Moin Leute,
ich möchte für eine Anwendung, bei der ich ein festes Drehmoment (<0,3
Nm) und eine feste Drehzahl (<400 U/min) benötige, einen bipolaren
Schrittmotor verwenden.
Die Drehzahl sollte sich kaum Verringern und das Drehmoment ist so
bemessen, dass ich den Motor mit der Hand anhalten kann. Drehmoment und
Drehzahl wird nicht verändert.
Dazu möchte ich einen Treiber wie bspw. den A4988 verwenden.
Zu meinen Fragen:
Wo, außer Klassiker wie Farnell, RS, Conrad etc., finde ich
Schrittmotoren?
Macht eine Anwendung eines Schrittmotors überhaupt Sinn oder sind andere
Motorentypen besser? Bürsten darf der Motor nicht haben. Ich benötigte
keine genaue Positionierung.
Ist das Haltemoment immer größer als das Drehmoment?
Brauche ich einen Sanftanlauf?
Ist ein Dauerbetrieb <10h mit einem Schrittmotor möglich?
Das darf ich leider nicht.
Aber ich denke, prinzipiell lässt sich das auch ohne
Funktionsbeschreibung klären, oder?
Stellt euch einfach vor, dass ich bspw. irgendetwas umwälzen will.
Gips1Gott schrieb:> Macht eine Anwendung eines Schrittmotors überhaupt Sinn oder sind andere> Motorentypen besser? Bürsten darf der Motor nicht haben. Ich benötigte> keine genaue Positionierung.
kräftiger Asyncronmotor mit Getriebe?
Dessen Drehzahl ist bei großzügiger Auslegung praktisch kostant.
Gips1Gott schrieb:> ich möchte für eine Anwendung, bei der ich ein festes Drehmoment (<0,3> Nm) und eine feste Drehzahl (<400 U/min) benötige
Sicher?
Dein "Verbraucher" nimmt wirklich immer gleiche Drehzahl und gleiches
Moment auf? Kommt mir eher unüblich vor.
Thomas F. schrieb:> Gips1Gott schrieb:>> ich möchte für eine Anwendung, bei der ich ein festes Drehmoment (<0,3>> Nm) und eine feste Drehzahl (<400 U/min) benötige>> Sicher?> Dein "Verbraucher" nimmt wirklich immer gleiche Drehzahl und gleiches> Moment auf? Kommt mir eher unüblich vor.
Ich möchte, dass der Motor nicht mehr als 0,3 Nm leisten kann und dabei
nicht mehr als 400 U/min dreht. Dabei sollten Drehzahl und Drehmoment
möglichst konstant sein.
Harald W. schrieb:> Gips1Gott schrieb:>>> Mir wäre am liebsten ein DC-Motor.>> Dann nimm doch einen. Ein Schrittmotor ist kein DC-Motor.
Er ist ein gleichstrombetriebener bürstenloser Motor. Oder nicht?
Thomas F. schrieb:> Dein "Verbraucher" nimmt wirklich immer gleiche Drehzahl und gleiches> Moment auf? Kommt mir eher unüblich vor.
Das gibt es in der Praxis auch nicht. Selbst bei scheinbar konstanter
Last, muss eines von beiden am Motor leicht schwanken: Entweder die
Drehzahl oder das Drehmoment. Oft ist es beides. -> cogging
Gips1Gott schrieb:> Ich möchte, dass der Motor nicht mehr als 0,3 Nm leisten kann
Das Drehmoment wird nicht durch den Motor, sondern durch Deine
Anwendung bestimmt. Du kannst allerdings durch Strombegrenzung
den Motor "abwürgen", wenn das abgeforderte Drehmoment zu hoch
wird. In diesem sollte man aber nicht längere Zeit verweilen,
weil sonst der Motor durchbrennen kann.
> und dabei nicht mehr als 400 U/min dreht.
Man kann natürlich auch eine Drehzahlregelung bauen.
> Dabei sollten Drehzahl und Drehmoment möglichst konstant sein.
Das geht nicht so ohne weiteres, weil das Drehmoment von Deinem
"Verbraucher" abhängt.
Gips1Gott schrieb:> Ist das Haltemoment immer größer als das Drehmoment?
Größer oder gleich
Gips1Gott schrieb:> Ist ein Dauerbetrieb <10h mit einem Schrittmotor möglich?
Ja
Gips1Gott schrieb:> Brauche ich einen Sanftanlauf?
Wenn das Statorfeld schneller beschleunigt wird als der Rotor folgen
kann, dann kommt es zu Schrittverlusten, d.h. der Rotor bleibt einfach
stehen.
Gips1Gott schrieb:> Wo, außer Klassiker wie Farnell, RS, Conrad etc., finde ich> Schrittmotoren?
Nanotec
Gips1Gott schrieb:> Macht eine Anwendung eines Schrittmotors überhaupt Sinn oder sind andere> Motorentypen besser? Bürsten darf der Motor nicht haben. Ich benötigte> keine genaue Positionierung.
Da musst du schon mehr zur Anwendung erzählen. Das was du forderst, also
konstante Drehzahl und konstantes Drehmoment ist aber insofern Käse, das
bei konstanter Drehzahl die Last dein Motormoment vorgibt. Wo soll denn
das Motormoment hingehen, wenn nicht in die Last? Natürlich kann man das
maximale Moment nach oben hin begrenzen (per Strombegrenzung).
Harald W. schrieb:> Gips1Gott schrieb:>>> Ich möchte, dass der Motor nicht mehr als 0,3 Nm leisten kann>> Das Drehmoment wird nicht durch den Motor, sondern durch Deine> Anwendung bestimmt. Du kannst allerdings durch Strombegrenzung> den Motor "abwürgen", wenn das abgeforderte Drehmoment zu hoch> wird. In diesem sollte man aber nicht längere Zeit verweilen,> weil sonst der Motor durchbrennen kann.>>> und dabei nicht mehr als 400 U/min dreht.>> Man kann natürlich auch eine Drehzahlregelung bauen.>>> Dabei sollten Drehzahl und Drehmoment möglichst konstant sein.>> Das geht nicht so ohne weiteres, weil das Drehmoment von Deinem> "Verbraucher" abhängt.
Das möchte ich machen. Sobald mehr als 0,3 Nm aufgebracht werden müssen,
soll der Strom begrenzt werden.
Die Drehzahl wird durch die Spannung beeinflusst, oder? Wenn ich eine
Strombegrenzung für das Drehmoment habe (hat der A4988) dann muss ich
nur noch die Eingangsspannung des Treibers begrenzen, oder?
Gips1Gott schrieb:> Er ist ein gleichstrombetriebener bürstenloser Motor. Oder nicht?
Nein. Ein Schrittmotor ist für Deine unbekannte Anwendung nicht
geeignet. Du brauchst einen asynchronen AC-Motor, der mit variabler
Frequenz für die Drehzahl und variabler Spannung fürs Drehmoment
eingestellt werden muß.
"Feste Drehzahl und festes Drehmoment" schließen sich übrigens aus, wenn
man nicht ...
Christopher J. schrieb:> Gips1Gott schrieb:>> Ist ein Dauerbetrieb <10h mit einem Schrittmotor möglich?>> Ja
Nein. Sobald er einmal stehen bleibt, pfeift er nur noch vor sich hin.
Gips1Gott schrieb:> Die Drehzahl wird durch die Spannung beeinflusst, oder? Wenn ich eine> Strombegrenzung für das Drehmoment habe (hat der A4988) dann muss ich> nur noch die Eingangsspannung des Treibers begrenzen, oder?
Der Witz bei einem Schrittmotor ist doch, dass man einfach die Anzahl
der Schritte vorgeben kann. Um den Rest kümmert sich der Motortreiber.
m.n. schrieb:> Christopher J. schrieb:>> Gips1Gott schrieb:>>> Ist ein Dauerbetrieb <10h mit einem Schrittmotor möglich?>>>> Ja>> Nein. Sobald er einmal stehen bleibt, pfeift er nur noch vor sich hin.
Dann muss man den eben wieder beschleunigen. Ich wollte damit nur sagen,
dass man einen Schrittmotor auch problemlos über Stunden einsetzen kann.
Selbst beim billigsten China-3D-Drucker laufen die Schrittmotoren ohne
Probleme über 10h durch.
m.n. schrieb:> Nein. Ein Schrittmotor ist für Deine unbekannte Anwendung nicht> geeignet. Du brauchst einen asynchronen AC-Motor, der mit variabler> Frequenz für die Drehzahl und variabler Spannung fürs Drehmoment> eingestellt werden muß.
Das ist doch völliger Käse. Natürlich kann man mit einem Schrittmotor
eine konstante Drehzahl fahren und das Moment begrenzen. Lediglich
konstante Drehzahl und konstantes Moment (bei gleichzeitig variabler
Last) geht nicht aber das ist auch vom Motortyp völlig unabhängig.
Gips1Gott schrieb:> Das möchte ich machen. Sobald mehr als 0,3 Nm aufgebracht werden müssen,> soll der Strom begrenzt werden.
...und der Motor soll stehen bleiben, bis er durchgebrannt ist?
Harald W. schrieb:> Gips1Gott schrieb:>>> Das möchte ich machen. Sobald mehr als 0,3 Nm aufgebracht werden müssen,>> soll der Strom begrenzt werden.>> ...und der Motor soll stehen bleiben, bis er durchgebrannt ist?
Nein. Der Treiber sollte anschließend ausschalten.
Christopher J. schrieb:> Der Witz bei einem Schrittmotor ist doch, dass man einfach die Anzahl> der Schritte vorgeben kann. Um den Rest kümmert sich der Motortreiber.
Und wenn der Motor bei Überlast stehen bleibt, kümmert sich der
Motortreiber darum, daß er wieder langsam anfährt?
Das ist echt ein Witz! Mal sehen, ob der TO darüber auch lachen kann.
Christopher J. schrieb:> Gips1Gott schrieb:>> Die Drehzahl wird durch die Spannung beeinflusst, oder? Wenn ich eine>> Strombegrenzung für das Drehmoment habe (hat der A4988) dann muss ich>> nur noch die Eingangsspannung des Treibers begrenzen, oder?>> Der Witz bei einem Schrittmotor ist doch, dass man einfach die Anzahl> der Schritte vorgeben kann. Um den Rest kümmert sich der Motortreiber.>> m.n. schrieb:>> Nein. Ein Schrittmotor ist für Deine unbekannte Anwendung nicht>> geeignet. Du brauchst einen asynchronen AC-Motor, der mit variabler>> Frequenz für die Drehzahl und variabler Spannung fürs Drehmoment>> eingestellt werden muß.>> Das ist doch völliger Käse. Natürlich kann man mit einem Schrittmotor> eine konstante Drehzahl fahren und das Moment begrenzen. Lediglich> konstante Drehzahl und konstantes Moment (bei gleichzeitig variabler> Last) geht nicht aber das ist auch vom Motortyp völlig unabhängig.
Der Motor soll ununterbrochen bei einer vorgegebenen Drehzahl drehen.
Das heißt, ich gebe die notwendigen Schritte für bswp. 400 U/min vor und
begrenze den Strom für den Fall, dass mehr als 0,3 Nm aufgebracht werden
müssten, es aber nicht dürften.
Der Treiber sollte bei Überstrom abschalten.
Dann messe das Drehmoment und die tatsächliche Drehzahl.
Mit der Information kannst du dann einen beliebigen Motor ansteuern der
ausreichend Drehmoment hat. Egal ob DC, BLDC, ASM, oder Schrittmotor.
Ist dann nur eine Frage der Intelligenz der Steuerung (Software)
Gips1Gott schrieb:> Die Drehzahl wird durch die Spannung beeinflusst, oder? Wenn ich eine> Strombegrenzung für das Drehmoment habe (hat der A4988) dann muss ich> nur noch die Eingangsspannung des Treibers begrenzen, oder?
Die Drehzahl wird beim Stepper ausschließlich durch die Frequenz der
Steuersignale bestimmt. Wenn Du einen Controller wie den A4988 nimmst,
dann hat der einen Takteingang, an den Du ein Signal einer bestimmten
Frequenz anlegst, und die bestimmt die Motordrehzahl. Wenn Du den Motor
belastest, wird er nicht langsamer, außer Du übersteigst das
Haltemoment, dann blockiert er (siehe unten).
Die Spannung ist eigentlich egal, solange sie innerhalb der
Spezifikation des Controllers bleibt. Der Controllor hat einen
Stromregler, der den Wicklungsstrom des Motors auf einen vorab
eingestellten Wert regelt, unabhängig von der Eingangspannung. Der Strom
bleibt sogar konstant, wenn Du den Motor anhältst (also Frequenz=0).
Wenn Du den Motor mechanisch blockierst, dann bleibt er stehen, aber der
Strom durch die Wicklung bleibt unverändert, weil er vom Controller
geregelt wird. Es gibt Controller, die eine Blockade erkennen können und
den Motor abschalten, aber ich weiß nicht ober der 4988 das kann (->
Datenblatt).
Wenn Du ansonsten einen blockierten Stepper loslässt, läuft er sofort
mit der zuvor eingestellten Drehzahl weiter (Warum sollte er das nicht
tun?)
Wie lange der Motor läuft, ist völlig egal, solange keine Temperatur
oder Maximalstrom überschritten wird. Es gibt keine maximale
Betriebsdauer wie beim Fön.
Stepper bekommst Du z.B. bei Watterott, Eckstein oder einer anderen
Straßenecke. Ob die das geforderte Drehmoment bringen können, sagt dir
wiederum das Datenblatt.
Gips1Gott schrieb:> ich gebe die notwendigen Schritte für bswp. 400 U/min vor und> begrenze den Strom für den Fall, dass mehr als 0,3 Nm aufgebracht werden> müssten, es aber nicht dürften.>> Der Treiber sollte bei Überstrom abschalten.
Da siehst du bisher folgende Probleme nicht:
1. Die konstante Drehzahl bei gegebener Frequenz ist kein Problem,
gerade dafür sind Schritt- und Synchronmotoren besonders geeignet.
Allerdings musst du zum Start die Frequenz langsam hochfahren, sonst
bleibt der Schrittmotor stehen, und selbst wenn nicht, weil er stark
genug ist, tut es der angeschlossenen Mechanik garnicht gut wenn
schlagartig die volle Drehzahl anliegt - man hört es dann oft richtig
knallen.
2. Überstrom ist bei einem Schrittmotor garnicht definierbar, der
Treiber steuert die Windungen mit Konstantstrom an. Der Strom steigt
daher nicht mit der Belastung an. Das Drehmoment reicht also oder halt
nicht, dann bleibt der Motor stehen und pendelt nur um eine Schritt hin
und her, das hört man dann pfeifen.
3. Wird die Belastung zu gross und der Motor bleibt stehen, so kann man
das z.B. mit einem Hallsensor überwachen und den Treiber abschalten.
Aber was passiert dann? Bei meinen Antrieben erkennt das der steuernde
Prozessor und versucht einen neuen Alauf von Null an, von selbst startet
der Schrittmoror nicht wieder, man muss eingreifen. Also bleibst du am
besten die geforderten 10 h daneben sitzen.
Georg
Vancouver schrieb:> Wenn Du ansonsten einen blockierten Stepper loslässt, läuft er sofort> mit der zuvor eingestellten Drehzahl weiter (Warum sollte er das nicht> tun?)
Wenn ein großes Trägheitsmoment dran hängt wird er bei hoher Frequenz
einfach stehen bleiben.
Stichworte die gefallen sind "Rührwerk" sowie der Nickname "Gips1..."
Wie immer Smalamitaktik, und ja die große Erfindung geheim halten, sonst
könnten wir ja tatsächlich sinnvoll helfen statt im Nebel rumzustochern!
Der Andere schrieb:> Wenn ein großes Trägheitsmoment dran hängt wird er bei hoher Frequenz> einfach stehen bleiben.
Ja, das stimmt. Je nachdem, was dranhängt, ist langsames Anfahren
besser, aber das ist keine Einschränkung die durch den Motor selbst
zustande kommt. Einen Stepper im Leerlauf kann man eigentlich immer aus
dem Stand sofort auf Drehzahl bringen, auf jeden Fall auf die 400
Umdrehungen des TO.
Wo hast Du etwas von einem Rührwerk gelesen?
Vancouver schrieb:> Wo hast Du etwas von einem Rührwerk gelesen?
Wo es keine Informationen gibt, muss man versuchen zu raten.
Zumindest führen Lösungen ohne Infos oft zu unnötig teuren
Lösungen.
Harald W. schrieb:> Zumindest führen Lösungen ohne Infos oft zu unnötig teuren> Lösungen.
Ja, aber das ist nicht unser Problem. Je schwammiger die Spec, desto
größer ist der Lösungsraum, und damit muss der TO klarkommen.
Harald W. schrieb:> Wo es keine Informationen gibt, muss man versuchen zu raten.> Zumindest führen Lösungen ohne Infos oft zu unnötig teuren> Lösungen.
Ja, das dachte ich mir auch schon die ganze Zeit. Wahrscheinlich ist
weder die genaue Drehzahl wichtig, noch das Drehmoment. Irgendwas wird
gerührt, wenn jemand mit der Hand reinkommt soll es stoppen. Oder so...
Welche Kriterien zum Ausschluss eines Getriebes oder eines
bürstenbehafteten Motors geführt haben, ist auch unklar...
Übrigens könnte man das Drehmoment auch mit einer Magnetkupplung
begrenzen, dann muss man keinen Strom absenken etc.
Vancouver schrieb:> Einen Stepper im Leerlauf kann man eigentlich immer aus> dem Stand sofort auf Drehzahl bringen, auf jeden Fall auf die 400> Umdrehungen des TO.
Man merkt doch gleich die fehlende Erfahrung ;-)
400 Upm entsprechen 1333 Hz Schrittfrequenz bei einem 1,8°
Schrittwinkel.
Bei dieser Startfrequenz läuft ein 0,3 Nm Schrittmotor in der Regel
nicht an.
Interessant, was hier wieder so alles in die Anfrage reininterpretiert
wird...
Schrittmotoren eignen sich sehr gut für Anwendungen mit konstanter,
niedriger Drehzahl und vergleichsweise hohem Drehmoment. Gegenüber
DC-Getriebemotoren Entfallen der Verschleiß der Bürsten und des
Getriebes. Zudem bleibt die Drehzahl auch ohne Rückführung unabhängig
vom Lastmoment konstant, so lange der Motor nicht überlastet wird.
Ich habe extra in eine meiner Schrittmotorsteuerungen einen internen
Taktgenerator eingebaut, weil ich Kunden habe, die Schrittmotoren in in
ihren Anwendungen ohne großen Steuerungsaufwand (Taktausgang an der SPS
o.ä.) einsetzen wollen [1]. Eine Anwendung war ein Förderbandantrieb in
der Herstellung von Steckverbindern, eine andere ist die Dosierung von
Futtermittel in der Landwirtschaft.
Man muss natürlich beachten, dass der Motor je nach anstehender Last
nicht von alleine wieder anläuft, bzw. zum Anlaufen eine Hochlauframpe
benötigt. Nur bei sehr niedrigen Drehzahlen kann man auch im Start-Stop
Betrieb fahren. Mit 400 U/min (=6,66U/s) wird das nicht mehr gehen. So
lange man den Motor nicht mit mehr als seinem Nennstrom betreibt, kann
er dabei auch nicht durchbrennen, wie das hier schon befürchtet wurde.
Was der OP mit festem Drehmoment vermutlich meint, ist eine Begrenzung
des Drehmomentes, damit z.B. das Werkstück nicht beschädigt werden kann.
Auch das ist beim Schrittmotor gegeben.
Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann
[1] https://www.mechapro.de/tinystep.html
Gips1Gott schrieb:> Der Motor soll ununterbrochen bei einer vorgegebenen Drehzahl drehen.> Das heißt, ich gebe die notwendigen Schritte für bswp. 400 U/min vor und> begrenze den Strom für den Fall, dass mehr als 0,3 Nm aufgebracht werden> müssten, es aber nicht dürften.>> Der Treiber sollte bei Überstrom abschalten.
Die ganz billige Variante ist, z.B. einen Pololu A4988 zu nehmen und den
Poti einfach so einzustellen, dass der Strom entsprechend limitiert
wird. Wird der Strom überschritten, so bleibt der Motor stehen und
pfeift einfach nur vor sich her.
Bei besseren Treiberbausteinen, z.B. Trinamic TMC2130, gibt es eine
Erkennung von Schrittverlusten. In einem solchen Fall kann der Treiber
den Controller benachrichtigen und der schaltet den Treiber dann einfach
ab. Bei Trinamic nennen sie das Feature mit der Schrittverlusterkennung
"Stallguard". Ein Treiberbaustein mit dem TMC2130 gibt es z.B. bei
Watterott, ist allerdings zur Zeit ausverkauft:
http://www.watterott.com/de/SilentStepStick-TMC2130
So ein TMC2130 sollte in Verbindung mit einem "normalen" Nema23 die
geforderten 0,3Nm Drehmoment problemlos liefern können.
Thorsten O. schrieb:> Interessant, was hier wieder so alles in die Anfrage reininterpretiert> wird...> ...> Was der OP mit festem Drehmoment vermutlich meint, ist eine Begrenzung> des Drehmomentes, damit z.B. das Werkstück nicht beschädigt werden kann.
Deine Vermutung ist nur eine weitere Interpretation. Ein "Pololu A4988"
ist vermutlich Dein Lieblingstreiber, um auf die Palme zu kommen ;-)
Man könnte die Frage auch so verstehen, daß ein konstantes Drehmoment
erzeugt und, im Falle einer fehlenden Last, die Drehzahl begrenzt werden
sollen. Wäre doch gelacht, wenn es da nicht schon etwas Fertiges in
Schina geben sollte.
Vancouver schrieb:> Die Spannung ist eigentlich egal, solange sie innerhalb der> Spezifikation des Controllers bleibt.
Die Spannung ist alles andere als egal. Wenn der Schrittmotor auch bei
höherer Schrittfrequenz sein Drehmoment behalten soll, muss die Spannung
möglich hoch sein, damit die Stromregelung trotz der Induktivität den
Strom durch die Wicklung drücken kann.
Guck dir mal bspw. diesen Motor mit einem Haltemoment von 50cNm an.
Bei 24V-Betrieb bricht das Drehmoment bei ca. 600 1/min auf 30cNm ein,
bei 48V erst bei 1500 1/min
https://de.nanotec.com/produkte/603-as4118l1804/
Wolfgang schrieb:> Die Spannung ist alles andere als egal.
Natürlich muss die Spannung groß genug sein, damit die Stromregelung
arbeitet. Wenn Du die Spannung auf Null stellst, bleibt der Motor
stehen, auch klar. Aber die Annahme des TO
"Die Drehzahl wird durch die Spannung beeinflusst, oder? "
ist nicht richtig. Wenn er Motor läuft, kannst Du die Eingangsspannung
am Labornetzteil hoch und runter drehen wie Du willst, da ändert sich
nichts, solange du den Controller nicht platzen lässt und andererseits
genug Spannung für die Stromregelung lieferst.
Vancouver schrieb:> Aber die Annahme des TO> "Die Drehzahl wird durch die Spannung beeinflusst, oder? "> ist nicht richtig.
Das gilt nur für normale (Bürsten-)Gleichstrommotoren.
Schrittmotore dagegen kann man ja sowieso nicht direkt an Gleich-
spannung anschliessen. Sie laufen nur mit einer etwas aufwändige-
ren Steuerschaltung und diese legt dann fest, wie der Motor läuft.
butsu schrieb:> Irgendwas wird gerührt, wenn jemand mit der Hand reinkommt soll> es stoppen. Oder so...
Dann hat er hoffentlich die Massenträgheit mitberücksichtigt respektive
die Rotationsenergie.
