Hi, Ich habe oft gelesen, das man einen Schrittmotor nur mit maximal 70 Prozent der angegebenen Stromstärke belasten sollte. Ist was an dieser Aussage dran? Ich kann derzeit keinen Grund erkennen, warum ich nicht annähernd an die angegebene Stromstärke gehen sollte. Gruß, Bülent
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Wo hast du das gelesen? In welchem Zusammenhang? Ich vermute mal, dass der Haltestrom bei stillstehendem Motor gemeint ist.
Ich glaube, man muss da auch zwischen Strom und Haltestrom unterscheiden. Falls nicht bekannt benötigt ein Stepper als induktive Last idealerweise eine Stromsteuerung, so weit ich weiß, das kommt noch dazu. Wie steuerst du die Spulen denn an?
Bülent C. schrieb: > Ist was an dieser Aussage dran? Das ist vielleicht etwas vereinfacht dargestellt. Bei Halbschrittbetrieb sind in den geraden Schrittpositionen zwei Wicklungen bestromt, in den ungeraden jedoch nur eine. Um auf konstantes Drehmoment unabhängig von der Schrittposition zu kommen, ist es also logisch, auf den Schritten mit Doppelbestromung den Strom durch die Einzelwicklung zu reduzieren.
Werner M. schrieb: > Um auf konstantes > Drehmoment unabhängig von der Schrittposition zu kommen, ist es also > logisch, auf den Schritten mit Doppelbestromung den Strom durch die > Einzelwicklung zu reduzieren. Ok, Danke! Das erklärt warum ich, nachdem die Strombegrenzung auf 70% gestellt wurde, keine Schrittverluste mehr habe. Werner M. schrieb: > Bei Halbschrittbetrieb sind in den geraden Schrittpositionen zwei > Wicklungen bestromt, in den ungeraden jedoch nur eine. Trifft dies auch auf 1/8 Schritt Betrieb? Und wie schaut es aus, wenn man zwei Schrittmotoren an einem Treiber hat?
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Bülent C. schrieb: > Ok, Danke! Das erklärt warum ich, nachdem die Strombegrenzung auf 70% > gestellt wurde, keine Schrittverluste mehr habe. Mmmh? p.s. Bei Vollschrittbetrieb gibt es auch zwei Möglichkeiten. 1) Immer nur eine Wicklung bestromt (mit 100%) oder 2) immer zwei Wicklungen bestromt (mit 70%). > Trifft dies auch auf 1/8 Schritt Betrieb? Guck dir mal die Simulation bein Nanotec an. Dort sind die Ström in den ersten beiden Tabellenzeilen angegeben. In Mikroschrittmodus läuft die in Achtelschritten. http://de.nanotec.com/support/tutorials/schrittmotor-und-bldc-motoren-animation/ > Und wie schaut es aus, wenn man zwei Schrittmotoren an einem Treiber hat? Dem ersten Motor ist das egal, ob der Treiber noch einen zweiten Motoren steuern kann ;-)
http://www.ti.com/lit/ds/slvsa73f/slvsa73f.pdf Auf Seite 14 Tabelle 2 Da sind die anteiligen Ströme für die verschiedenen Schrittauflösungen aufgeführt und das für jede einzelne Spule. Beim Halbschritt geht es bis auf 71% runter, beim 1/8 Schritt auf 20%. Interpretiere ich es richtig, wenn ich Halbschritt fahre und die Strombegrenzung auf 71% stelle ich dann erst einen konstanten Drehmoment habe? Und...Beim 1/8 Schritt hätte ich bei einer Strombegrenzung auf 20% erst einen konstanten Drehmoment, der sogar weit unter dem liegt, was der Schrittmotor im Vollschritt zur Verfügung stellen würde? Wenn dem so ist, was passiert mit dem Drehmoment wenn ich bei 1/8 auch auf 71% gehe, bzw. was ist der Grund dafür warum dann das Drehmoment nicht mehr konstant ist?
> Und...Beim 1/8 Schritt hätte ich bei einer Strombegrenzung auf 20% erst
einen konstanten Drehmoment,
Nein. Stell dir Sinus und Cosinus vor. Die Eine Spule betreibst du mit
den Sinuwerten und die andere mit den Cosinuswerten bei den Phasen
n*360°/(4*8) mit n=0 bis 31. Statt bei n*360°/(4*8) könntest du genau so
gut die Werte bei n*360°/(4*8)+Offset° nehmen. So etwas habe ich bei den
Schrittmotor-Treibern von Allegro gesehen.
Da Wurzel(sin(phi)^2 +cos(phi)^2)=1 hast du immer ein konstantes
Drehmoment.
Das Durchlaufen von 360° entspricht übrigens 4 Vollschritten.
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Bülent C. schrieb: > Und...Beim 1/8 Schritt hätte ich bei einer Strombegrenzung auf 20% erst > einen konstanten Drehmoment, der sogar weit unter dem liegt, was der > Schrittmotor im Vollschritt zur Verfügung stellen würde? Die Tabelle gibt den relativen Windungsstrom, bezogen auf deine Vorgabe an. Du hast mit den 20% nichts zu tun. Die Steuerung kommt von der Indexer Logik (S.11)
Verstehe ich das richtig, das die Steuerung im 1/8 Betrieb den Strom höher regelt als wie es an der Strombegrenzung eingestellt ist, um das Drehmoment konstant zu halten?
Anders gefragt, was stellt man an der Strombegrenzung ein wenn man einen Schrittmotor mit 2,5A hat und diesen im achtel Modus betreiben möchte?
Ich habe gerade 'ne Schere im Kopf. Helmut S. schrieb: > Da Wurzel(sin(phi)^2 +cos(phi)^2)=1 hast du immer ein konstantes > Drehmoment. Du redest bei sin(phi) doch vom Stromverlauf, oder? Wieso 'zum Quadrat'? Die magnetische Flussdichte ist doch proportional zu I und nicht zu I². Und das Drehmoment ist doch auch proportional zur magnetische Flussdichte. Was habe ich vergessen? * kopfkratz *
Mir geht es genauso, weil mir immer noch nicht klar ist warum das Drehmoment immer konstant sein soll.
@Bülent: Das Moment soll konstant sein, damit der Antrieb nicht ruckelt oder brummt. Ich habe noch nicht ganz verstanden, warum dazu der Stromverlauf einen Sinus-Verlauf haben muss. Bei Drehstrom-Motoren ist das ja wohl auch so. Es müsste also stimmen. Ich habe nur gerade nicht verstanden, warum. Vielleicht meinst das genau so.
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Ja, so meinte ich es. Das es konstant sein soll, weiß ich ja. Aber warum ist es konstant? Ich vvermute, das die Summe Vektoren der beiden spulen ströme immer 100 Prozent ergeben.
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> Ich vvermute, das die Summe Vektoren der beiden spulen ströme > immer 100 Prozent ergeben. Genau. Es stimmt, dass temporär mehr Strom fließen darf. Der begrenzende Faktor ist die Verlustleistung / Temperaturerhöhung der Wicklung (Kupferverluste), die magnetische Sättigung und Wirbelstromverluste (Eisenverluste). Erstere wird bestimmt durch den gemittelten Strom (RMS). > Ich habe oft gelesen, das man einen Schrittmotor nur mit maximal > 70 Prozent der angegebenen Stromstärke belasten sollte. Besser: bestromen sollte. Im Stillstand darf diese Erhöhung nicht stattfinden. > Ist was an dieser Aussage dran? Ich kann derzeit keinen Grund erkennen, > warum ich nicht annähernd an die angegebene Stromstärke gehen sollte. Das hat mehrere Gründe: 1. Die zulässige Verlustleistung hängt von vielen Umgebungsfaktoren ab. 2. Der Wirkungsgrad ist bei geringem Strom höher. 3. Die Resonanzen sind deutlich weniger. Man soll also nur so viel Strom reinschicken, dass das erforderliche Drehmoment erzeugt wird. Bei manchen Antrieben bin ich sogar wieder dazu übergegangen, Stepper nicht mit konstantem Strom, sondern mit relativ konstantem PWM anzusteuern. Dann nimmt sich der Motor den Strom, den er braucht. Ist aber fortgeschrittene Technik, bei der man die Parameter gut abstimmen muss. Vorteil: Der Motor bleibt kühl. Suchbegriff: Vektorsteuerung > Ich habe noch nicht ganz verstanden, warum dazu der Stromverlauf > einen Sinus-Verlauf haben muss. Muss er nicht, hat aber einen ruhigen Lauf zur Folge. > Bei Drehstrom-Motoren ist das ja wohl auch so. Ein Schrittmotor ist ein Drehstrommotor, genau genommen ein 2-phasiger Synchronmotor mit 90° Phasenversatz und idR 50 Polpaaren. > Wieso 'zum Quadrat'? Satz des Pythagoras a^2 + b^2 = c^2 > Das Durchlaufen von 360° entspricht übrigens 4 Vollschritten. Man nennt das eine elektrische (oder magnetische) Umdrehung, ich nenne es einen Großschritt. Je feiner dieser unterteilt ist, umso weniger ruckelt der Motor. Die Unterteilung kann übrigens beliebig sein, es sind auch z.B. 1/20tel Schritte denkbar, Vielfache von 2 bieten sich allerdings an. Denke dabei an eine Zeigeruhr, bei der der Zeiger im Sekundentakt weiterspringt. Im Gegensatz dazu gibt es auch Uhren, bei denen der Sekundenzeiger kontinuierlich läuft, was der Realität entspricht (die Zeit vergeht kontinuierlich und nicht im Sekundentakt) und in der Regel viel leiser ist. Die meisten Schrittmotor-Probleme entstehen durch Resonanzen, da das ganze angetriebene System elastisch ist (z.B. Torsion der Welle) und beim Beschleunigen häufig die Resonanzstellen durchfahren werden. Abhilfe: - schnell durch die kritischen Frequenzen fahren (geht nicht immer). - Silikon-Dämpferscheiben (Vexta clean damper) verwenden.
Bülent C. schrieb: > Hat jemand noch Ideen? Vielleicht bedeutet "70%" der Unterschied zwischen Spitzenstrom und Effektivwert. Bei Wave-, Halb-, Voll-, und Mikroschrittbetrieb kann man da ja durchaus unterschiedliche Stromwerte nennen, mal den Effektivwert, mal den Spitzenstrom. Im Prinzip kommt es immer darauf an, dass in dem Motor nicht mehr Verlustleistung umgesetzt wird, als er wärmetechnisch loswerden kann, und das bei möglichst maximalem Strom um auch das maximale Drehmoment rausholen zu können.
eProfi schrieb: > Bei manchen Antrieben bin ich sogar wieder dazu übergegangen, Stepper > nicht mit konstantem Strom, sondern mit relativ konstantem PWM > anzusteuern. Dann nimmt sich der Motor den Strom, den er braucht. In meinem Fall (VID28-05) werde ich Deine Worte mal beherzigen und es auch so 'einfach' probieren. Meinst Du, dass ich damit einen ruhigen, leisen Lauf ohne Resonanzen erreichen kann (Stichwort 'Sekundenzeiger, der kontinuierlich läuft')? Falls das nicht reicht, finde ich das im AN1307 von Microchip beschriebene sensorlose System interessant für einen Nachbau. Es kann: * Fixed Voltage mode, * Fixed Current mode und * PI Closed Loop Control mode. http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01307A.pdf Die Idee einer sensorlosen Ansteuerung ist nicht neu. Hier nur mein Hinweis: Es wird auf der Nanotec-Seite gut beschrieben: > Dazu wird ein Modell des Motors verwendet, das parallel zum > realen Motor aus bekannten Eingangsgrößen (gestellte PWM, …) > parallel die Werte berechnet, die auch gemessen werden (Stromhöhe > in der Wicklung, …). > Die berechneten Werte werden mit den real gemessenen Werten in > jedem Zyklus verglichen. Durch den so ermittelten Beobachterfehler > werden die internen Größen des Motormodells permanent nachgeregelt, > so erhält man auch für die eigentlich nicht gemessenen Größen – wie > die Geschwindigkeit – eine korrekte Schätzung. http://de.nanotec.com/support/application-notes/sensorlose-regelung-von-schrittmotoren/ In dem https://www.youtube.com/watch?v=cPEuE8P1g0M z.B. kann man die Geräusch-Unterschiede der unterschiedlichen Verfahren deutlich hören.
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Bülent C. schrieb: > Hat jemand noch Ideen? Weil I*Wurzel(sin^2+cos^2) = I, also konstant ist egal welchen Winkel man nimmt.
@Helmut: Es ging meines Erachtens um ein konstantes Moment und nicht um einen konstanten Strom. Zitat aus dem Artikel Schrittmotoren: > In Realität ist das Moment nicht sinusförmig und dessen Maximum > leicht nach vorne verschoben. (Es kann …) eine leichte Abflachung der > Kurven in den Maxima von Sinus und Cosinus vorgenommen werden. Ich vermute, dass man einen exakt gleichmäßigen Moment-Verlauf nur mit einem Software-Motormodell^^ oder vielen Sensoren erreichen kann.
> @Helmut: Es ging meines Erachtens um ein konstantes Moment und nicht um einen
konstanten Strom.
Genau der Wert dieser geometrischen Addition der Ströme entspricht dem
Betrag des Drehmoments.
Du kannst mir das ruhig glauben. Ich habe schon Schrittmotortreiber mit
linearen Endstufen gebaut. Dabei steuert man die
Endstufen(Stromregelung) mit Sinus und Cosinus an. Das ist dann quasi
der feinste Mirkroschrittbetrieb den man sich vorstellen kann. Die
digitalen Mikroschritttreiber machen das genau so halt mit PWM und der
Auflösung der eingebauten DACs.
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Helmut S. schrieb: > Genau der Wert dieser geometrischen Addition der Ströme entspricht dem > Betrag des Drehmoments. Du kannst mir das ruhig glauben. Glauben tun wir in der Kirche. Hast Du verstanden warum das so ist? Ich kann mir vorstellen, dass in den Drehmoment-Verlauf innerhalb eines Schrittes z.B. die Winkelgeschwindigkeit oder die Anker-Geometrie einfließen. Glauben kann ich viel, wirklich verstanden habe ich es noch nicht. Das Moment entsteht ja nur, wenn es das entsprechende Gegenmoment gibt. Kann das Moment auch im dynamischen Fall (bei wechselden Lasten) immer aus der geometrischen Addition der Ströme ermittelt werden? PS: Ich überlege, ob ich nicht einfach ein paar Kennfelder 'nach Gehör' optimere und so lange dran verstelle, bis ich den leisesten Motorlauf erreicht habe.
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> Meinst Du, dass ich damit einen ruhigen, leisen Lauf ohne > Resonanzen erreichen kann (Stichwort 'Sekundenzeiger, > der kontinuierlich läuft')? Ja, das glaube ich. Mit großem Interesse verfolge ich den Thread mit der großen MMC (Multi Mini Clock, eigentlich Multi Mini Capacitor bei den Tesla-Coilern). Wenn ich einen VID28 hätte, würde ich das glatt mal ausprobieren. Das Problem mit der PWM-Ansteuerung ist, dass der Strom, den sich der Motor nimmt, vom Polradwinkel abhängt. Das kann dann wieder eine ganz neue Resonanz zur Folge haben: wenn der Polradwinkel groß ist, ist die Induktivität klein, also steigt der Strom stärker an, was ein größeres Drehmoment zur Folge hat. Dann holt der Motor auf, der Polradwinkel wird recht klein --> geringer Strom, Polradwinkel wird wieder groß, usw. Dies kann (muß nicht) sich mit den übrigen Resonanzen überlagern... Da muß man probieren und anpassen.
Halten wir fest, einen konstanten Drehmoment erreicht man mit einer variablen bestromung der spulen, richtig? Was stellt man dann zb am Drv8825 bei der Strombegrenzung ein, den Spitzenwert oder den effektivwert?
> variable Bestromung Du meinst mit Sinus- und Kosinusverlauf damit das Drehmoment konstant bleibt. Siehe Datenblatt Seite 1, DRV8825. http://www.ti.com/lit/ds/slvsa73f/slvsa73f.pdf Beispiel: Auf Seite 18 dann die Schaltung. Imax=(Vref/5)/Rsense Imax=250mV/Rsense = 20mV/0,2Ohm = 1,25A Prsense = I^2*R = 0,3125W
Also wird der Spitzenwert eingestellt. Bei einem 2,5A stepper 2,5A bei 24V als Spitzenwert einstellen? Irgendwie habe ich da jetzt ne Schere im Kopf. Dann wird der stepper doch zu heiß und der Wirkungsgrad ist unten, ergo Drehmoment nicht konstant.
Der DRV8825 stellt immer den gleichen Sin/Cos-Strom ein egal ob du den IC mit 20V oder mit 30V versorgst. Die Verlustleistung im Stepper Motor ist dann Pgesamt = I^2*R = 2,5A*2,5A*Rspule Rspule ist der Widerstand der Motorwicklung. Siehe Datenblatt.
Bülent C. schrieb: > Also wird der Spitzenwert eingestellt. Bei einem 2,5A stepper 2,5A bei > 24V als Spitzenwert einstellen? Ja, unabhängig von der Spannung. Du stellst damit nur die Referenzspannung für einen DAC ein, für die Zwischenschritte wird dann der Strom im Treiberbaustein runterskaliert.
Hallo Werner, > Bülent C. schrieb: >> Ist was an dieser Aussage dran? > > Das ist vielleicht etwas vereinfacht dargestellt. > Bei Halbschrittbetrieb sind in den geraden Schrittpositionen zwei > Wicklungen bestromt, in den ungeraden jedoch nur eine. Um auf konstantes > Drehmoment unabhängig von der Schrittposition zu kommen, ist es also > logisch, auf den Schritten mit Doppelbestromung den Strom durch die > Einzelwicklung zu reduzieren. Du denkst in die richtige Richtung. Aber das Ergebnis stimmt nicht so ganz. Schrittmotoren wurden (ganz) früher immer im Vollschritt angesteuert. Dementsprechend sind die Angaben für den Motornennstrom immer auf den Betrieb mit 2 gleichzeitig bestromten Phasen bezogen ("Effektivwert). Bei Ansteuerung im Halb- oder Mikroschritt kann man über diesen Wert hinausgehen, und zwar bis zu 141% (100%*Wurzel(2)), weil dann nur eine Wicklung bestromt ist und somit die Verlustleistung in Summe die gleiche bleibt. Wie hier schon richtig festgestellt wurde, bleibt so auch das Drehmoment annähernd konstant. Diese 141% vom Nennstrom sind im Prinzip der Spitzenwert des Stromes. Um die Verwirrung komplett zu machen wird bei Schrittmotor-Endstufen (bzw. Steuerungen) oft nur der Spitzenwert vom Strom angegeben, wiel der natürlich höher ist und sich das Produkt so besser verkaufen lässt. Für einen Motor mit 2A Nennstrom benötigt man also eine Endstufe mit 2,8A. Mit freundlichen Grüßen Thorsten Ostermann
Hallo Thorsten, vielen Dank für diese ausführliche Erklärung. Mir ist jetzt einiges klarer geworden. Eine Sache verstehe ich aber noch nicht ganz. Bei vielen Treibern wie zb beim Drv8825 kann man eine Strombegrenzung einstellen. Was genau stellt man da in einem Mikroschritt Betrieb eigentlich ein? Den Spitzen- oder effektivwert? Denn bei einem Mikroschritt Betrieb muss je nach Position der Achse der spulen Strom angehoben werden, damit das Drehmoment konstant bleibt (Summe der Vektoren immer 100 Prozent). Grüße, Bülent
Man stellt den 100% Strom ein. I100 = Vref/(Rsense*5) Abhängig vom aktuellen (Mikro-)Schritt stellt der DRV8825 automatisch xx% des Stromes von I100 ein, getrennt für beide Wicklungen (Sinus- bzw. Cosinus-Funktion).
Bülent C. schrieb: > I100 des angeschlossen Schrittmotors? I100 ist der 100% Strom des ICs. Den stellt man durch Wahl der Spannung am Vref-Pin und durch den Wert des Widerstandes Rsense ein. Die beiden Rsense-Widerstände werden auch an das IC angeschlossen. I100 stellt man sinnigerweise auf den maximalen Spitzenstrom der Wicklung ein. I100 = Vref/(Rsense*5)
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Thorsten Ostermann schrieb: > Schrittmotoren wurden (ganz) früher immer im Vollschritt > angesteuert. Dementsprechend sind die Angaben für den Motornennstrom > immer auf den Betrieb mit 2 gleichzeitig bestromten Phasen bezogen > ("Effektivwert). Da ist mancher Hersteller von Schrittmotoren bzw. Schrittmotortreibern aber anderer Meinung. Sowohl Nanotec als auch Allegro bezeichnen den bei gleichzeitiger Bestromung beider Wicklungen im Vollschrittbetrieb fließenden Wicklungsstrom als 71%, d.h. sie gehen von der Amplitude des Stromes (Ipp/2) und nicht vom "Effektivwert" aus. http://de.nanotec.com/support/tutorials/schrittmotor-und-bldc-motoren-animation/ http://www.allegromicro.com/en/Products/Part_Numbers/4988/4988.pdf
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