Voeding 3D printer 24V

Moderator: Moderators

Plaats reactie
Tolp2
Donateur
Berichten: 139
Lid geworden op: 28 nov 2015 10:06
Locatie: Rotterdam
Contacteer:

Voeding 3D printer 24V

Bericht door Tolp2 » 09 jun 2018 11:09

Er zijn zoveel dicsussies over gereguleerd vs. lineaire voedingen dat ik door de bomen het bos niet meer zie. Voor mijn nieuwe 3D-printer ben ik bezig om te kijken hoe ik deze het beste van stroom kan voorzien, hierbij zit ik te denken aan een lineaire voeding met een ringkerntrafo en een bak elco's.

Achtergrond bij mijn vragen is mijn huidige printer (Anet A8):
  • Standaard wordt deze geleverd met een schakelend voeding met een vermogen van 200 Watt, 12 Volt. Het heatbed heeft een vermogen van 120 W en het hot-end een geschat vermogen van 50 Watt. Dit betekent dat er slechts 30 Watt overblijft voor de stappenmotoren en de electronica (circa 2,5 Ampere). Dit klinkt niet als een grote hoeveelheid, aangezien de 5 stappenmotoren vermoedelijk met 1 Ampere per stuk gevoed. Het resultaat was dan ook dat na een paar maanden van printen er vreemde geluiden uit de voeding kwamen en dat deze is vervangen. Bij het slopen van de voeding bleek dat de vervanging net op tijd was; er waren delen gesmolten;
  • De vervanging van de defecte voeding was een standaard PSU uit een PC, waarbij gekozen is voor een BeQuiet 500 Watt. De reden dat ik voor deze voeding heb gekozen is:
    • rendement erg hoog (>90%)
    • nagenoeg al het vermogen (480 Watt gezamenlijk) kan uit de 12V lijn worden getrokken
    • het vermogen uit een enkele 12 V lijn is 240 Watt, respectievelijk 336 Watt
  • Ondanks dat het plan was om de heatbed los te koppelen van de besturing en de stappenmotoren en op een aparte 12V lijn te plaatsen is dit nog niet gebeurd en draait de voeding eigenlijk de printer op zijn sloffen.
Voor mijn nieuwe Delta wil ik meer snelheid uit de motoren trekken, dus is de keuze gevallen om de printer te voeden met 24 Volt of zelfs 30 Volt. Laten we voor het gemak van de discussie uitgaan van 24 Volt. De hardware die gevoed moet worden is:
  • beweging: 3 stappenmotoren @ 2 Ampere (1,4 Ohm, dus max 2,8 Volt)
  • extruders: 3 stappenmotoren @ 1 Ampere (dezelde steppers, dus nog steeds max 2,8 Volt)
  • heated bed: 120 W, 5 Amp @ 24 Volt
  • hotend: 50 W, 2 Amp @ 24 Volt
  • electronica (wilde gok): 1 Amp
Als ik dit allemaal bij elkaar op tel dan kom ik uit op 20.6 Ampere, dus voor een geschakelde voeding kom ik dan uit op een 500 Watt voeding. In dat geval zou ik kunnen kiezen voor een MeanWell voeding (kosten €100,--) of een Chinese voeding van eBay (kosten €75,00). In dat geval denk dat mijn voorkeur uit gaat naar de MeanWell, aangezien ik iets meer van de kwaliteit verwacht. Nadeel is wel dat deze zodanig breed zijn (200 mm) dat deze niet past in het ontwerp, of gekanteld gemonteerd moet worden :mrgreen: . Opgemerkt moet worden dat het amperage is berekend op basis van een piek (domweg alles optellen, stappenmotoren maal 1,4, omdat deze twee spoelen hebben).

Hierbij is natuurlijk een punt dat de stappen motors in bovenstaande redenatie ieder 67.2 Watt gebruiken (2 Amp * 1,4 @ 24 Volt). In werkelijkheid worden ze gevoed door middel van een chopper. Als je naar de rating van de motoren kijkt, dan volgt daaruit dat het vermogen veel lager moet liggen, orde grootte 16 Watt (I^2 x weerstand x 1,4 ), dus daar lijkt een behoorlijke grote mate van veiligheid in te zitten. Die pieken die in het gevraagde amperage zitten, zouden kunnen worden geleverd door middel van de condensator-bank die bij een lineaire voeding zit. Theoretisch zou namelijk anders de voeding steeds zwaarder worden (gerekend in VA) als het voltage toeneemt...

Dit in ogenschouw nemen, dan zou in dit geval het opgenomen vermogen 3 * 32 Watt + 3 * 16 Watt + 200 Watt = 344 Watt komen, waarbij een veiligheid op het opgenomen vermogen van de stappenmotoren is genomen van een factor 2. Dan zou ik in dit geval een tweedehands ringkerntrafo van 500VA (2 x 20 Volt) gebruiken en zeer veel ruimte overhouden in het vermogen.

Mijn vrgen:
  • kloppen mijn redenaties en berekeningen
  • wat zou beter zijn, lineair of geschakeld?
Bonusvraag is dan (om te besparen op de kosten voor de condensator-bank): zou je het heatbed en de hotend ook kunnen sturen met 24 Volt wisselstroom (dus niet gelijkgericht) of wel gelijkgericht, maar niet gestabiliseerd?
Assumptions are the mother of all $%^& ups.
Twee keer meten is zeker weten, als je weet wat je meet...

diepchess
Berichten: 1085
Lid geworden op: 02 jul 2013 11:02
Locatie: Veenendaal
Contacteer:

Re: Voeding 3D printer 24V

Bericht door diepchess » 09 jun 2018 16:00

3 extruders op 1 hotend is vrij ambitieus op een delta. Je wilt liever geen wisselstroom voor die heater van het hotend.
Want dan zou je 'm zelf moeten bouwen via een relais dat op gelijkstroom vanaf de electronica wordt aangestuurd en dan een seintje geeft aan wisselstroom.
Die bestaan vast wel - maar ik heb nooit uitgezocht welke je dan nodig hebt.
De standaard heatertjes om het plastic te smelten werken op gelijkstroom en vreten erg weinig watts. Ben daar nooit in de problemen mee gekomen.

Je kunt beter eerst anders redeneren en beginnen met het lastigste: met welk electronicabordje ga je het aansturen?

Vanuit daar kies je dan de motortjes.

Om snel te bewegen heb je niet zoveel nodig op een delta. Meeste zelfbouwkits leveren gewoon enorme hoofdletter K motortjesbijdie kits die hooguit 2 kg/cm leveren (om het zouit te drukken) - terwijl de standaard 609's al 4KG/cm zijn.

Ik heb hier ook fiks wat motortjes van 65ncm, 70ncm en nog meer en echt vreselijk veel sneller accelereren die niet.
De Kysan motortjes die iets sterker zijn, die zijn relatief licht t.o.v. wat ze leveren (wat bij delta geen issue is).

Goedkopere bordjes kunnen maar 7A leveren voor de motoren en nozzles bij elkaar en hebben enkel voor heatbed meer amps beschikbaar.

Motortjes van maar om het zo uit te drukken 4KG/cm op 2A is in dat opzicht behoorlijke onzin. Ik vond die 4KG/cm motortjes die op 2A werken maar 10x niks eerlijk gezegd - zijn wel spotgoedkoop als je ze massaal inslaat vanuit China (per container). Volgens mij enige reden dat ze zo populair zijn.

de standaard stepstickjes wil je liever geen 2A laten leveren.

Als je het aantal amperes goed beperkt dat de motortjes vreten - dan doet de voltageverhoging al meer dan zat voor je.
Het is kwestie van even goed zoeken naar nema17 motortjes.

Handiger is motortjes die minder amperes vreten en daar dan 24 volt opzetten.

Zo'n delta is al stukken sneller in veel opzichten dan je a-net. Alles gaat toch om een stijve constructie en heel goedgebouwde nauwkeurige delta constructie.
Die goedkope voedinkjes zijn meer dan zat. Maar ook de betere, juist de beste, die werken het meest efficient als je 50% load op de voeding zet.
Dus als je verwacht 20A te trekken op 24 volt wat 480 watt is, dan heb je eigenlijk een 30-40A voeding nodig.

De standaard 24 volts voedinkjes die ik hier heb zijn 720 volt en waren niet zo duur. Iets van 30 dollar per stuk en kwamen vlotjes aan per post (10 daagjes vanuit China).

Een goedkoop voedinkje is meer dan zat daar voor zo'n 3d printertje.
Dan pak je een 2e voeding, of 230V waarop het heatbed komt te staan met een relais.

Belangrijkste vraag is: waarom moeilijk duur doen als het goedkoop kan?
Een deltaframe wat qua materiaal 40 euro kost is geen electronica van 500 euro waard.

Goedkope voeding met relais voor het heatbed en je hebt geen enkel teruglopend voltageprobleem meer. het heatbed is continue de boosdoener, vooral als we het over iets groter buildplatform hebben.

edit: probeer het op andere manieren op te lossen. Ik zie veel gasten zich overal druk over maken - maar dan pakken ze ineens op een delta een pulley met 30 tandjes. Terwijl ik het hier doe met factoren minder tandjes - dus precies 't zelfde motortje hier levert dan relatief gezien een 2.5x betere prestatie op de GT2.

hfjbuis
Berichten: 220
Lid geworden op: 13 feb 2017 00:26
Locatie: Hoensbroek

Re: Voeding 3D printer 24V

Bericht door hfjbuis » 13 jun 2018 00:24

Tolp2 schreef:
09 jun 2018 11:09
Er zijn zoveel dicsussies over gereguleerd vs. lineaire voedingen dat ik door de bomen het bos niet meer zie. Voor mijn nieuwe 3D-printer ben ik bezig om te kijken hoe ik deze het beste van stroom kan voorzien, hierbij zit ik te denken aan een lineaire voeding met een ringkerntrafo en een bak elco's.
Zo zou je dat 20 jaar geleden gedaan hebben bij gebrek aan beter. Nu is dat iets voor puristen met een gevulde beurs. Denk er aan, zo'n ding wordt heet en ook een bak elco's zal niet veel van de pieken dimmen. Die zorgen er eerder voor zorgen dat de ringkernen het vermogen op maar een klein deel van de wisselspanningscurve kunnen leveren en dan te heet worden! Niet doen!

Voor het minimale vermogen van de voeding, moet je minimaal rekening houden met het opgenomen vermogen van de steppers, dat is stroom x spanning x 2 (per stepper). Uiteraard ook met de heaters!
Voor de minimale stroom van de voeding, kun (niet moet) je rekening houden met de maximale stroom per spoel voor alle steppers opgeteld. Nu zul je zeker niet op full step draaien en heb je niet zo'n dure drivers die de maximale stroom ook bij een hoog toerental door de stepper kunnen jagen en dat bij alle steppers gelijktijdig. Dus zal die maximale stroom alleen bij een laag toerental gehaald worden. Dan werken de drivers (ten zij je gecko's hebt) als stepdown converter en mag je weer rekenen met het vermogen van de steppers.
Samengevat, het is grotendeels een "educated guess", maar kies eerst de gewenste spanning (afhankelijk van gebruikte drivers en maximaal gewenste herrie) en vervolgens 2 keer het totale vermogen van de steppers en 1.5 keer die van de verwarming. Dan zul je er niet veel naast zitten. Maar misschien ken je iemand met ook zo'n opstelling, even vragen wat hij/zij gebruikt kan geen kwaad.

Gebruikersavatar
DaBit
Donateur
Berichten: 7826
Lid geworden op: 05 dec 2012 13:48
Locatie: Oss

Re: Voeding 3D printer 24V

Bericht door DaBit » 13 jun 2018 10:04

Zo'n lineaire voeding is veel beter in het opnemen van terugkomende energie van de motoren dan een geschakelde, puur omdat er zoveel meer aan condensator aan hangt. Voor een frees met relatief zware bewegende delen is dat belangrijk, voor een 3D printer met hele lichte bewegende delen niet echt. Zeker niet als er ook nog een paar verwarmingselementen energie aan het slurpen zijn. In een 3D printer is een geschakelde voeding dus beter bruikbaar dan in een freesmachine.

Dan de vermogensconsumptie van stappenmotoren. Je hebt gelijk met je 'chopper'; die zorgt ervoor dat de van de voeding opgenomen stroom een stuk lager uitvalt.
Als zo'n ding stilstaat is de spoelspanning 2,8V, de stroom 2A = 6W. Energie verdwijnt niet zomaar, dus die 6W is ook wat er uit je 24V voeding komt, wat neerkomt op grofweg 0,3 Ampere. Tikje meer misschien, de conversie is niet 100% efficient.

Gaat de motor bewegen dan komt daar nog de afgegeven mechanische energie bij en wat verlies in de conversie elektrisch->mechanisch. Wederom komt energie niet zomaar uit de lucht gevallen en verdwijnt het ook niet zomaar. Dat mechanisch vermogen kun je uitrekenen; je weet welke massas je in welk tempo versnelt. Al met al is dat ook slechts een tiental Watts voor de XY asmotoren en voor de rest veel minder. Gaan we duimzuigen dan is 0,75 Ampere op 24V voor een NEMA17 motor al aardig royaal ingeschat.

Mijn draaibank draait in z'n geheel van een 50W voedingkje en die vreet uit z'n neus. Om maar even aan te geven dat de vermogensconsumptie van een paar steppertjes vaak zwaar overdreven word.

Kwa heatbed en AC: zou je het vermogen van je bedheater niet een tikje groter pakken? Delta's hebben meestal een best oppervlak. Ik heb een 600W verwarmingmatje voor een 300x300mm plaat en dat vind ik niks te gek eigenlijk. Had van mij nog best een beetje meer mogen zijn. Die heater word met een solidstate relais direct vanuit de 230VAC gevoed. Veel efficienter dan een hoop vermogen eerst met verlies naar DC converteren en dan het gedoe van >10Amp stromen bekabelen.

Plaats reactie