Verwirrt über die Spezifikationen von Schrittmotoren und den PWM-Step/Dir-Trick

Die Nennspannung. Leistung ist Spannung mal Strom.

Leona schrieb:

Was übersehe ich also?

Drehmomentkurve und Betriebsspannung

Na den einen mit 40Volt und den anderen mit 12Volt betreiben. Je nach Design der Gesamtschaltung (zB. Chopperfrequenz). Der eine hat 37mH und der andere nur ein zehntel davon.

Leona schrieb:

Eine Verdoppelung des Drehmoments auf 1/3 des Stroms klingt zu schön, um wahr zu sein. Was übersehe ich also?

Der 12V-Motor hat mehr Windungen auf dem Stator. Und 1,6A mit 1 Windung erzeugen das selbe Magnetfeld wie 0,4A mit 4 Windungen. Stichwort: Amperewindungen.

Was übersehe ich also?

Der für 12V spezifizierte Motor hat eine 12 mal höhere Induktivität. Bei der selben Versorgungsspannung hast du also eine signifikant längere Stromanstiegszeit und kannst ihn deshalb auch nicht so schnell fahren.

Oder andersrum: der 12V Motor ist für einfache Ansteuerung mit simplen Transistoren ohne Stromregler (Stichwort: simple Arduinoschaltungen) direkt an einem 12V Netzteil. Der Motor mit 2,8V braucht bei einer vernünftigen Versorgungsspannung (ab 12V aufwärts) einen Stromregler, der dafür sorgt, dass micht mehr Strom als die 1,7A fließen.

Korrigiert mich wenn ich falsch liege, aber Schrittmotoren mit niedriger Spannung und hohem Strom sind eher für Kraft konzipiert, während Motoren mit hoher Spannung für Geschwindigkeit ausgelegt sind.

Ich beispielsweise betreibe meine Treiber aus diesem Grund an der unteren Spannungsgrenze, weil bei meinen Maschinen Geschwindigkeit keine Rolle spielt und ausschließlich das Drehmoment.

Aber vielleicht irre ich mich ja auch. Evtl. ist es genau andersherum.

Ada J. Quiroz schrieb:

Korrigiert mich wenn ich falsch liege, aber Schrittmotoren mit niedriger Spannung und hohem Strom sind eher für Kraft konzipiert

Die maximal dauerhaft mögliche "Kraft" bestimmt die Baugröße des Motors.

während Motoren mit hoher Spannung für Geschwindigkeit ausgelegt sind.

Bei gleicher Bauform haben Schrittmotoren mit hoher Spannung und weniger Strom mehr Windungen auf dem Stator. Mehr Windungen bei gleichem Kernmaterial bedeutet "mehr Induktivität". Aus den obigen Datenblättern sieht man das dann an den 3,2mH für den "Niederspanunngsmotor" und 37mH für den "Hochspannungsmotor". Zudem ist klar, dass der Motor für die hohe Spannung einen höheren Innenwiderstand hat (klar, wegen U/I). Der "Niederspannungmotor" hat hier also 1,65 Ohm, der mit der hohe Spulenspannung kommt auf 30 Ohm.

Und jetzt kommt die Sache mit der "Ladekurve". Ähnlich wie ein Kondensator über einen Vorwiderstand mit Spannung geladen wird, wird hier die Induktivität über einen Vorwiderstand (Spulenwiderstand) mit Strom "geladen".

Und dann setzt du in die Ladekurve bei einer vorgegebenen Versorgungsspannung von z.B. 24V einfach mal die Werte 3,2mH/1,65R bzw. 37mH/30R ein. Dort kannst du mal mit dieser Ladekurve herumspielen: https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-induktion/grundwissen/ein-und-ausschalten-von-rl-kreisen

Was dort leicht erkennbar ist: bei hoher Induktivität ist der Stromanstieg flacher. Mit einem Simulationsprogramm wie LTSpice kannst du dann leicht herausfinden, wie schnell bei gegebener Versorgungsspanung der Strom auf den Nennwert des Motor ansteigt. Ich habe das mal exemplarisch mit LT-Spice simuliert. Da sieht man, dass bei 12V Versorgungsspannung der "Niedervoltmotor" schon nach 500µs seinen Nennstrom I=1,65A und damit seine Nennkraft erreicht hat. Der "Hochspannungsmotor" braucht da bis zu sienen 0,4A mit 5ms locker die 10-fache Zeit.

Also gilt: der Stromanstieg bis zum Nennstrom(!) an gegebener Versorgungsspannung ist beim "Hochspannungsmotor" 10 mal langsamer. Und deshalb kann der bei gleicher Versorgungsspanung bei Nennlast auch niemals so schnell fahren wie der "Niederspannungsmotor".

Michael schrieb:

Das ist ein Spammer.

Danke, stimmt, wieder mal drauf reingefallen. Nutzer entfernt.

Hier noch Beispiele:

Gleich alle mit aufgeräumt.

Michael schrieb:

Ich vermute mal das macht ein Unternehmen welches sich darauf spezialisiert hat gegen Münzeinwurf Traffic zu erzeugen.

Und was macht man dann mit dem Traffic?

Lothar M. schrieb:

Danke, stimmt, wieder mal drauf reingefallen. Nutzer entfernt.

Trotzdem Danke für die ausführliche Erklärung. Hilft vielleicht anderen "Mitlesern", die die gleiche Frage haben.

Ada J. Quiroz schrieb:

Korrigiert mich wenn ich falsch liege, aber Schrittmotoren mit niedriger Spannung und hohem Strom sind eher für Kraft konzipiert, während Motoren mit hoher Spannung für Geschwindigkeit ausgelegt sind.

Du liegst falsch. Motoren mit geringer Spannung (wenig Windungen, geringe Induktivität, hoher Strom) sind für Geschwindigkeit ausgelegt. Die Kraft interessiert dich bei der Spezifikation des Motors nicht, weil die immer von dem Hebel abhängt, den du an der Achse dran hast. Darum verwendet man das Drehmoment als Kenngröße und das ist bei fester Motorgeometrie proportional zur Amperewindungszahl. Hohe Spannung heißt: viele Windungen, hohe Induktivität und funktioniert daher nur bei geringer Drehzahl.

Lothar M. schrieb:

Oder andersrum: der 12V Motor ist für einfache Ansteuerung mit simplen Transistoren ohne Stromregler (Stichwort: simple Arduinoschaltungen) direkt an einem 12V Netzteil.

Was passiert wohl bei einem Motor mit 12V Nennspannung, wenn man den mit hoher Spannung (z.B. 40V) und stromgeregelter Ansteuerung betreibt? Auch da reicht die Drehmomentkurve dann weiter raus, als bei Betrieb mit 12V.

Da muss man eben wissen, was man vor hat, d.h. welches Drehmoment bei welcher Drehzahl.

Hallo Ada,

Ada J. Quiroz schrieb:

Korrigiert mich wenn ich falsch liege, aber Schrittmotoren mit niedriger Spannung und hohem Strom sind eher für Kraft konzipiert, während Motoren mit hoher Spannung für Geschwindigkeit ausgelegt sind.

Ich beispielsweise betreibe meine Treiber aus diesem Grund an der unteren Spannungsgrenze, weil bei meinen Maschinen Geschwindigkeit keine Rolle spielt und ausschließlich das Drehmoment.

Aber vielleicht irre ich mich ja auch. Evtl. ist es genau andersherum.

Genau, du irrst. Je höher der Wicklungsstrom bei gleichem Nennmoment, desto weiter verschiebt sich der Knick in der Kennlinie nach rechts. Bedeutet: Mehr Drehmoment bei höheren Drehzahlen. Reduziert man wie du die Spannung, sinkt die maximale Drehzahl, an der Stelle hast du Recht.

Mit freundlichen Grüßen Thorsten Ostermann