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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 12V Schrittmotor mit 5V Powerbank


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Autor: Bill (Gast)
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Hallo,

ich habe mir einen NEMA 17 Schrittmotor gekauft

Ich habe den günstigsten genommen, welcher folgende Daten hat:

Spannung 12V
Strom 0,4A
Schritte 200

Ansteuern möchte ich ihn über ein DRV8825 und einem Arduino, ein 
Gesamtstrom von etwa 0,7A

Ich möchte das ganze über eine 10Ah 5V Powerbank betreiben welche 2A 
liefern kann.

Da der DRV8825 mindestens 8V benötigt brauche ich ein Step UP, welchen 
ich auf 12V einstellen wollte.

12V*0,7A = 8,4W

Mit einem Wirkungsgrad von 90% des Step UPs wären das etwa 9,3W

Bedeutet also dass ich am Eingang 5V mit 1,86A benötige. Dies würde ja 
meine Powerbank liefern können und ich hätte theoretisch eine Laufzeit 
von 5,4 Stunden.

Stimmen meine Berechnungen hier oder habe ich etwas falsch gemacht?

Autor: Arduino Fanboy D. (ufuf)
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Der DRV8825 ist gut geeignet für Schrittmotore mit 1,7A bis 2,2A und 
einer Spannung von bis zu 3V.
Diese Motoren können dann mit 12V bis 36V(?) betrieben werden.


Du bräuchtset also einen Steppup, welche schon an die 30V liefern muss, 
damit dein 12V Motor ein nennenswertes Drehmoment entwickeln kann.

Oder anders formuliert:
Treiber und Motor passen nicht zueinander.

Autor: m.n. (Gast)
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Bill schrieb:
> habe ich etwas falsch gemacht?

Du hast Dir unpassende Teile ausgesucht.
Nimm eine 12 V Versorgung und einen Schrittmotor mit <= 5 V Wicklungen. 
Alles andere ist Würgerei.

> Ich habe den günstigsten genommen

Falscher Ansatz!

Autor: Bill (Gast)
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Arduino F. schrieb:
> damit dein 12V Motor ein nennenswertes Drehmoment entwickeln kann.

Wenn ich ihn über ein 12V Netzteil mit dem DRV8825 betreibe dann 
funktioniert alles problemlos ich wollte nur von der Steckdose weg.

Die Kraft die ich benötige bringt er hierbei schon auf.

Autor: nur zufällig hier (Gast)
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Eine 10Ah Powerbank liefert ca. 6h lang 1A@5V (+/- mit grosser 
Streuung). Klingt komisch aber das ist halt die Art und Weise wie 
Marketing technische Daten umschreibt.

Autor: Alex G. (dragongamer)
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Manche hier sind mal wieder im Optimierungswahn.

Deine Rechnung stimmt fast. Bei der Spannungsdiferenz musst du bei den 
meisten Stepupwandlern eher mit 75-85% Efizienz rechnen.

Eventuell macht ein Elko (~1-2 mF) an der Treiberleitung Sinn um 
Verbrauchsspitzen abzufedern.

Edit: Ja bei der Powerbank genau hinschauen wie es gerechnet ist. Oft 
beziehen sie die mAh Zahlen auf die 3.7v Zelle im innern anstelle der 
Ausgangsspannung von 5V.

: Bearbeitet durch User
Autor: Bill (Gast)
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Alex G. schrieb:
> Eventuell macht ein Elko (~1-2 mF) an der Treiberleitung Sinn um
> Verbrauchsspitzen abzufedern.

Habe ich bereits verbaut.

Alex G. schrieb:
> Edit: Ja bei der Powerbank genau hinschauen wie es gerechnet ist. Oft
> beziehen sie die mAh Zahlen auf die 3.7v Zelle im innern anstelle der
> Ausgangsspannung von 5V.

Stimmt die Powerbank hat 10Ah bei 3,7V also 37Wh

37Wh / 5V wären 7,4Ah

Wären dann immer noch eine Laufzeit von 4,4h was völlig ausreichen würde

Autor: Bill (Gast)
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nur zufällig hier schrieb:
> wie
> Marketing technische Daten umschreibt.

Könnte ja fast schon als Verbrauchertäuschung durchgehen

Autor: Klaus (Gast)
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Bill schrieb:
> 37Wh / 5V wären 7,4Ah

Da fehlt der Wirkungsgrad des Step-Ups in der Powerbank. Dann noch der 
Wirkungsgrad deines Step-Ups. Und am Ende wird garkein Stepper gebraucht 
sondern ein Motor mit Drehzahlsteuerung.

MfG Klaus

Autor: Wolfgang (Gast)
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Bill schrieb:
> Ich habe den günstigsten genommen, welcher folgende Daten hat:
>
> Spannung 12V
> Strom 0,4A
> Schritte 200
>
> Ansteuern möchte ich ihn über ein DRV8825 und einem Arduino, ein
> Gesamtstrom von etwa 0,7A

Um eine Schrittmotor mit 12V Nennspannung sinnvoll zu betreiben, 
brauchst du eher 40V oder besser noch mehr. Die 12V ist die Spannung, 
die man dauerhaft anlegen kann, ohne dass die Wicklung zu heiß wird. Für 
den Betrieb an einem Schrittmotortreiber mit Stromregelung muss die 
Nennspannung erheblich unter der Betriebsspannung liegen. Sonst kann die 
Stromregelung nicht funktionieren und das Drehmoment bricht bei höheren 
Schrittfrequenzen dramatisch ein.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Bill schrieb:
> Ich möchte das ganze über eine 10Ah 5V Powerbank betreiben welche 2A
> liefern kann.

Bist du sicher, dass sich die Kapazitätsangabe deiner Powerbank auf die 
5V Ausgangsspannung bezieht und nicht auf die internen Akkus?

Autor: Johannes S. (jojos)
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Eine zweite Powerbank in Reihe für die Motorversorgung?
Es gibt auch billigst Platinchen für 3s oder 4s LiPos, damit hat man 9 - 
12 V min. Spannung. Man braucht allerdings noch ein passendes Ladegerät 
dafür.

Autor: Johannes S. (jojos)
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Wolfgang schrieb:
> Um eine Schrittmotor mit 12V Nennspannung sinnvoll zu betreiben,

Zigtausende 3D-Drucker haben mehrere Motoren + billige Treiber, die 
laufen alle wunderbar mit 12 V.

: Bearbeitet durch User
Autor: Michael B. (laberkopp)
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Bill schrieb:
> 12V*0,7A = 8,4W

Du hast vergessen, noch die Abtriebsleistung hihnzuzurechnen, also die 
Leistung die der Motor als Drehmoment * Drehzahl bringt.

Da du NATÜRLICH kein Datenblatt des Motors verlinkt hast, kannst du dir 
die benötigte Netzteillleistung selber ausrechnen

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.10

Bill schrieb:
> Ansteuern möchte ich ihn über ein DRV8825

Der DRV8825 ist ein stromregelnder Mikroschrittreiber.

Der will bei einem Motor, der eine rms-Spannung von 12V bei 0.4A (also 
Wicklungen von 30 Ohm) hat, bis 17V und 560mA reinschicken. Dazu braucht 
er eine Versorgungsspannung von zumindest 18V die bis 10 Watt, also 
550mA belastbar ist (für 1 Motor mit beiden Wicklungen).

Soll der Motor sich auch schnell drehen können, sind auch deutlich mehr 
als 18V angeraten, der DRV8825 hält bis 45V aus, mit etwas Reseve wären 
als 36V als Versorgung nicht übertrieben, der Strom sinkt dabei auf 
225mA, es wird also nicht mehr Leistung verbraten.

PLUS die Motorabgabeleistung, angenommen also keine Kraft bei keinem 
Drehmoment von 0.

Es wäre also schlau, den step up auf 36V auszulegen, mit 250mA oder 
mehr, sagen wir 300mA, macht 10.8 Watt, bei 90% Wirkungsgrad 12 Watt, 
aus 5V wären das 2.4A, also mehr als deine Powerbank leistet, zumal man 
wohl noch Strom für anderes braucht.

Autor: georg (Gast)
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Johannes S. schrieb:
> Eine zweite Powerbank in Reihe für die Motorversorgung?
> Es gibt auch billigst Platinchen für 3s oder 4s LiPos, damit hat man 9 -
> 12 V min. Spannung

Das reicht beides nicht. Für höhere Drehzahlen muss auch ein 12V-Motor 
mit höherer Spannung betrieben werden, so etwa ab 20V, je nach 
gewünschter Drehzahl.

Georg

Autor: Bill (Gast)
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Wolfgang schrieb:
> Bist du sicher, dass sich die Kapazitätsangabe deiner Powerbank auf die
> 5V Ausgangsspannung bezieht und nicht auf die internen Akkus?

Genau auf die Ausgangsspannung bezogen sind es nur 7400mAh

Johannes S. schrieb:
> Eine zweite Powerbank in Reihe für die Motorversorgung?
> Es gibt auch billigst Platinchen für 3s oder 4s LiPos, damit hat man 9 -
> 12 V min. Spannung. Man braucht allerdings noch ein passendes Ladegerät
> dafür.

Auch eine Möglichkeit. Wo bekommst man diese Platinen her (Link)? Leider 
habe aber weder LiPos noch ein Ladegerät so wär es die teurere Variante

Autor: Bill (Gast)
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georg schrieb:
> Das reicht beides nicht. Für höhere Drehzahlen muss auch ein 12V-Motor
> mit höherer Spannung betrieben werden, so etwa ab 20V, je nach
> gewünschter Drehzahl.

Ich habe 50 rpm also nicht sehr schnell

Autor: Wolfgang (Gast)
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Johannes S. schrieb:
> Zigtausende 3D-Drucker haben mehrere Motoren + billige Treiber, die
> laufen alle wunderbar mit 12 V.

Kann jeder machen, wie er möchte. Die Kombination 12V Nennspannung mit 
12V Betriebsspannung bei einem stromregelnden Treiber ist jedenfalls 
UNFUG.

Vielleicht setzen die 3D-Drucker keine Motoren mit 12V Nennspannung ein.
Die "billige Treiber" sind jedenfalls oft mit dem A4988 bestückt und das 
ist definitiv ein Treiber, der für Stromregelung ausgelegt ist.

Autor: georg (Gast)
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Bill schrieb:
> Ich habe 50 rpm also nicht sehr schnell

Am besten ausprobieren, z.B. mit einem Labornetzteil, bei welcher 
Spannung der Motor bei einer bestimmten Drehzahl zuverlässig und rund 
läuft. Was ich vergessen habe, ausser der Drehzahl kommt es natürlich 
auch auf die Belastung an, bzw. auf das verlangte Drehmoment.

Georg

Autor: Wolfgang (Gast)
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Bill schrieb:
> Ich habe 50 rpm also nicht sehr schnell

Dann ist alles egal und du brauchst keinen Treiber mit Stromregelung.

Autor: Arduino Fanboy D. (ufuf)
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Wolfgang schrieb:
> Vielleicht setzen die 3D-Drucker keine Motoren mit 12V Nennspannung ein.

Das ist definitiv so!

Das hier ist ein typischer 3D Drucker Motor
ebay 112980545367
1,5A 1,6Ohm  2,4V

Dieser Motor ist für einen A4988 gut geeignet
Die Versorgungsspannung des Treibers sollte dann nicht unter 12V liegen.
24V sind auch voll ok.


Bei einem DRV8825 darf der Motor auch etwas leistungsfähiger sein. 2A 
schafft der Treiber.


----

Bei dem eingangs genannten Motor ist keine Stromregelung nötig, wenn er 
an 12V betrieben wird. Gerade bei den genannten gemütlichen Schritten
Eine doppelte H-Brücke ist ausreichend.
Idealer weise eine mit MosFET bestückte, dann kann man vielleicht sogar 
auf 9V runter gehen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Bill (Gast)
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Arduino F. schrieb:
> Bei dem eingangs genannten Motor ist keine Stromregelung nötig, wenn er
> an 12V betrieben wird. Gerade bei den genannten gemütlichen Schritten
> Eine doppelte H-Brücke ist ausreichend.
> Idealer weise eine mit MosFET bestückte, dann kann man vielleicht sogar
> auf 9V runter gehen.

Dann würde ja meine Lösung über 5V Powerbank mit Step Up ausreichen 
oder?

Ich würde soweit wie möglich mit der Spannung am Ausgang runter gehen 
(etwa 9V) um Strom zu sparen.

Autor: Johannes S. (jojos)
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Bill schrieb:
> Ich würde soweit wie möglich mit der Spannung am Ausgang runter gehen
> (etwa 9V) um Strom zu sparen.

da wird dich der Treiber ärgern wenn er versucht den Ausgangsstrom zu 
bekommen, dann zieht der auch mehr bei 9V als bei 12V.

Für die Laufzeit sind die Wandlerverluste kontraproduktiv, das wurde 
hier ja schon genannt.

Strom sparen kann man wenn man den Treiber deaktiviert (über den enable 
Eingang), dann werden die Motoren stromlos. Da haben die dann aber auch 
kein Haltemoment mehr, es kommt also auf die Anwendung an ob der Motor 
die Position auch festhalten muss.

Bei den Powerbänken muss man noch bedenken das die eine Mindestlast 
haben wollen, wenn der Motor abschaltet muss der Rest der Schaltung noch 
soviel Strom ziehen das die PB eingeschaltet bleibt.

Ein 3s BMS wie von mir vorgeschlagen ist zB sowas hier: 
Ebay-Artikel Nr. 122950806114
Aber Vorsicht bei ganz billigen 18650 Zellen, da gab es gerade im 
Offtopic Bereich eine Diskussion.

Autor: m.n. (Gast)
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Hier wird ja wieder wild geschwafelt. Will der TO etwa einen Drucker 
bauen? Wohl kaum!

Bill schrieb:
> Ich habe 50 rpm also nicht sehr schnell

Das sind rund 170 Schritte/s, was in etwa der Start-/Stoppfrequenz des 
Motors entsprechen dürfte. Sofern die Kraft nicht sonderlich hoch sein 
sollte, könnte eine direkte Ansteuerung mit H-Brücken (MOSFETs) ohne 
Stromregelung vielleicht reichen - das Ganze dann meinetwegen auch bei 5 
V.
Nein, ich habe keine China-Bestellnummer.

Autor: MaWin (Gast)
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Bill schrieb:
> Ich würde soweit wie möglich mit der Spannung am Ausgang runter gehen
> (etwa 9V) um Strom zu sparen.

Du hast stromregelnde Mikroschrittreiber wie DRV8825 leider so gar nicht 
verstanden.

Natürlich kann man bei ihm den Strom reduzieren wenn man mit weniger 
Drehmoment auskommt. Die Betriebsspannung bleibt aber möglichst hoch.

Aber Schrittmotore sind für Batteriebetrieb immer die blödeste Lösung, 
die brauchen sogar quasi denselben Strom wenn sie stehen.

Autor: Johannes S. (jojos)
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MaWin schrieb:
> die brauchen sogar quasi denselben Strom wenn sie stehen.

nicht unbedingt, die 'besseren' Treiber kann man per SPI konfigurieren 
und dann den Haltestrom auf ein nötiges Minimum runterdrehen. So ein 
Treiber wäre z.B. der TMC2130, den gibt es auf Platinen im gleichen 
Format wie die A9488/DRV8825 Treiber. Kosten allerdings ein paar Euro 
mehr.

Autor: Bill (Gast)
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MaWin schrieb:
> Natürlich kann man bei ihm den Strom reduzieren wenn man mit weniger
> Drehmoment auskommt. Die Betriebsspannung bleibt aber möglichst hoch.


Also möglichst hohe Spannung und durch den Treiber und dann den 
maximalen Strom begrenzen, damit der Motor nicht so viel zieht. --> Akku 
sparen?

Der Motor soll eine Stange drehen wo waagerecht etwa 2kg bewegt werden

Hatte den Treiber bisher immer auf die 0,4A eingestellt mit 12V Eingang 
und es hat soweit funktioniert.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Bill schrieb:
> Der Motor soll eine Stange drehen wo waagerecht etwa 2kg bewegt werden

Für das Drehmoment des Motors ist die tangentiale Komponente der Kraft 
und der Abstand des Angriffspunktes von der Drehachse relevant.

Zeige eine Skizze von deinem Aufbau

Autor: Bill (Gast)
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Wolfgang schrieb:
> Zeige eine Skizze von deinem Aufbau

So wie in dem Bild ist mein Aufbau:

http://openbuildspartstore.com/v-slot-nema-17-linear-actuator-bundle-lead-screw/

Autor: m.n. (Gast)
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Johannes S. schrieb:
> nicht unbedingt, die 'besseren' Treiber ...
> Kosten allerdings ein paar Euro mehr.

Nicht nötig. Vref absenken und schon kann man den Ruhestrom vermindern.

Bill schrieb:
> Der Motor soll eine Stange drehen wo waagerecht etwa 2kg bewegt werden

Dann brauchst Du wohl doch das volle Drehmoment.
Ein anderer Akku könnte das Problem auch lösen: 
https://www.reichelt.de/Blei-Vlies-Akkus-Kung-Long/WP-7-2-12A-4-8/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=200483&GROUPID=4232&artnr=WP+7%2C2-12A+4%2C8&trstct=pol_8

Autor: Bill (Gast)
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m.n. schrieb:
> https://www.reichelt.de/Blei-Vlies-Akkus-Kung-Long...

Wäre natürlich auch eine Alternative, jedoch habe ich leider auch kein 
Ladegerät.

Aber rein vom Strom her müsste meine 5V Powerbank mit 2,4A ja die 0,7A 
bei 12V über ein Step Up aufbringen können oder?

Autor: Wolfgang (Gast)
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Bill schrieb:
> So wie in dem Bild ist mein Aufbau:
> http://openbuildspartstore.com/v-slot-nema-17-linear-actuator-bundle-lead-screw/

So eine Spindel dürfte doch wohl selbsthemmend sein.

MaWin schrieb:
> Aber Schrittmotore sind für Batteriebetrieb immer die blödeste Lösung,
> die brauchen sogar quasi denselben Strom wenn sie stehen.

Nicht wenn die Last durch eine Spindel gehalten wid, insbesondere wenn 
die Spindel horizontal liegt. Da kann man den Strom problemlos 
abschalten.

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