Spannungsversorgung und Netzteilwahl

[Fabian W. (fwidholm)]

Sehr geehrtes Forum,

ich hoffe ihr könnt mir bei meinem Anliegen helfen.

Ich würde gerne wissen, ob ich bei meiner Schaltung alles richtig 
aufgebaut habe und ob es vielleicht Verbesserungsvorschläge gibt. Wobei 
die Hauptfrage eigentlich ist, wie ich meine Schaltung am besten mit 
Spannung versorge.

Also erstmal zu den Bauteilen die ich verwende:
1. Einen Arduino Uno

2. A4988 Motortreiber (3x für jeden Motor)

3. 3x Stepper Motoren (wobei 2 IMMER gleichzeitig laufen)
( 
https://www.conrad.at/de/p/joy-it-schrittmotor-nema17-03-joy-it-0-2-nm-1-2-a-wellen-durchmesser-5-mm-2148831.html 
)

4. Einen Elektromagneten
( 
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/R600/DATENBLATTSEN-MAG25N.pdf 
)

5. Ein Sprachmodul
( https://www.fortebit.tech/docs/manuals/easyvr-3/ )

6. Und ein Display
( https://nextion.tech/datasheets/nx3224k028/ )

Also die 3 Motoren hätte ich je mit einem Motor Treiber verbunden. 
Nachdem 2 immer gleichzeitig laufen hätte ich bei denen das Signal vom 
Arduino auf beide aufgeteilt. (oder soll man 2 Motoren an einem Treiber 
hängen und mit einem Signal steuern? Müsste man wahrscheinlich Motoren 
mit weniger Strom verwenden, damit sich das am Treiber ausgeht.)
Das Sprachmodul wird mit den richtigen Pins laut Datenblatt am Arduino 
verbunden. Der Elektromagnet wird mit einem noch freien Pin verbunden 
und das Display mit den RX, TX-Pins.

Soweit gut, aber bei der Spannungsversorgung Blicke ich noch nicht ganz 
durch.

Arduino, Display, Sprachmodul und Motortreiber benötigen 5 Volt. Die 
Motoren hätte ich mit 12 oder 24 Volt betrieben. Wobei ich den 
Elektromagneten auch mit der Spannung von den Motoren betrieben hätte 
(oder sollte ich diesen eher an die 5 Volt hängen, wie es im Datenblatt 
steht und nicht wie die Motoren mit mehr versorgen?). Mein Plan ist ein 
Netzteil mit 24 Volt zu nehmen und dann mit einem Dc Dc Wandler auf die 
benötigten 5 Volt runter zu regeln.
Jetzt ist noch die Frage wie viel Strom das Netzteil bereitstellen muss. 
Der Arduino benötigt 500mA, das Sprachmodul, der Elektromagnet und das 
Display glaub ich auch, nachdem man sie alle auch einzeln über einen 
Arduino betreiben kann (obwohl dies beim Display nicht empfohlen wird). 
Die Motoren benötigen 1,2 Ampere. Das heißt wenn man alle Ströme addiert 
und noch bisschen Platz lässt, dass man so 6 Amper brauch? Stimmt und 
funktioniert das so wie ich mir das vorstelle?

Zum Schluss noch eine letzte Frage. Ich habe schon des Öfteren von einem 
Kondensator gelesen, der die Spannung glätten soll. Braucht man diesen 
wirklich? Und wenn ja, welcher und wie groß sollt dieser sein?

Mfg
Fabian

[Harald W. (wilhelms)]

Fabian W. schrieb:

> Mein Plan ist ein Netzteil mit 24 Volt zu nehmen
> und dann mit einem Dc Dc Wandler auf die benötigten 5 Volt
> runter zu regeln.

Es macht durchaus Sinn, die Motoren und den Magneten aus zwei
verschiedenen Netzteilen zu versorgen. Man bekommt dann weniger
gegenseitige Störungen.

[Michael B. (laberkopp)]

Fabian W. schrieb:
> Das heißt wenn man alle Ströme addiert und noch bisschen Platz lässt,
> dass man so 6 Amper brauch? Stimmt

Nein. Die Motoren benötigen 1.2A bei 4.8V pro Wicklung.

Lieferst du 24V, zieht der Motortreiber nur noch 240mA. Mal 6 macht 
1.4A. Dein Magnet zieht 0.5A bei 5V. Der step down braucht dafür aber 
nur 105mA aus 24V. Und der Arduino kommt inklusive Display und 
Sprachmodul auch mit weniger als 500mA an 5V also 105mA aus 24V aus.

Es reichen also mit 20% Schaltreglerverlusten 2A/24V als Netzteil. Ich 
würde aber einen 24V Magneten nehmen oder wenigstens dem Magneten seinen 
eigenen Schaltregler bieten.

Ausserdem müssten deine A4988 auf 1.7A Spitze eingestellt werden damit 
sie 1.2Arms an deine Motoren liefern. Das halten die winzigen Platinen 
nur mit extra Kühlkörpern aus.

[Rainer W. (rawi)]

Fabian W. schrieb:
> Müsste man wahrscheinlich Motoren mit weniger Strom verwenden, damit
> sich das am Treiber ausgeht.)

Bei Schrittmotortreibern mit Stromregelung bestimmt im sinnvollen 
Betriebsbereich der Treiber, wieviel Strom fließt, nicht der Motor.
"Sinnvoller Betriebsbereich" heißt hier: Drehzahl nicht zu hoch, 
Betriebsspannungen hoch gegen Motornennspannung, so dass die 
Stromregelung vernünftig arbeiten kann.

Wenn du zwei Motoren an einen Treiber hängst, kommt es drauf an, ob du 
sie parallel oder in Serie schaltest. Im ersten Fall teilt sich der 
Strom auf die beiden Motoren auf und das Drehmoment ist entsprechend 
geringer, im zweiten Fall teilt sich die Spannung auf und es sind wegen 
Addition der Spannungsabfälle an den Motoren und denn unterwegs 
Gegeninduktionsspannungen keine hohen Drehzahlen erreichbar.

[Fabian W. (fwidholm)]

Erstmal Vielen Dank für die schnellen und tollen Antworten.

Michael B. schrieb im Beitrag
> Es reichen also mit 20% Schaltreglerverlusten 2A/24V als Netzteil.

Okay, das ist super. Da hätte ich mich mit 6A ja ordentlich vertan.

> Ich würde aber einen 24V Magneten nehmen oder wenigstens dem Magneten seinen
> eigenen Schaltregler bieten.

Das heißt einen Schaltregler für Arduino, Display und Sprachmodul und 
einen Schaltregler für den Elektromagneten. Beide auf 5 V nach unten. 
Und die Motoren mit 24V betreiben. Passen da die 24V eigentlich eh, oder 
sollte man lieber 12V nehmen?

> Ausserdem müssten deine A4988 auf 1.7A Spitze eingestellt werden damit
> sie 1.2Arms an deine Motoren liefern. Das halten die winzigen Platinen
> nur mit extra Kühlkörpern aus.

Warum muss ich meine Treiber auf 1,7 A einstellen wenn sie nur 1,2 A 
liefern müssen?

Sollte man sich einen anderen Treiber überlegen, der bei dieser Spannung 
nicht so warm wird?

Mfg
Fabian