Caractéristiques adéquats d'un Nema17 pour l'impression 3D ??

[Yamh]

Bonjour à tous,

Pour un futur projet, je voulais trouver des moteurs en parfait adéquation avec les steppers TMC2208 qui sont limités à 1.2A RMS...
Étant électronicien ce n'est pas compliqué...Je me suis dis on va prendre un Nema17 à faible ampérage et j'alimenterai le stepper en 24V, simplement pour éviter de brider le moteur avec un Vref limité à 1.2A et de faire surchauffer le stepper.

Mais voici le problème que j'ai trouvé en fouinant ici : http://smoothieware.org/3d-printer-guide-fr
Il est dit que les Nema17 adaptés à souvent tourner et à vitesse élevé (comme en impression 3D) sont connus pour avoir des inductance faible.
Le problème est que tout moteurs pas à pas avec une faible inductance ont aussi une faible résistance et donc une forte Intensité, ça ne m'arrange pas dans mon choix....

 

Citation

Choisir un moteur pas-à-pas

Il existe un grand nombre de moteurs pas-à-pas. Les moteurs les plus gros sont généralement les plus puissants. Selon la taille du moteur, ses couples et sa vitesse maximale peuvent varier, ainsi que sa capacité à maintenir un couple alors que la vitesse augmente.

Il est important de choisir le moteur adapté à votre utilisation. L'erreur la plus courante est de choisir un moteur à inductance élevée. Il existe deux grandes « familles » de moteurs: les moteurs à inductance élevée sont surtout conà§us pour maintenir une position fixe, avec de rares déplacements (comme une monture de télescope), alors que les moteurs à faible inductance sont conà§us pour être souvent déplacés, et utilisés à vitesse rapide (comme sur une fraiseuse CNC ou une imprimante 3D).

Si vous utilisez un moteur à inductance élevée sur une Smoothieboard (ou sur n'importe quel pilote de moteur pas-à-pas dit « CNC »), non seulement vous obtiendrez de mauvaises performances vitesse/couple, mais en déplaà§ant le moteur pas-à-pas (ou son axe) manuellement, un voltage très élevé sera généré, ce qui peut détruire votre pilote de moteur pas-à-pas.

Les moteurs pas-à-pas à « inductance élevée » sont reconnaissables par leur taux élevé d'inductance. C'est généralement mauvais signe lorsqu'il dépasse 10mH. Si l'inductance n'est pas précisée sur votre moteur, le voltage est aussi une indication: les moteurs pas-à-pas à inductance élevée possèdent généralement un voltage élevé, 12V est par exemple une valeur typique, alors que le voltage des pas-à-pas dits « CNC » est en-dessous de 5V.
Dans notre cas, il nous faut un moteur pas-à-pas à faible inductance, idéalement en dessous de 10mH, et un voltage idéalement en-dessous de 5V

Voici ce qu'est un bon moteur pas-à-pas selon la communauté RepRap: 

Pour les imprimantes reprap ou autres petits CNC similaires utilisant des pilotes de micro pas-à-pas sur du 12-24V,
 un pas-à-pas idéal fait la taille d'un NEMA17, possède un taux de 1.5A à  1.8A ou moins, une résistance de bobinage de 1-4Ω,
 3 à  8mH, 62oz.in (0.44Nm, 4.5kg.cm) ou plus de couple, 1.8 ou 0.9degrés par pas (respectivement 200/400 pass/rev),
 par exemple le 1124090/42BYGH4803 kysan ou le 17HS8401 rattm ou Wantai

 

Je comprends que l'on choisisse un Nema17 à forte inductance et résistivité pour des déplacement peu fréquents, de ce fait il chauffera moins (en position fixe un moteur pas à pas consomme énormément). Mais je ne comprends pas pourquoi ce type de moteur n'est pas adéquat pour l'impression 3D ???

Si vous avez une explication pour m'éclairer, ou de la doc sur internet je vous en remercie

Je t'identifie @stef_ladefense comme je sais que tu es au point dans ce domaine

Modifié (le) Novembre 4, 2018 par Tekila63

[fran6p]

TMC utilise des valeurs de courant en RMS, les caractéristiques des moteurs sont plutôt données en "peak current" et pour passer de l'un à l'autre , il faut multiplier la valeur RMS par 1,414 (racine carrée de 2).

Donc la valeur max. chez TMC de 1,2A donne environ 1,7A...

Je dis peut-être des conneries (ça m'arrive parfois ) et des spécialistes en électricité / électronique seraient bienvenus de confirmer / infirmer.

[Yamh]

Il y a 1 heure, fran6p a dit :

TMC utilise des valeurs de courant en RMS, les caractéristiques des moteurs sont plutôt données en "peak current" et pour passer de l'un à l'autre , il faut multiplier la valeur RMS par 1,414 (racine carrée de 2).

Donc la valeur max. chez TMC de 1,2A donne environ 1,7A...

Je dis peut-être des conneries (ça m'arrive parfois ) et des spécialistes en électricité / électronique seraient bienvenus de confirmer / infirmer.

Tu as juste c'est bien pour ça que j'ai noté RMS dans ma première phrase ^^
Mais je ne veux pas le faire fonctionner dans sa limite haute, j'aimerai essayer avec un moteur de courant nominal autour des 1A (on aurait donc ~0.7A RMS), avec alim 24V pour avoir de la marge comme sa tension nominale s'approchera des 12V..
Et ces moteurs là ont une inductance logiquement plus élevé.

Pour en revenir à la question d'origine :
Pourquoi la communauté RepRap préfère un moteur à faible inductance (-10mH) pour les imprimante 3D ??

Modifié (le) Novembre 4, 2018 par Tekila63

[Tfou57]

Bonjour,

J'ai des steppers A4988  avec des moteurs Nema 17 à 200 pas par tour (monté d'origine sur la I3 Méga V1)

Je me demande pourquoi les moteurs montés sont des 200 pas et pourquoi il ne monte pas des 400 pas /tour de ce genre car ils sont abordables

https://fr.aliexpress.com/item/NEMA17-0-9-Degree-42mm-Two-Phase-Hybrid-Stepper-Motor-1-33A-34mm-For-CNC/32819025431.html?isOrigTitle=true

 

Je pensais remplacer les 200 pas / tour par des 400 pas par tour afin d'avoir des déplacements plus précis et d'avoir moins de contraintes dimensionnels lors de la conception de la pièce en CAO

Avez-vous un retour d'expérience avec l'utilisation de Nema 400 pas / tour ?

Risque défauts du style ondulation sur les axes X et Y , les moteurs devant faire le double de pas pour le même déplacement ?

Avec des moteurs Nema 400 pas / tour doit-on faire évoluer la tension des A4988 ?  J'ai tendance à penser que non ! ...

Tous vos avis sur vos expériences me seront précieux.

Modifié (le) Novembre 4, 2018 par Tfou57

[Yamh]

@Tfou57

Les A4988 peuvent gérer que 200pas (1/16), donc si tu remplaces tes moteurs par des 400pas ça ne servira à rien.
Sinon en utilisant des drivers et moteurs 400pas, tu auras une résolution deux fois plus élevé, mais est-ce nécessaire ?
Dés que tu changes de moteur, il faut régler la tension des drivers qui représente la limitation de courant selon les caractéristiques du nouveau moteur, on la règle à la valeur efficace de l'intensité nominale inscrite sur le moteur., il y a un sujet bien plus complet sur ce domaine, je te conseil de le lire :

Modifié (le) Novembre 4, 2018 par Tekila63

[Tfou57]

@Tekila63, merci pour ta réponse

il y a une heure, Tekila63 a dit :

Les A4988 peuvent gérer que 200pas (1/16),

Où as-tu vu la limitation des A4988 à 200pas / tour moteur ?

1/16 ce n'est pas les micros pas que les A4988 peuvent créer artificiellement , mon idée était de ce passer de ces micro pas.

Je pense que le maintien en position entre 2 pas moteurs est plus important et stable que le maintien en position crée artificiellement par les micro pas du stepper A4988

Je me pose des questions sur la façon de configurer les micros pas sur la carte mère de ma I3 Méga équipée d'une Trigorilla 8 bits.

Sur la carte Trigorilla 8 bits , je pense qu'elle est configuré par défaut à 1/16 car je ne vois aucun cavalier de configuration des micro pas

Je pense pas que la sélection se fassent par le dessous du driver A4988

Savez-vous, comment sur la Trigorilla 8 bits, le nombre de micro pas souhaité est configuré ?

Modifié (le) Novembre 4, 2018 par Tfou57

[Yamh]

Je me suis gourré et en plus j'ai mal compris dsl.

Tu veux donc te mettre en mode "Full Step" avec 400 vrai pas.
Si tu n'as pas de cavalier tu peux enlever les broches MS1 MS2 MS3 sur les A4988 comme il faut qu'elles soient à l'état 0.

Modifié (le) Novembre 4, 2018 par Tekila63

[Tfou57]

@Tekila63 , merci pour tes réponses

il y a une heure, Tekila63 a dit :

Tu veux donc te mettre en mode "Full Step" avec 400 vrai pas.

Oui et Non ....

Oui : Le moteur 400 pas/ tour me donnerait une précision de positionnement  "mécanique + bobine du moteur" de 0,1mm ( hors micro pas)

Non: car avec le A4988 en 1/4 me permettrait un positionnent occasionnel de 0,0125mm (en 1/6 se serait du luxe avec un positionnent occasionnel de 0,00625mm)

 

Connais-tu un retour d'expérience (avantage et inconvénient ) d'une telle évolution ?

 

il y a une heure, Tekila63 a dit :

tu peux enlever les broches MS1 MS2 MS3 sur les A4988 comme il faut qu'elles soient à l'état 0

Au prochain démontage du ventre de la I3 Méga V1 , je regarderais la présence des 3 pins MS1,MS2 et MS3  pour vérifier la configuration d'origine en 1/16

La configuration des micros pas en pas complet est un peu destructive s'il on n'a pas un fer à souder assez fin.

La suppression des 2 pins pour être configuré en 1/4 impose quasiment d'avoir d'autres A4988 sous la main pour un soudeur à l'étain ayant un peu la tremblote comme je l'ai parfois.

Après recherche , je confirme ta réponse !

 

Avec les A4988  (1/16) ou des TMC2208 (1/256)

Y-a-t des inconvénients à configurer de façon systématique le nombre maximum de micro pas même si l'on aura jamais besoin d'une telle précisons de position en rotation du moteur pas à pas

Y-a-t des inconvénients à laisser le A4988 configuré en 1/16 si je ne les utiliserais jamais un tel nombre de micro pas avec un moteur 400 pas / tour ?

 

Si l'on utilise un autre Driver permettant des micros pas 1/256 par exemple , y-a-il des avantages à configurer le driver avec le nombre de micro pas minimum que l'on aura besoin ?

Modifié (le) Novembre 4, 2018 par Tfou57

[Yamh]

Le seul inconvénients que j'ai vu en haussant les micros-steps était une petite réduction de couple. Ça ne pose pas de problèmes pour une imprimante de taille normal avec une cinématique sans point dure.

J'ai des TMC 2208 et par rapport aux A4988, c'est pas mal du tout, l'interpolation en 1/256 apporte une meilleure finition. Par contre il doit falloir les mettre en mode spreadcycle sur l'extruder car il saute des pas lors des retracts. Du coup j'ai laissé un A4988 sur l'extruder.

Pour le reste, je laisserai répondre les autres je ne m'y connais pas assez en gestion de moteur ^^

[Tfou57]

il y a 10 minutes, Tekila63 a dit :

J'ai des TMC 2208 et par rapport aux A4988, c'est pas mal du tout, l'interpolation en 1/256 apporte une meilleure finition

Etat de surface ? ou finition en précision dimensionnelle par rapport à ton plan CAO et meilleur définition géométrique des trous de petite dimension ?

 

As-tu constaté des problèmes visibles ou mesurables du maintient en position en utilisant les micro pas 1/6 (conséquence de réduction de couple de maintient en position) ?

Modifié (le) Novembre 4, 2018 par Tfou57

[Yamh]

Sur l'état de surface des courbes, par contre  je ne sais pas pour le reste, je n'ai pas contrôlé la différence.

[Yamh]

Pour en revenir à la question d'origine :
Pourquoi la communauté RepRap préfère un moteur à faible inductance (-10mH) pour les imprimante 3D ??

Merci

[Yamh]

J'ai trouvé quelques infos dans le PDF d'un Driver de moteur pas à pas :

Un câblage séries ou parallèles image très bien la comparaison entre un moteur à forte inductance et un moteur à faible inductance.
Par contre j'aurai aimé trouver des calculs, des représentations graphique pour comprendre la chose..

Citation

Connexions séries :
Un raccordement en série est utilisé dans des applications nécessitant un couple élevé à faible vitesse.

Cette configuration procure l'inductance la plus élevée ce qui entraîne une dégradation des

performances à haute vitesse. En mode série, le moteur doit fonctionner à seulement 70% de son
courant nominal pour éviter la surchauffe.

 

Connexions parallèles :
Un raccordement en parallèle offre un couple plus stable mais plus faible à faible vitesse. En raison de

l'inductance plus faible, le couple sera plus élevé à haute vitesse. Lors de la sélection du courant de

sortie du driver, il faut multiplier le courant par phase (ou unipolaire) par 1,96 pour déterminer le

courant de pointe.

[Ikes_72000]

@Tekila63, j'ai trouvé ça pour aider dans le choix d'un moteur et effectuer différents calculs. https://reprapfirmware.org/ puis EMF Calculator.

Pour ma part, j'ai enfin arrêté mon choix de moteur, ce sera des steppersonline 45Nm 1,68A livrables depuis l'Allemagne.

Envoyé de mon ONEPLUS A6003 en utilisant Tapatalk

[Yamh]

Merci pour ton lien Ikes, Malheureusement il manque tout les calculs pour arriver et comprendre le résultat.
------------------------------------

 

Après avoir fait des recherches, c'est assez logique.....Merci Wikipedia --> https://fr.wikipedia.org/wiki/Bobine_(électricité)
Il manque encore la relation avec la fréquence d'utilisation.
Si ça intéresse quelqu'un je vous fait une synthèse :
 

Solution :

Nos imprimantes 3D utilisent des moteurs pas à pas Bipolaire, constitués de deux phases.
Deux bobines sont présentes sur chaque phase, on sait qu'une bobine possède une Inductance (L) ainsi qu'une Résistance (R).
Les bobines de nos moteurs sont pilotées en courant par nos drivers, hors on sait qu'une bobine ne délivre pas le courant instantanément, il va s’établir progressivement au travers de sa résistance, c'est pour cela qu'on parle de l'établissement du courant dans une bobine, de façon analogue à la charge d'un condensateur.

Établissement du courant dans une bobine en fonction du temps :


i  : Intensité(t) en A
E : Tension en V
r  : Résistance en Ohms
t  : Valeur en seconde déterminant la charge de la bobine à cet l'instant (t)
τ : L/R : Constante de temps en seconde (L : Inductance en Henry, R : Résistance en Ohms)

Grâce à ce calcul, on sait que la Constante de Temps noté τ est très importante (=rapport entre Inductance et Résistance d'une bobine).
Plus une bobine aura une faible Inductance pour une même Résistance, plus son courant s'établira rapidement.
Et forcément ça fonctionne dans l'autre sens -->
Plus une bobine aura une forte Résistance pour une même Inductance, plus son courant s'établira rapidement.

Si le courant n'a pas le temps de s'établir dans la bobine par rapport à la fréquence de changement de pas, le couple du Moteur PàP chutera drastiquement.
C'est pourquoi l'on doit choisir des Moteurs PàP qui peuvent délivrer le courant dans les temps impartis.

Bien heureusement la majorité des Nema17 disponible sur le marché sont en phase avec l'impression 3D.

Modifié (le) Novembre 11, 2018 par pascal_lb

[Ikes_72000]

@Tekila63, j'ai trouvé un petit doc sur le site de Duet3d qui explique comment choisir les moteurs pour une imprimante 3D.

https://duet3d.dozuki.com/Wiki/Choosing_and_connecting_stepper_motors

Si ça peu aider.

[Yamh]

Merci @Ikes_72000 pour le lien, j'irai voir si je peux y trouver de nouveaux détails.

Allez je suis lancé ! je vous donne la suite avec les caractéristiques de mes moteurs actuels  ----->
Si vous avez quelque chose à rectifier, n’hésitez pas Je ne suis pas ingénieur! Loin de là! J’essaie juste de comprendre et d’interpréter le fonctionnement des Moteurs PàP.
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Nous allons prendre un Nema17, un A4988 et une cinématique de CoreXY afin d'interpréter l'établissement du courant théorique dans les moteurs PàP.

Caractéristique du Nema17 :          
Tension : 4,2V /phase
Courant : 1,5A /phase
Résistance : 2,8 Ω /phase
Inductance : 4,8mH /phase

Configuration de l'A4988 :
- Micros-Pas 1/16
- Limite de courant à 1,5A

Configuration de l'imprimante CoreXY :
Steps per mm X,Y : 80
Vitesse d'impression : 100mm/s

 

On commence par calculer la Constante de Temps lié à l'Inductance et la Résistance d'une phase du moteur :

τ = L / R
τ = 0,0048 / 2,8
τ = 0,00171s = 1,71ms

Une Constante de Temps se représente par une courbe de type exponentielle, c'est l'abscisse du point d'ordonnée 63% pour une charge.
On peut donc facilement compléter la courbe type ci dessous, qui nous informe que notre phase du moteur établira son courant maximal à partir de 5τ (99,3%),
soit 5 x 1,71 = 8,55ms.

Ensuite nous allons calculer la durée d'un seul pas à la vitesse de 100mm/s :

D'après la configuration Marlin "Steps per mm X,Y : 80" de l'imprimante (Driver en 1/16) : Le moteur doit effectuer une rotation de 80micro-pas afin que l'axe X (ou Y) se déplace de 1mm.
Il faut donc une rotation de 80pas/s pour obtenir une vitesse de 1mm/s.

Grâce à ces données, On va pouvoir calculer à quelle fréquence intervient le changement de pas à 100mm/s.
--> 80 x 100 = 8000pas/s
Il faut donc une rotation de 8000pas/s pour obtenir une vitesse de 100mm/s.
On en déduit que le driver doit piloter le moteur à une fréquence de 8000Hz.

La période se définie par T = 1 / F     (T en secondes, F en Hz)
T = 1 / 8000
T = 0,000125s = 0,125ms
La période d'établissement d'un pas est limité à une durée de 0,125ms.

Voici la courbe de courant délivrée par le stepper afin d'illustrer la durée d'un pas à une vitesse de 100mm/s.
Visuellement, on discerne bien la configuration du Driver en 1/16 du fait que le signal soit divisé en 16 paliers sur une même pente positive.
La représentation d'un de ces paliers équivaut au déplacement d'un pas du moteur, la bobine doit donc établir au plus vite le courant désiré pour chaque palier.
On peut voir que le courant maximal est demandé au bout de 16 pas, soit : 16 x 0,125 = 2ms

 

On sait qu'à une vitesse de 100mm/s, le Driver A4988 demande à la phase du moteur de se charger de 0% à 100% de son courant en 2ms par le biais d'un générateur de courant à paliers progressifs.

Il faut intégrer la notion d'impédance à la bobine comme on travaille à 8Khz, c'est le point clé de cette interprétation.
Plus l'inductance est grande, plus la résistance augmentera vite en fonction de la fréquence. Et qui dit plus de résistance dit moins de courant pour une tension donnée.
Z = Lω                   ( L : Inductance en Henry) ( ω : 2πF)
Z = L x 2 x π x F   ( F : Fréquence en Hz)
Z = 0,0048 x 2 x π x 8000
Z = 241,27 Ω

Prise en compte de la Résistance initiale 2,8Ω de la bobine dans l'Impédance à 8Khz :
Z totale = √( R² + ( L x 2 x π x F )² )
Z totale = √( 2,8² + ( 0,0048 x 2 x π x 8000 )² )
Z totale = 241,29 Ω

La résistance initiale de 2,8 Ω devient donc négligeable lorsque l'on monte en fréquence.

Etc...

Etc...

J'ai encore du boulot!!

Si vous pouvez m'éclairer n'hésitez pas ! Je continue les investigations de mon coté ^^

[Yamh]

Il peut être utile d'alimenter les Drivers en 24V, on entend souvent dire "Mes moteurs font moins de bruit en passant d'une alimentation 12V à 24V".
C'est tout à fait normal : Pour palier l'Impédance à 8Khz et créer un maximum de courant, le Driver a tendance à sur-alimenter en tension.
------> I = U / Z
Un driver alimenté en 24V pourra donc générer plus de courant, le moteur fera moins de bruit et forcera moins comme il va développer plus de couple.

La constante de temps évolue en fonction de l'impédance.

 

Ce que l'on peut retenir :
- Choisir un moteur avec l'Inductance la plus faible possible, pour que l'Impédance créée soit la plus faible possible à haute vitesse.
- Ne pas hésiter à alimenter les Steppers en 24V pour développer plus de couple à haute vitesse.

Modifié (le) Novembre 10, 2018 par Tekila63

[Yo']

Salut @Tekila63,

 

Je compte passer ma carte GT2560 en 24V.

La question que je me pose est : est ce que je dois régler de nouveau mes drivers ?

 

En tout cas, merci pour toutes ces infos !

 

[Yamh]

Il y a 4 heures, Yo' a dit :

Salut @Tekila63,

 

Je compte passer ma carte GT2560 en 24V.

La question que je me pose est : est ce que je dois régler de nouveau mes drivers ?

 

En tout cas, merci pour toutes ces infos !

 

Sur un A4988, le réglage du Vref est créé grâce à un Potentiomètre (pont diviseur) à partir de la tension Logique (5v).

Vu qu'il est créé à partir de la tension de logique 5V et non de l'alimentation 8-35v, tu n'as donc pas besoin de le toucher, par sécurité il vaut mieux contrôler que la tension est restée la même.

En effet il y a plusieurs PCB différents pour le A4988, il ne faudrait pas qu'il l'ai câblé avec l'alimentation 8-35V, si c'est le cas, il suffit de régler Vref sur la tension reglée auparavant.

Modifié (le) Novembre 10, 2018 par Tekila63

[Yo']

J'ai des TMC2208 (pour X et Y) et A4988 (pour E et Z).

 

ici, j'ai posté les plans de la GT2560

A priori le 5V est créé à partir d'un pont diviseur à la sortie d'un composant nommé MP2303 (en haut, au centre,  de la page 1) mais comme j'y connais pas grand chose ton aide m'est précieuse.

 

Modifié (le) Novembre 10, 2018 par Yo'

[Yamh]

il y a 36 minutes, Yo' a dit :

J'ai des TMC2208 (pour X et Y) et A4988 (pour E et Z).

 

ici, j'ai posté les plans de la GT2560

A priori le 5V est créé à partir d'un pont diviseur à la sortie d'un composant nommé MP2303 (en haut, au centre,  de la page 1) mais comme j'y connais pas grand chose ton aide m'est précieuse.

 

Je ne trouve pas le PCB des TMC2208 si Vref est généré à partir du 5v ou de l'alimentation, mais la logique est la même. Le calcul de la limitation du courant reste le même qu'avec une alim 12V, il suffit de vérifier et réajuster Vref si nécessaire.

 

En espérant avoir pu t'aider

Modifié (le) Novembre 10, 2018 par Tekila63