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Produktübersicht

• Wicklungswiderstand, Wicklungsinduktivität

Wicklungsinduktivität und Wicklungswiderstand des Stators des Schrittmotors bestimmen die elektrische

Motorzeitkonstante T

= L / R, die für die Auslegung des Stromreglers maßgeblich ist.

Bestimmung des Schrittmotors

1. Bestimmung der erforderlichen Positioniergenauigkeit und - dadurch bedingt - der Schrittauflösung.

Zunächst muss geklärt werden, wie die Auflösung erreicht werden kann. Mechanische

Untersetzungen, wie Spindel, Getriebe oder Zahnstangen führen zu einer Erhöhung. Zu

berücksichtigen ist auch das 64-fache Microstepping der Schrittmotorklemmen.

2. Bestimmung der Massen m und der Trägheitsmomente (J) aller zu bewegenden Teile.

3. Berechnung der Beschleunigung, die sich durch die zeitlichen Anforderungen der bewegten Massen

ergibt.

4. Berechnung der auftretenden Kräfte aus Massen, Trägheitsmomenten und den jeweiligen

Beschleunigungen.

5. Umrechnung der Kräfte und Geschwindigkeiten auf die Motorachse, unter besonderer

Berücksichtigung der Wirkungsgrade, Reibungsmomente und der mechanischen Größen, wie der

Übersetzung. Praktischerweise berechnet man den Antrieb vom letzten Glied (das ist in der Regel die

Last) aus rückwärts. Jedes weitere Element überträgt Kraft und Geschwindigkeit und führt durch

Reibung zu weiteren Kräften oder Drehmomenten. An der Motorwelle ergibt sich während der

Positionierung die Summe aller Kräfte und Drehmomente. Das Ergebnis ist ein Geschwindigkeits-/

Drehmomentverlauf, den der Motor zu erbringen hat.

6. Aus der Drehmomentkennlinie ist der Motor zu ermitteln, der die Mindestanforderungen erfüllt. Das

Trägheitsmoment des ermittelten Motors ist zum gesamten Antrieb zu addieren. Eine erneute

Überprüfung wird notwendig. Das Drehmoment sollte, um eine ausreichende Praxissicherheit zu

gewährleisten, 20% bis 30% überdimensioniert sein. Gegenteilig kann die Optimierung verlaufen,

wenn der größte Teil der Beschleunigung für das Rotorträgheitsmoment aufgebracht werden muss. In

diesem Fall sollte der Motor möglichst klein ausgelegt werden.

7. Test des Motors unter realen Anwendungsbedingungen: Die Gehäusetemperaturen sind im

Dauerbetrieb zu überwachen. Werden die Berechnungen nicht von den Testergebnissen bestätigt,

müssen die angenommenen Ausgangsgrößen und die Randbedingungen auf ihre Richtigkeit überprüft

werden. Wichtig ist auch die Überprüfung von Randeffekten, wie Resonanzerscheinungen, Spiel in

der Mechanik, Einstellungen der maximalen Lauffrequenz und der Rampensteilheit.

8. Der Antrieb kann zur Erhöhung der Leistung durch unterschiedliche Maßnahmen optimiert werden:

Auswahl leichterer Materialien, Hohlkörper, statt volles Material, und Reduzierung der mechanischen

Massen. Großen Einfluss auf das Verhalten des Antriebs übt auch die Ansteuerung aus. Die

Busklemme ermöglicht den Betrieb mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen. Die

Drehmomentkennlinie kann durch höhere Spannung verlängert werden. Dabei liefert ein

Stromanhebungsfaktor im entscheidenden Augenblick das erhöhte Drehmoment, während eine

allgemeine Absenkung des Stroms die Temperatur des Motors deutlich reduziert. In Sonderfällen

kann auch eine speziell angepasste Motorwicklung sinnvoll sein.

2.3.2 Standard Betrieb

Ursprünglich wurden Schrittmotoren mit sehr einfachen Endstufen betrieben, die lediglich dazu in der Lage

waren die Spannungen der Motorphasen separat zu schalten (heutzutage ist die Stromregelung über eine

PWM mit Pulsbreitenmodulation Standard). Zunächst wurden die Motorphasen dabei der Reihe nach einzeln

angesteuert. Eine Schaltsequenz in positiver Drehrichtung entspricht der Schaltreihenfolge (+A, +B, -A, -B).

Durch das sequentielle Schalten ergibt sich mit diesem Betrieb ein sehr unrunder Lauf. Um die Laufruhe zu

verbessern, wurde später das so genannte Microstepping eingeführt, wobei die vier Spannungssollwerte

durch Zwischenwerte (z.B. aus einer hinterlegten Sinustabelle) erweitert werden. Heute wird häufig ein

Microstepping von 64 Schritten verwendet.

EL70x722 Version 1.0

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