Was ist der allgemeine Schrittwinkel eines Schrittmotors?

 Der Schrittwinkel eines Schrittmotors bezieht sich auf den Winkel, den der Motor bei jedem Bewegungsschritt dreht, normalerweise ausgedrückt in Grad. Dieser Winkel wird durch die Konstruktion und Herstellung des Motors bestimmt und verschiedene Schrittmotoren haben unterschiedliche Schrittwinkel. Zu den üblichen Schrittwinkeln gehören 1,8 Grad, 0,9 Grad, 0,45 Grad, 0,36 Grad usw., wobei 1,8 Grad am häufigsten vorkommt.

 

Der Schrittwinkel hängt mit der Auflösung und Genauigkeit des Motors zusammen. Je kleiner der Schrittwinkel, desto höher die Auflösung und Genauigkeit, aber auch die Schwierigkeit und die Kosten der Steuerung. Bei der Auswahl eines Schrittmotors ist es daher notwendig, die spezifischen Anforderungen der Anwendung zu berücksichtigen.

 

Der Schrittwinkel eines Schrittmotors hat einen wichtigen Einfluss auf die Leistung des Motors, was sich vor allem in folgenden Aspekten widerspiegelt:

 

1.Auflösung：Die Auflösung eines Schrittmotors hängt von der Schrittwinkelgröße ab. Je kleiner der Schrittwinkel ist, desto höher ist die Genauigkeit und Auflösung des Motors. Ein 0,9-Grad-Motor hat beispielsweise eine doppelt so hohe Auflösung wie ein 1,8-Grad-Motor.

 

2.Geschwindigkeit：Die Geschwindigkeit eines Schrittmotors hängt auch mit dem Schrittwinkel zusammen. Je kleiner der Schrittwinkel ist, desto höher ist die maximale Geschwindigkeit des Motors bei gleicher Spannung und Antriebsart.

 

3.Dynamische Reaktion：Die dynamische Reaktionsfähigkeit eines Schrittmotors wird auch durch den Schrittwinkel beeinflusst. Je kleiner der Schrittwinkel ist, desto schneller reagiert der Motor auf das Steuersignal und desto besser sind die dynamischen Eigenschaften.

 

In der Anfangszeit waren die meisten der verwendeten 0,9°-Schrittwinkelmotoren Nema 23-Schrittmotoren oder Single-Stack-Nema 34-Rahmenmotoren, die eine geringere Stromstärke hatten. Der geringere Strom führt zu einem weniger gesättigten Stahlblech, was in einigen praktischen Anwendungen zu Erfolgen geführt hat.

 

Bei der Auswahl des Schrittwinkels des Schrittmotors erfordern unterschiedliche Anwendungsszenarien unterschiedliche Schrittwinkel, und der geeignete Schrittwinkel sollte entsprechend den tatsächlichen Anwendungsanforderungen ausgewählt werden. Darüber hinaus kann der Schrittwinkel des Schrittmotors auch durch Ändern des Betriebsmodus des Motortreibers geändert werden, um den Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien gerecht zu werden. 

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Wie wähle ich die richtige Stromversorgung für den Schrittmotortreiber aus?

 Wir geben Ihnen folgenden Rat: Wählen Sie den Wert der Versorgungsspannung 10–50 % höher als die maximal erforderliche Spannung. Dieser Prozentsatz ist auf Kt, Ke zurückzuführen und der Spannungsabfall innerhalb des Systems variiert. Der Stromwert des Treibers sollte ausreichen, um die für die Anwendung erforderliche Energie zu liefern. Denken Sie daran, dass sich die Ausgangsspannung des Treibers von der Versorgungsspannung unterscheidet, sodass sich der Ausgangsstrom des Schrittmotortreibers auch vom Eingangsstrom unterscheidet. Um den richtigen Versorgungsstrom zu bestimmen, müssen alle Stromanforderungen für diese Anwendung plus weitere 5 % berechnet werden. Berechnen Sie nach der I=P/V-Formel, um den erforderlichen Stromwert zu erhalten.

 

Basierend auf dem Prinzip des Schrittmotors ist die Stromversorgung ausreichend und besser. In praktischen Anwendungen fordern Anwender aufgrund der Produktionskosten häufig, dass die Leistung so gering wie möglich ist. Wenn die Leistung zu niedrig ist, kann es erstens leicht dazu kommen, dass das Ausgangsdrehmoment des Motors unzureichend ist oder sogar ein Schritt verloren geht, und zweitens kann es leicht zu einer Beschädigung des Schrittantriebs oder sogar des Schaltnetzteils kommen. Spezifische Leistungsauswahl und Systemanforderungen des Benutzers sowie Systemkonfiguration. Wir empfehlen Benutzern, bei der Auswahl des Netzteils ein Netzteil mit stabiler Stromversorgung zu wählen. Die Leistung der Schrittmotorsteuerung und des Schrittmotors wird viel geringer sein und kann maximiert werden.

 

Die Schaltstromversorgung ist ein äußerst wichtiger Bestandteil des Schrittsystems. Wenn Benutzer einen Schrittantrieb und einen Schrittmotor verwenden, ist eine Stromquelle erforderlich.

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Wie Sie eine Gleichstromversorgung für Ihren Schrittmotor auswählen？

 Wenn Sie ein Gleichstromnetzteil für Ihren Schrittmotor auswählen, sollten Sie drei Dinge beachten: die Spannung, den Strom und den Netzteiltyp. Der komplizierteste Faktor dieser drei Faktoren ist normalerweise Spannung und Strom, daher werden wir uns zuerst mit diesen befassen.

 

Schritt 1: Addieren Sie die Spannung für die Versorgung Ihrer Schrittmotoren

Um die beste Stromversorgung für Ihren Schrittmotor auszuwählen, müssen Sie die Spannung der Motoren addieren. Wie die meisten Motoren haben Schrittmotoren eine Nennspannung und einen Nennstrom. Diese Zahlen geben Ihnen den maximalen Strom an, den Sie erwarten können, wenn Sie den Motor an eine bestimmte Spannung anschließen.

 

Nehmen Sie beispielsweise ein typisches Modell mit einer Nennspannung von 2,8 Volt und einem Strom von 1,68 Ampere. Das heißt, wenn Sie den Schrittmotor an eine Spannung von 2,8 Volt anschließen, verbraucht er ungefähr 1,68 Ampere.

 

Wenn er mit mehr als 2,8 betrieben wird, verbraucht er mehr Strom als maximal und führt – in den meisten Fällen – zu einer übermäßigen Erwärmung des Motors. Aus diesem Grund schließen die meisten Menschen einen Schrittmotor nicht sofort an eine Stromquelle an. Stattdessen verwenden sie einen Schrittmotortreiber, um den Strom zu regulieren.

 

Ein Schrittmotortreiber stellt sicher, dass der Motor nicht versucht, mehr Strom zu ziehen. Dies schützt ihn vor Überhitzung, ohne die Effizienz des Motors zu beeinträchtigen.

 

Bestimmen Sie also zunächst die Anzahl der Schrittmotoren in Ihrem System. Vergewissern Sie sich, dass sie alle die gleichen Spannungsanforderungen haben. Als Nächstes addieren Sie ihre Stromnennwerte.

 

Angenommen, Sie haben vier Schrittmotoren. Jeder Motor benötigt ½ Ampere (oder 0,5 Ampere) Strom.

 

Alles in allem beträgt Ihr maximal benötigter Strom 2 Ampere.

 

Schritt 2. Untersuchen Sie die Spezifikationen des Schrittmotors

Sobald Sie den maximalen Strom hinzugefügt haben, den Sie für Ihr gesamtes System benötigen, überprüfen Sie die Spezifikationen jedes Motors, um die Nennspannung zu bestimmen. Was auch immer es ist, Sie benötigen ein Netzteil mit der doppelten Nennspannung. Bisher benötigen Motoren mit einer Nennspannung von 2,8 Volt ein Netzteil mit 5,5 oder 6 Volt.

 

Ab hier geht es hauptsächlich darum, diese Zahlen im Kopf zu behalten und sie mit ein wenig Recherche zu kombinieren, um die beste Stromversorgung zu finden, die Sie verwenden können,z. B. ein Gleichstromnetzteil oder einen Variac. Idealerweise eines, das sowohl die Spannungs- als auch die Stromanforderungen erfüllt, ohne Ihr Budget zu beeinträchtigen.

 

Berücksichtigen Sie die Motorgröße

Ein kleiner zu berücksichtigender Faktor ist die Motorgröße im Hinblick auf die erwartete Leistung des Motors. Größere Schrittmotoren sind in der Lage, im Vergleich zu kleineren Modellen mehr Leistung zu liefern. Manche Motoren können kleiner als Erdnüsse sein und trotzdem wie erwartet funktionieren – nur nicht so leistungsstark.

 

Berücksichtigen Sie die Drehmomentwerte dieser Modelle. Größere Motoren mit höherem Drehmoment und mehr Leistung benötigen natürlich eine entsprechende Gleichstromversorgung – eine, die ungefähr in ihrem Größenbereich liegt.

 

NEMA (National Electrical Manufacturers Association) 17 ist beispielsweise eine Größe, die üblicherweise für 3D-Drucker und dergleichen verwendet wird. Modelle kleiner als NEMA 17 – wie NEMA 14 – können in Mikroroboter- oder Animatronikanwendungen eingesetzt werden. Und die größeren Modelle (wie NEMA 57) werden häufig in CNC-Maschinen und industriellen Anwendungen eingesetzt.

 

Dies trifft nicht auf alle Motoren zu, aber manchmal erfüllt ein Gleichstromnetzteil, das ungefähr die gleiche Größe wie Ihr Schrittmotor hat, die Parameter und Anforderungen des Motors.

 

Dasselbe gilt auch für Netzteile für Schrittmotoren. Es gibt viele Blogs, Videos und Online-Shops mit einer guten Auswahl an Netzteilen, die Sie durchstöbern können. Es gibt auch viele Online-Foren, in denen Sie Ratschläge, Empfehlungen und ausführliche Diskussionen mit Leuten erhalten, die das Gleiche fragen.

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Was ist der Unterschied zwischen bürstenbehaftetem und bürstenlosem Gleichstrommotor?

Was ist ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor?

 

Ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor verfügt über Permanentmagnete im Außengehäuse und einen rotierenden Anker im Inneren. Die Permanentmagnete sind stationär und werden „Stator“ genannt. Der rotierende Anker enthält einen Elektromagneten und wird „Rotor“ genannt.

 

Bei einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor dreht sich der Rotor um 180 Grad, wenn ein elektrischer Strom an den Anker angelegt wird. Um über die anfänglichen 180 Grad hinauszukommen, müssen sich die Pole des Elektromagneten umdrehen. Kohlebürsten berühren den Stator, wenn sich der Rotor dreht. Dadurch wird das Magnetfeld umgedreht und der Rotor kann sich um 360 Grad drehen.

 

Vorteile

Hohes Anlaufdrehmoment: Für Anwendungen, die sehr schnell auf Touren kommen müssen, ist ein drehmomentstarker Bürsten-Elektromotor die richtige Wahl. Beispielsweise ist bei Anwendungen wie Caravan-Mover ein hohes Anlaufdrehmoment unerlässlich.

 

Geringe Kosten: Gleichstrommotoren mit Bürsten sind im Vergleich zu bürstenlosen Gleichstrommotoren relativ kostengünstig in der Herstellung und Anschaffung.

 

Geeignet für Industrieumgebungen: Aufgrund ihres hohen Anlaufdrehmoments sind Bürstenmotoren auch in Industrieumgebungen eine beliebte Wahl.

 

Nachteile

Risiko eines erhöhten Wartungsaufwands: Aufgrund der Reibung auf die Kohlebürsten eines Motors kommt es mit der Zeit zu einem natürlichen Verschleiß. Daher ist es wahrscheinlicher, dass bürstenbehaftete Elektromotoren irgendeine Art von Wartung in Form einer Bürstenreinigung oder eines Bürstenaustauschs erfordern.

 

Niedrigere Drehzahl: Trotz eines hohen Anlaufdrehmoments sind Bürstenmotoren nicht so gut in der Lage, hohe Drehzahlen aufrechtzuerhalten. Dies liegt daran, dass der Betrieb eines Bürstenmotors mit konstant hoher Drehzahl dazu führen kann, dass er warm wird.

 

Was ist ein bürstenloser Gleichstrommotor?

 

Wie ein Bürstenmotor funktioniert ein bürstenloser Motor durch Wechseln der Polarität der Wicklungen im Motor. Es handelt sich im Wesentlichen um einen Inside-Out-Bürstenmotor, der Bürsten überflüssig macht. Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor sind die Permanentmagnete am Rotor und die Elektromagnete am Stator angebracht. Ein elektronischer Geschwindigkeitsregler (ESC) regelt oder „kommutiert“ die Ladung an die Elektromagnete im Stator, um dem Rotor eine 360-Grad-Bewegung zu ermöglichen.

 

Vorteile

Lange Lebensdauer: Bürstenlose Gleichstrommotoren haben keine Bürsten, was bedeutet, dass sie weniger Wartung erfordern als ihre Gegenstücke mit Bürsten.

 

Effizienz: Das Fehlen von Bürsten bedeutet, dass keine Geschwindigkeit verloren geht, was bürstenlose Gleichstrommotoren etwas effizienter macht, typischerweise 85–90 % im Vergleich zu ihren bürstenbehafteten Gegenstücken mit einem typischen Wirkungsgrad von 75–80 %.

 

Leiser Betrieb: Durch den Verzicht auf Bürsten laufen bürstenlose Motoren äußerst leise und haben einen besonders ruhigen Lauf. Dies ist besonders nützlich für Anwendungen, die solche Eigenschaften erfordern, wie beispielsweise Patientenlifter.

 

Nachteile

Erfordert einen Controller: Bürstenlose Gleichstrommotoren müssen an eine elektronische Geschwindigkeitsregelung (ESC) angeschlossen werden, damit Strom zu den Elektromagneten fließen kann.

 

Kosten: Aufgrund der Notwendigkeit einer Steuerung können bürstenlose Gleichstrommotoren teurer sein.

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Einführung in Permanentmagnet-Schrittmotoren

 Schrittmotoren sind seit vielen Jahrzehnten eine tragende Säule präziser Bewegungssteuerungssysteme. Ein bekannter Schrittmotortyp ist der Permanentmagnet-Schrittmotor. Dieser Artikel befasst sich mit der Funktionsweise, den Vorteilen und den Einsatzmöglichkeiten dieser nützlichen Motorvariante.

 

Den Permanentmagnet-Schrittmotor verstehen

Ein Permanentmagnet-Schrittmotor ist eine Art Schrittmotor, der Permanentmagnete in seinem Rotor, dem rotierenden Teil des Motors, verwendet. Schrittmotoren arbeiten mit einem Innenrotor, der sich als Reaktion auf kontrollierte elektrische Impulse dreht (oder „Schritte“ macht), die an den Stator, den nicht beweglichen Teil des Motors, abgegeben werden.

 

Das Funktionsprinzip von Permanentmagnet-Schrittmotoren

Das grundlegende Funktionsprinzip eines Permanentmagnet-Schrittmotors beruht auf der Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern von Stator und Rotor. Wenn ein Strom durch die Wicklungen des Stators fließt, entsteht ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld interagiert mit dem Permanentmagnetfeld des Rotors und bewirkt, dass sich der Rotor dreht oder „schritt“.

 

Einphasenerregung: In diesem Modus wird jeweils nur eine Phasenwicklung mit Strom versorgt. Es führt zu dem geringsten Drehmoment und der geringsten Leistung, spart aber Energie.

Zweiphasenerregung: In diesem Modus werden zwei Phasenwicklungen gleichzeitig mit Strom versorgt. Es bietet ein höheres Maß an Drehmoment und Leistung im Vergleich zur einphasigen Erregung.

 

Vorteile von Permanentmagnet-Schrittmotoren

PMSMs werden wegen ihrer zahlreichen Vorteile gegenüber anderen Motortypen geschätzt. Sie bieten eine hervorragende Präzision und Kontrolle und eignen sich daher besonders für Anwendungen, die eine hochpräzise Positionierung erfordern. Diese Motoren sind aufgrund der Verwendung von Permanentmagneten hocheffizient und benötigen keinen Strom, um ihr Magnetfeld aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus weisen PMSMs eine geringe Rotorträgheit auf, was schnelle Starts, Stopps und Umkehrungen ermöglicht.

 

Anwendungen von Permanentmagnet-Schrittmotoren

Aufgrund ihrer beeindruckenden Eigenschaften finden PMSMs in zahlreichen Branchen und Anwendungen breite Anwendung. Man findet sie häufig in Computerperipheriegeräten wie Druckern und Festplattenlaufwerken sowie in der Robotik, wo eine präzise Bewegungssteuerung von größter Bedeutung ist. Weitere Anwendungen umfassen Industriemaschinen, medizinische Geräte und eine Vielzahl von Automatisierungssystemen.

 

Schlussfolgerung

Das Verständnis der Rolle und Bedeutung von Permanentmagnet-Schrittmotoren in verschiedenen Branchen gibt einen Einblick in die Bedeutung dieser Motoren. Da der technologische Fortschritt weiter voranschreitet, wird erwartet, dass die Rolle und der Einfluss von PMSMs nur noch zunehmen.

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Wie erreicht man die Beschleunigung und Verzögerung des Schrittmotors?

 Schrittmotoren können nur durch digitale Signale gesteuert werden. Wenn dem Treiber Impulse zugeführt werden, sendet die Schrittmotorsteuerung zu viele Impulse in zu kurzer Zeit, d ins Stocken geraten. Um dieses Problem zu lösen, müssen Beschleunigung und Verzögerung genutzt werden. Das heißt, wenn der Schrittmotor günstig startet, muss die Impulsfrequenz schrittweise erhöht werden, und beim Abbremsen muss die Impulsfrequenz schrittweise verringert werden. Dies wird oft als „Beschleunigungs- und Verzögerungsmethode“ bezeichnet.

Die Geschwindigkeit des Schrittmotors ändert sich entsprechend der Änderung des Eingangsimpulssignals. Wenn dem Schrittmotortreiber ein Impuls gegeben wird, dreht sich der Schrittmotor theoretisch um einen Schrittwinkel (bei Unterteilung handelt es sich um einen Unterteilungsschrittwinkel). Wenn sich das Impulssignal tatsächlich zu schnell ändert, kann die magnetische Reaktion zwischen Rotor und Stator aufgrund der Dämpfungswirkung der internen elektromotorischen Gegenkraft des Schrittmotors der Änderung des elektrischen Signals nicht folgen führt zum Abwürgen und zum Verlust von Stufen.

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Wenn der Schrittmotor mit hoher Geschwindigkeit startet, muss daher die Methode zur Erhöhung der Impulsfrequenz verwendet werden. Beim Stoppen erfolgt außerdem ein Verzögerungsprozess, um eine präzise Positionierungssteuerung des Schrittmotors sicherzustellen.

Der Beschleunigungsvorgang ist eine Beschleunigungskurve, die sich aus der Grundfrequenz (niedriger als die höchste Direktanlauffrequenz des Schrittmotors) und der Sprungfrequenz (die Frequenz, die allmählich beschleunigt) zusammensetzt (für den Verzögerungsvorgang gilt das Umgekehrte). Die Sprungfrequenz bezeichnet die Frequenz, mit der der Schrittmotor allmählich über die Grundfrequenz hinaus ansteigt. Diese Frequenz darf nicht zu hoch sein, da es sonst zum Abwürgen und Verlust von Schritten kommt.

Die Beschleunigungs- und Verzögerungskurve ist im Allgemeinen eine Exponentialkurve oder eine modifizierte Exponentialkurve. Selbstverständlich kann auch eine Gerade oder eine Sinuskurve verwendet werden. Die Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerung kann mithilfe eines Ein-Chip-Mikrocomputers oder einer SPS erfolgen. Für unterschiedliche Belastungen und unterschiedliche Geschwindigkeiten ist es notwendig, die entsprechende Grundfrequenz und Sprungfrequenz auszuwählen, um den besten Steuereffekt zu erzielen.

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Normalerweise beträgt die Beschleunigungs- und Verzögerungszeit zur Fertigstellung des Schrittmotors mehr als 300 Millisekunden. Wenn eine zu kurze Beschleunigungs- und Verzögerungszeit verwendet wird, ist es bei den meisten Schrittmotoren schwierig, eine Hochgeschwindigkeitsdrehung des Schrittmotors zu erreichen.

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Wie funktioniert ein Frequenzumrichter?

 Durch den Einsatz eines Frequenzumrichters (VFD) können Sie Energiekosten und -verbrauch sparen. VFDs können außerdem Prozesse straffen, den Wartungsaufwand reduzieren, die Produktion steigern und die Lebensdauer Ihrer Ausrüstung verlängern.

Ein VFD oder frequenzvariabler Antrieb ist ein elektronisches Gerät zur Steuerung eines AC-Induktions- oder Synchronmotors. Ein VFD steuert das Drehmoment, die Geschwindigkeit und die Drehrichtung des Motors, startet sanft und beschleunigt den Motor mit einer kontrollierten Beschleunigungsrate auf die gewünschte Geschwindigkeit.  Auch die Abbremsung wird gesteuert, und eine Bremsfunktion ist optional erhältlich.

Mit VFDs können Sie einen einzigen Motor für eine Vielzahl von Prozessen und Bedingungen verwenden, die möglicherweise unterschiedliche Geschwindigkeiten erfordern. Andere Namen für einen VFD sind:

Antrieb mit einstellbarer Geschwindigkeit

Antrieb mit einstellbarer Frequenz

Antrieb mit variabler Spannung/variabler Frequenz

AC-Antrieb

Mikroantrieb

Wechselrichter

Antrieb mit variabler Geschwindigkeit

Wie funktioniert ein VFD?

Ein Frequenzumrichter nimmt feste Wechselspannung und Frequenz in eine Gleichrichterbrücke auf, um die Spannung in Gleichstrom umzuwandeln, verwendet eine Kondensatorbank und Induktoren, um den Gleichstrom zu filtern, kehrt dann die Gleichspannung zurück in Wechselstrom und sendet sie mit der gewünschten Frequenz an den Motor. Kurz gesagt, ein VFD überträgt eine Spannung und Frequenz auf eine andere, um die Motordrehzahl zu ändern, ohne Drehmoment zu verlieren.

Wann sollte ein Frequenzumrichter verwendet werden?

VFDs werden in Systemen eingesetzt, die von Wechselstrom-Elektromotoren betrieben werden, in Anwendungen von der Fertigung bis zur Klimatisierung. Es gibt viele Gründe, sich für ein System mit Frequenzumrichter zu entscheiden.

Zur präzisen Steuerung der Geschwindigkeit eines Fertigungsprozesses.

Für einen sanften Start und eine vorsichtige Beschleunigung auf Betriebsgeschwindigkeit.

Um Energieeinsparungen zu erzielen, insbesondere bei Anwendungen, bei denen Drehmoment und Leistung einer Last nichtlinear variieren. Lüfter und Pumpen mit variablem Drehmoment sind gute Kandidaten für Einsparungen.

Um Prozess- und Qualitätsverbesserungen bei Beschleunigung, Durchfluss, Überwachung, Geschwindigkeit, Temperatur, Spannung, Drehmoment und Druck Ihrer Anwendung vorzunehmen.

Einen Motor in speziellen Mustern laufen lassen, um mechanische und elektrische Belastungen zu minimieren.

VFDs reduzieren oder eliminieren die Stromstöße, die zum Starten eines Motors "über die Leitung" erforderlich sind, erheblich. Abgesehen von den Stromstößen, die bis zum Achtfachen des Volllaststroms des Motors betragen können, kann diese Art des Starts auch für die mechanischen Komponenten der angetriebenen Last schädlich sein.

Source: https://www.oyostepper.de/article-1156-Wie-funktioniert-ein-Frequenzumrichter.html