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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schrittmotor: Fragen zu Strom & Leistung


Autor: Pascal Christian (Gast)
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Hi,

ich habe drei Fragen zu Schrittmotoren allgemein.

Gehen wir für diese Fragen von einem Schrittmotor aus, der im Datenblatt 
folgende Spezifikationen aufweist:
-Bipolare, serielle Ansteuerung
-7,4V
-0,49A Phasenstrom
-50Ncm Haltemoment

Frage 1:
Wie viel Watt benötigt der Motor, wenn man ihn mit der angegebenen 
Spannung betreibt? 3,6W (7,4V*0,49A) oder das doppelte (bipolar, 2 
Phasen)?

Frage 2:
Könnte ich den Motor auch mit einem geringeren Phasenstrom betreiben, 
und wenn ja, wie verhält sich das Drehmoment dazu? Fällt es linear mit 
dem Strom ab (z.B. Phasenstrom = 0,25A -> Haltemoment = 25Ncm)?

Frage 3:
Die Schrittmotorsteuerung die ich verwende kann minimal 9V als 
Ausgabespannung anlegen. Ist diese leichte Überspannung ein Problem für 
den Motor? Muss ich den max. Phasenstrom entsprechend anpassen 
(7.4V/9V)*0,49A = 0,40A "neuer" max. Phasenstrom?

Ich würde mich sehr freuen, wenn Ihr mit hier helfen könntet.

Vielen Dank & viele Grüße,
Pascal

Autor: Düsendieb (Gast)
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Pascal Christian schrieb:
> Frage 2:
>
> Könnte ich den Motor auch mit einem geringeren Phasenstrom betreiben,
>
> und wenn ja, wie verhält sich das Drehmoment dazu? Fällt es linear mit
>
> dem Strom ab (z.B. Phasenstrom = 0,25A -> Haltemoment = 25Ncm)?
>

Im oberen Bereich, nahe des Nennstromes ist das Drehmoment proportional 
zum Strom. (Phasenstrom = 0,25A -> Haltemoment = 25Ncm) wird ungefähr 
passen



> Frage 3:
>
> Die Schrittmotorsteuerung die ich verwende kann minimal 9V als
>
> Ausgabespannung anlegen. Ist diese leichte Überspannung ein Problem für
>
> den Motor? Muss ich den max. Phasenstrom entsprechend anpassen
>
> (7.4V/9V)*0,49A = 0,40A "neuer" max. Phasenstrom?


Nein, der Strom ist für die Wicklungen wichtig, denn dieser macht dort 
thermische Verluste.
Was bei Schrittmotoren viel wictiger ist, ist der induktive Widerstand. 
Der steigt mit der gewünschten Drehzahl an. Dadurch wird der Phasenstrom 
kleiner, wenn man den Strom nicht regelt.

Daher ist es das Wichtigste, dass eine Steuerung den Strom regelt.


Axel

Autor: Pascal Christian (Gast)
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Hi Axel,

erst mal vielen Dank für die Antworten!
Also so ganz klar ist mir das Ganze noch nicht.

Eigentlich möchte ich nur wissen, wie viel Watt ungefähr ein 
Schrittmotor mit den angegebenen Spezifikationen (7,4V - 0,49A 
Phasenstrom - 19,0 Ohm Widerstand pro Wicklung - 47,2mH Induktivität pro 
Wicklung) benötigt:
 a) im Haltezustand (ausgehend von einer Stromabsenkung auf 50%)
 b) bei sehr niedrigen Drehzahlen
 c) bei hohen Drehzahlen

Ich gehe mal davon aus, dass die Steuerung den Strom schon passend 
reguliert, man kann jedenfalls den maximalen Phasenstrom einstellen. Es 
handelt sich um diese Steuerung: 
http://de.nanotec.com/schrittmotor_steuerungen_smc11.html

Ich muss es nicht aufs Milliwatt genau wissen, aber einen ungefähren 
Richtwert bräuchte ich..

Wäre super, wenn Ihr mir da weiterhelfen könntet!

Viele Grüße,
Pascal

Autor: Düsendieb (Gast)
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lt Datenblatt: Betriebsspannung: DC 12 V bis 35 V

Pascal Christian schrieb:
> a) im Haltezustand (ausgehend von einer Stromabsenkung auf 50%)
>
>  b) bei sehr niedrigen Drehzahlen
>
>  c) bei hohen Drehzahlen


Lt Datenblatt: Betriebsspannung: DC 12 V bis 35 V

also 12V * mittlerer Strom (schwer zu schätzen da geschoppt wird)

Der Strom sollte bei niedigen und hohen Drehzahlen gleich sein, wenn die 
Betriebsspannung ausreichend groß ist. Wenn nicht, dann bricht halt das 
Moment ein.


Bei der Stromabsenkung ist der Strom halt so groß wie Du ihn abgesenkt 
hast.


Axel

Autor: Martin (Gast)
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> a) im Haltezustand (ausgehend von einer Stromabsenkung auf 50%)
>
nur die Verlustleistung am Spulenwiderstand:

P = I*I*R = 0,5A * 0,5A * 19Ohm = 5Watt (ungefähr)

>  b) bei sehr niedrigen Drehzahlen
>
>  c) bei hohen Drehzahlen

Dann kommt die Leistung an der Welle dazu, also:

P = Kreisfrequenz * Drehmoment


Gruß,
Martin

Autor: woko (Gast)
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ganz von vorne: regelt dein Treiber den Strom durch die Wicklung? Dann 
ist es auch egal, wenn der Treiber mit mehr Spannung betrieben wird. Im 
Stillstand wird dann meist der Strom abgesenkt, je nachdem welches 
Haltemoment man anstrebt.

Die Verlustleistung am Motor kann man pauschal schwer sagen, am besten 
noch im Stillstand. Mit Windungswiderstand und Strom kann man es 
berechnen, aber der Ripple des Stromreglers kommt dazu. Und bei der 
Bewegung kommen dann die Wirbelstromverluste dazu, würde ich sagen.

Man besten messen,

Wolfgang

Autor: Pascal Christian (Gast)
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Hallo Leute,

hätte nicht gedacht das es SO kompliziert ist.
Jedenfalls kann mir auch der Hersteller keine genauen Angaben machen, 
und empfiehlt mir auch es zu messen. Für den Stillstand gibt er an: "die 
Leistung kann ich nicht genau sagen. Es ist die Verlustleistung an der 
Steuerung und etwa 50 % Stromaufnahme des eingestellten Phasenstroms 
[wegen Stromabsenkung der Steuerung]."

D.h. das wären bei 9V und 0,4A max. einstellter Phasenstrom eben 1,8W + 
Verlustleistung an der Steuerung, die wohl niemand beziffern kann.

Einfach messen würde ich ja liebend gerne, aber da die Stromaufnahme ein 
Kriterium für die Wahl des Motors ist, wäre es etwas kontraproduktiv 
einen auf Verdacht zu kaufen und dann festzustellen das er doch zu viel 
Strom braucht..

Ich will den Motor ca. 20 Stunden lang betreiben, davon 90% in 
Haltestellung, 10% bei sehr geringen Drehzahlen. Und da das ganze 
Akkubetrieben laufen soll, wollte ich halt gerne wissen wie viel Wh ich 
dafür ungefähr einplanen muss..

Falls Ihr noch irgendwelche Tipps habt, würde ich mich freuen!

Danke & viele Grüße,
Pascal

Autor: Thorsten Ostermann (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite
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Hallo Pascal!

Darf ich mal fragen, wie der Hersteller heißt, der so wenig Ahnung von 
seinen eigenen Produkten hat?

Im Stillstand fällt nur Verlustleistung an. Da kannst du mit dem 
Ohmschen Gesetz rechnen. Wenn die Endstufe Stromabsenkung um 50% macht, 
reduziert sich die Verlustleistung um 75%, da der Strom quadratisch in 
die Leistung eingeht. Und wie Du richtig vermutest, musst du beide 
Phasen berücksichtigen. Dazu kommen natürlich noch die Verluste der 
Endstufe, falls es um die Netzteilauslegung geht.

Dynamisch ist es etwas schwieriger. Wenn für deine Versorgungsspannung 
eine Kennlinie vorliegt, kannst Du daraus für die interessanten 
Betriebspunkte die mechanisch abgegebene Leistung ermitteln. Wenn nicht, 
kann man mit etwas Erfahrung zumindest eine Näherung machen.

Bis zu mittleren Drehzahlen bleibt die Verlustleistung gleich. Wenn dann 
der Chopper aussetzt, weil der Strom nicht mehr den Nennstrom erreicht, 
fällt die Verlustleistung natürlich ab. Dafür bleibt die abgegebene 
mechanische Leistung in erster Näherung konstant (Drehmoment fällt ab, 
Drehzahl steigt).

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

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