Post on 12-Dec-2015
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Escolha da fonte
Essa talvez seja uma das discussões mais controversas que você poderá encontrar na
internet.
Muita gente fala que se deve utilizar uma fonte de 36Volts com 10 a 12 amperes. E por
incrível que pareça isso acaba virando uma regra quando se fala na utilização dos drives
da Big Easy com motores Nema 23.
Até o momento nada me convenceu de que isso é uma verdade.
Dito isso, vamos a algumas considerações iniciais:
1. Motores em geral são verdadeiros “tanque de guerra”. Eles suportam uma tensão e
corrente nominal muito acima da especificação e se forem submetidos a este cenário vão
girar até que as bobinas esquentem a ponto de fundir e fechar curto.
2. Para os cálculos usaremos o Nema 23. Nos links deixarei o DataSheet do motor.
3. Toda a explicação está baseada na Lei de Ohm.
4. Os cálculos foram baseados nos Drives construídos a partir do chip Allegro A4988,
como por exemplo o Big Easy Driver da SparkFun. No site do fabricante podemos
encontrar que a corrente máxima é de 1,4A, mas no DataSheet veremos que o
máximo é de 2A. Para efeito de calculo iremos utilizar a corrente máxima. Este
mesmo drive suporta uma tensão máxima de 35V. Nos links deixarei o manual do
Drive.
Utilizaremos o motor Nema 23 como um motor Bipolar, com 4 fases.
Passo 1: Calcular a potência máxima necessária para o Drive funcionar na máximo nominal
Neste sistema, o cenário mais pessimista é quanto todas as bobinas do motor estão
ligadas simultaneamente. Desta forma o cálculo considera que as 4 bobinas estão
sendo energizadas no máximo de potência ao mesmo tempo. Assim:
Corrente máxima necessária para o sistema:
sImax (corrente máxima do sistema) = 4 fases x dImax;
sImax = 4 x 2A;
sImax = 8A;
Tensão máxima por fase do motor:
Lembrando a lei de Ohm: V = R x I;
mVin (Tensão máxima no motor) = mIphase x mImax;
mVin = 1,5 Ohms x 2A;
mVin = 3V;
Potência máxima do sistema:
Lembrando: P = I x V;
sPmax (Potência máxima do sistema) = sImax x mVin;
sPmax = 8A x 3V = 24 watts
OU
sPmax = mPmax x 4 fases;
mPmax (Potência máxima do motor) = mImax x mVin;
mPmax = 2A x 3V = 6 watts;
sPmax = 6 watts x 4 fases = 24 watts;
Potência máxima para o driver funcionar no máximo nominal é de 24 watts.
Passo 2: Calcular a corrente máxima na fonte para o sistema funcionar no máximo nominal
A tensão de referencia da fonte do sistema será 12 volts. Uma tensão muito comum
em fontes ATX de computador.
Lembrando: P = I x V;
pFontePM (potência na fonte por motor) = fImax (corrente máxima na fonte) x fVmax (tensão máxima da fonte);
Fazendo pFontePM=sPmax;
24watts = fImax x 12V;
fImax = 24 watts / 12V = 2A;
A corrente máxima na fonte para o sistema funcionar no máximo funcional é de 2A;
Passo 3: Calcular a corrente total na fonte para o sistema funcionar
Dado que o Prime Maker – CNC Router funciona com 3 eixos, serão 3 motores Nema
23;
A corrente total na fonte é = 3 motores x fImax = 3 motores x 2A = 6A
Conclusão
Desenvolvido os cálculos considerando uma fonte com tesão de 12Volts e os valores
máximo de corrente e tensão dos componentes, é possível afirmar que uma fonte de
12Volts com 6Amperes, ou seja, uma fonte ATX de computador, é o suficiente para dar
conta do recado.
É importante lembrar que além dos motores de passo, talvez sejam necessários outros
componentes, como por exemplo o Cooler. Caso isso seja verdade é importante incluir
esses componentes no cálculo. Outro fator importante é verificar a especificação da
corrente em 12Volts da Fonte, normalmente as fontes de computadores não fornecem
o valor especificado, por isso é importante selecionar uma fonte com corrente de
sobra.
As fontes de computador normalmente tem um dispositivo de segurança, que à faz
desligar se ultrapassar a corrente nominal da fonte. Por isso você pode usar o sistema
no máximo de potência sem nenhum problema. Caso a fonte detecte alguma anomalia
ela desligará automaticamente. Para voltar a funcionar, basta desligar da tomada,
aguardar alguns segundos e religar novamente. Caso isso aconteça reavalie o sistema
e considere substituir a fonte por uma que forneça maior corrente.
O melhor disso tudo é que conseguimos encontrar essas fontes (ATX) usadas no
Mercado Livre por algo em torno de R$10,00.