non è assolutamente consigliabile tirare per il collo un alimentatore cinese

[tecno67]

Scusa turbina, ma nemmeno il tuo calcolo mi sembra del tutto corretto.

Applicando il principio di conservazione della potenza, se un motore sta erogando una determinata coppia (diciamo ad esempio 1Nm) e gira ad una determinata velocità (diciamo sempre per fare un esempio 1000Rpm), questo erogherà una potenza meccanica pari al prodotto Coppia*Velocità angolare (coi valori dell'esempio circa 103Watt) e non potrà farlo se non riceve almeno una uguale potenza elettrica. Quindi in linea teorica dato che l'alimentatore fornisce una tensione fissa (esempio 48Volt) la corrente minima necessaria va calcolata (per un alimentatore non sovraccaricabile come uno Switching (diverso sarebbe il caso di un trasformatore con raddrizzatore e condensatore), come la somma delle massime potenze meccaniche che i motori è richiesto eroghino in contemporanea / tensione nominale in uscita dall'alimentatore. Questo andrà poi maggiorato di un valore che tiene conto sia del rendimento dei driver, che dei motori (Diciamo un rendimento globale 0,85?). La potenza calcolata come tensione x corrente nominale dello stepper x n° di avvolgimenti contemporaneamente attivi è la potenza che comunque lo stepper dissipa anche da fermo, ma non comprende la potenza meccanica che il motore fornisce.
In definitiva per calcolare la potenza necessaria occorrerebbe conoscere la coppia consumata dagli attriti della meccanica quando gli assi viaggiano alla massima velocità (che non è la coppia nominale del motore!) e decidere quanti assi si vuole poter mandare in rapido alla massima velocità in contemporanea... un bel terno all'otto!

[hellfire39]

è la potenza che comunque lo stepper dissipa anche da fermo, ma non comprende la potenza meccanica che il motore fornisce

Questa affermazione non l'ho capita.

[tecno67]

Forse si potrebbe impostare il calcolo aiutandosi con la curva coppia/velocità del motore:

-Si decide a quale velocità massima si vuole andare in rapido e si legge sulla curva del motore il valore di coppia max erogata a quella velocità in Nm.
-Si calcola la velocità angolare in rad/sec come 2*pi_greco*60*Rpm.
-Se ne fa il prodotto e si calcola la potenza meccanica erogata.
-Si moltiplica per il numero di motori.
-Si divide per il rendimento unitario (Il famoso 0.85 dell'esempio).

E si dovrebbe ottenere un valore di potenza massima abbastanza conservativo.

-Si divide per la tensione nominale dell'alimentatore e si ottiene la corrente massima richiesta.

Facendo il conto sui miei MAE da 4Nm massimi, a 1000Rpm erogano max 1.3Nm...Moltiplicato x 103Rad/sec= 133.9Watt... Diviso 0.85(rendimento)= 157.5Watt... Alimentando i driver a 60V (il valore per il quale ho la curva)... 157.5/60=2.625A per motore... con 3 motori mi servono circa 7.9 Ampere.

Il mio alimentatore è da 10A a 55Volt e non va mai in protezione, ma probabilmente mandando solo 2 assi in rapido in contemporanea avrei potuto anche sceglierlo da 5A.
Qui poi si deve lasciar perdere la teoria e valutare quanto è la differenza di prezzo tra un 5 ed un 10A e nove volte su dieci si arriva alla conclusione che per qualche decina di euro in più conviene andare sul sicuro. Ma questa è una valutazione soggettiva.

[tecno67]

Questa affermazione non l'ho capita.

Quando il motore è fermo, non c'è movimento, quindi non c'è lavoro e quindi non c'è potenza fornita (c'è solo coppia!), ma assorbo comunque dall'alimentatore la potenza che dissipo sulla resistenza degli avvolgimenti.

A velocità zero il rendimento di qualsiasi motore è zero, a meno di non alimentarlo.

Forse l'unico motore che a zero giri non assorbe potenza è un corrente continua a magnete permanente, ma a zero giri non ha coppia e dovendo essere zero la tensione d'armatura e quindi zero la corrente è di fatto non alimentato. Se invece voglio fargli erogare coppia da fermo (perchè mi oppongo alla sua rotazione con una coppia bloccante, avrà anche lui un rendimento zero).