Forum: Offtopic Verwirrende Energiebetrachtung am Schrittmotor


von Third E. (third-eye)


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Hallo.

Ich habe einen 12V-Schrittmotor für unipolaren Betrieb, d.h. er hat 6 
Adern und zwei Wicklungen mit Mittelanzapfung. So wie hier:
http://www.rn-wissen.de/images/7/76/Stepperspulen.gif

Ich habe aber vor, den Motor an einem bipolaren Treiber zu laufen zu 
lassen und ihn so zu beschalten, um möglichst viel Drehmoment 
rauszuholen.
Ich könnte also je nur eine Teilwicklung beschalten. Damit dürfte das 
Drehmoment identisch sein wie bei der unipolaren Ansteuerung.
Dann hatte ich aber folgenden Gedanken: Wenn die Hälfte der Wicklungen 
im Motor nicht verwendet wird, ist das auch nicht schön. Ich könnte 
daher statt jeweils nur einer Teilwicklung die ganze verwenden. Dann 
hätte ich bei 12V nur noch den halben Strom, muss also auch nur die 
halbe elektrische Leistung reinstecken. Da aber die magnetische 
Durchflutung Strom mal Windungszahl ist, und die Windungszahl jetzt 
doppelt so groß ist, hätte ich die selbe Kraft wie vorher, aber bei 
halber elektrischer Leistung.
Bin verwirrt o.O
Irgendwas habe ich wohl bei meiner Betrachtung unberücksichtigt 
gelassen. Kann mir jemand auf die Sprünge helfen?

Gruß Third-Eye

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Kann schon passen.  Deine Betrachtung gilt ja nur für den statischen
Fall, und in diesem wird die Energie ja nur noch verheizt, denn der
Stromfluss wird nur für das Haltemoment benötigt.

Im dynamischen Fall dagegen würden deine in Reihe geschalteten
Spulen die Geschwindigkeit des Stromanstiegs reduzieren (durch die
höhere Induktivität), d. h. du bekommst dann wirklich weniger
Drehmoment heraus bzw. das Drehmoment fällt bezogen auf die
Drehzahl früher ab.

von Jeffrey L. (the_dude)


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wobei dieser Effekt sehr minimal sein dürfte!?

>Da aber die magnetische
>Durchflutung Strom mal Windungszahl ist, und die Windungszahl jetzt
>doppelt so groß ist, hätte ich die selbe Kraft wie vorher, aber bei
>halber elektrischer Leistung.

Hier hast Du ein Denkfehler!
Die Windungszahl ist doppelt so groß, aber der Strom halbiert sich da 
(aufgrund der doppelten Windungszahl) auch der doppelte Widerstand 
wirkt.

Halber Strom * doppelte Windungszahl = gleiche Leistung!

...unberücksichtig dessen was Jörg sagt!

von Third E. (third-eye)


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Jörgs Erklärung macht Sinn. Im statischen Fall ist es wie bei einem 
Elektromagneten (Zugmagnet). Das habe ich praktisch getestet. Doppelte 
Windungszahl mit gleichem Draht = halber Strom und halbe Wärmeleistung, 
aber gleiche Kraft. Dynamisch siehts ja ganz anders aus.

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo zusammen!

Der Strom halbiert sich nicht. Der Faktor ist 1/sqrt(2)=0,7.

Begründung:
P(verlust)=I²*R
Bipolar verdoppelt sich der Widerstand, also darf das Quadrat des Stroms 
nur halb so groß sein. Die Motornennspannung ändert sich natürlich auch, 
aber die ist ja bei modernen Konstantspannungstreibern ohnehin nicht von 
Bedeutung.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Thorsten Ostermann schrieb:
> Der Strom halbiert sich nicht.

Doch, wenn man keinen extra Treiber hat, sondern der Strom nur durch
den Kupferwiderstand der Wicklung begrenzt wird, dann halbiert er
sich (weil der Widerstand sich durch die Reihenschaltung verdoppelt).

Wenn man separate Treiberschaltungen hat, ist das alles ohnehin ganz
anders.

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Jörg!

Das ist nicht richtig. Das ohmsche Gesetz gilt immer. Um den Motor bei 
gleicher Leistung zu betreiben musst Du (ohne Treiber) natürlich die 
Versorgungsspannung anpassen. Dann ist P(verlust)=konst=I²*R.

Schau mal in die Kataloge der Motorhersteller. Da liegt zwischen 
unipolarem und bipolarem Betrieb immer der Faktor Wurzel(2) bzw. 
1/Wurzel(2).

Gruß
Thorsten

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Thorsten Ostermann schrieb:
> Um den Motor bei
> gleicher Leistung zu betreiben musst Du (ohne Treiber) natürlich die
> Versorgungsspannung anpassen.

Er will aber die Versorgungsspannung belassen, wie sie ist.

von Third E. (third-eye)


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Genau. Die Spulenenden werden einfach nur "hart" auf Plus bzw. auf Masse 
geschalten, keine Stromregelung, Chopper oder Ähnliches.

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Dane!

Das las sich in Deinem Ursprungsposting aber anders:
"Ich habe aber vor, den Motor an einem bipolaren Treiber zu laufen zu
lassen und ihn so zu beschalten, um möglichst viel Drehmoment
rauszuholen."

Möglichst viel Drehmoment bedeutet in dem Fall, Versorgungsspannung 
absenken oder Konstantstromtreiber nehmen und Strom um 30% reduzieren. 
Dann hat man im bipolaren Betrieb zumindest im unteren Drehzahlbereich 
bis zu 40% mehr Drehmoment. Noch besser wäre natürlich bipolar parallel, 
aber das geht nur mit Motoren, die 8 Anschlüsse haben.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

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