Wissenswertes über Schrittmotoren

1. Was ist ein Schrittmotor?

Ein Schrittmotor ist ein Aktuator, der elektrische Impulse in eine Winkelbewegung umwandelt. Kurz gesagt: Empfängt der Schrittmotortreiber ein Impulssignal, treibt er den Schrittmotor an und dreht ihn um einen festen Winkel (und Schrittwinkel) in die eingestellte Richtung. Die Anzahl der Impulse lässt sich steuern, um die Winkelbewegung zu regeln und so eine präzise Positionierung zu erreichen. Gleichzeitig lässt sich die Impulsfrequenz steuern, um Geschwindigkeit und Beschleunigung der Motordrehung zu regeln und so die Geschwindigkeit zu regulieren.

2. Welche Arten von Schrittmotoren gibt es?

Es gibt drei Arten von Schrittmotoren: Permanentmagnet- (PM), Blind- (VR) und Hybrid- (HB). Permanentmagnet-Schrittmotoren sind in der Regel zweiphasig, haben ein geringeres Drehmoment und Volumen und der Schrittwinkel beträgt in der Regel 7,5 Grad oder 15 Grad. Blind-Schrittmotoren sind in der Regel dreiphasig, haben ein höheres Drehmoment und einen Schrittwinkel von in der Regel 1,5 Grad, verursachen aber starke Geräusche und Vibrationen. In Europa, den USA und anderen Industrieländern wurden sie in den 1980er Jahren abgeschafft. Hybrid-Schrittmotoren sind eine Kombination aus Permanentmagnet- und Blind-Schrittmotoren. Sie werden in zweiphasige und fünfphasige unterteilt: Der Schrittwinkel bei zweiphasigen Motoren beträgt in der Regel 1,8 Grad und bei fünfphasigen Motoren 0,72 Grad. Dieser Schrittmotortyp ist der am weitesten verbreitete.

3. Was ist das Haltemoment (HALTEMOMENT)?

Das Haltemoment (HALTEMOMENT) bezeichnet das Drehmoment des Stators, der den Rotor blockiert, wenn der Schrittmotor zwar mit Strom versorgt wird, sich aber nicht dreht. Es ist einer der wichtigsten Parameter eines Schrittmotors, und normalerweise liegt das Drehmoment eines Schrittmotors bei niedrigen Drehzahlen nahe am Haltemoment. Da das Ausgangsdrehmoment eines Schrittmotors mit zunehmender Drehzahl weiter abnimmt und sich die Ausgangsleistung mit zunehmender Drehzahl ändert, ist das Haltemoment einer der wichtigsten Parameter für die Messung eines Schrittmotors. Wenn beispielsweise von einem 2N.m-Schrittmotor die Rede ist, ist damit ohne besondere Hinweise ein Schrittmotor mit einem Haltemoment von 2N.m gemeint.

4. Was ist das Rastmoment?

Das Rastmoment ist das Drehmoment, mit dem der Stator den Rotor blockiert, wenn der Schrittmotor nicht mit Strom versorgt wird. Das Rastmoment wird in China nicht einheitlich übersetzt, was leicht zu Missverständnissen führen kann. Da der Rotor des reaktiven Schrittmotors kein Permanentmagnetmaterial ist, verfügt er nicht über das Rastmoment.

 

5. Wie hoch ist die Präzision des Schrittmotors? Ist sie kumulativ?

Im Allgemeinen beträgt die Präzision eines Schrittmotors 3–5 % des Schrittwinkels und ist nicht kumulativ.

6. Welche Temperatur darf an der Außenseite des Schrittmotors herrschen?

Die hohe Temperatur des Schrittmotors entmagnetisiert zunächst das magnetische Material des Motors, was zu einem Drehmomentabfall oder sogar zu einem Außer-Schritt-Geraten führt. Daher sollte die maximal zulässige Temperatur für die Außenseite des Motors vom Entmagnetisierungspunkt des magnetischen Materials der verschiedenen Motoren abhängen. Im Allgemeinen liegt der Entmagnetisierungspunkt des magnetischen Materials bei über 130 Grad Celsius, bei manchen sogar bei über 200 Grad Celsius. Daher ist es völlig normal, dass die Außentemperatur des Schrittmotors im Temperaturbereich von 80–90 Grad Celsius liegt.

 

7. Warum nimmt das Drehmoment des Schrittmotors mit zunehmender Drehzahl ab?

Wenn sich der Schrittmotor dreht, erzeugt die Induktivität jeder Phase der Motorwicklung eine umgekehrte elektromotorische Kraft. Je höher die Frequenz, desto größer die umgekehrte elektromotorische Kraft. Unter dieser Wirkung nimmt der Motorphasenstrom mit zunehmender Frequenz (oder Geschwindigkeit) ab, was zu einer Verringerung des Drehmoments führt.

 

8. Warum kann der Schrittmotor bei niedriger Geschwindigkeit normal laufen, startet aber bei einer Geschwindigkeit über einer bestimmten Geschwindigkeit nicht und es ertönt ein Pfeifgeräusch?

Schrittmotoren haben einen technischen Parameter: die Leerlaufstartfrequenz. Das heißt, die Pulsfrequenz des Schrittmotors ermöglicht einen normalen Start ohne Last. Übersteigt die Pulsfrequenz diesen Wert, startet der Motor nicht normal und kann den Schritt verlieren oder blockieren. Unter Last sollte die Startfrequenz niedriger sein. Soll der Motor eine hohe Drehzahl erreichen, sollte die Pulsfrequenz beschleunigt werden. Das bedeutet, dass die Startfrequenz niedrig ist und dann mit einer bestimmten Beschleunigung auf die gewünschte hohe Frequenz erhöht wird (Motordrehzahl von niedrig auf hoch).

 

9. Wie können Vibrationen und Geräusche eines Zweiphasen-Hybrid-Schrittmotors bei niedriger Geschwindigkeit vermieden werden?

Vibrationen und Geräusche sind bei Schrittmotoren bei niedriger Drehzahl inhärente Nachteile, die im Allgemeinen durch die folgenden Programme überwunden werden können:

A. Wenn der Schrittmotor im Resonanzbereich arbeitet, kann der Resonanzbereich durch eine Änderung der mechanischen Übertragung, beispielsweise des Untersetzungsverhältnisses, vermieden werden.

B. Verwenden Sie den Treiber mit Unterteilungsfunktion. Dies ist die am häufigsten verwendete und einfachste Methode.

C. Ersetzen Sie ihn durch einen Schrittmotor mit kleinerem Schrittwinkel, z. B. einen Dreiphasen- oder Fünfphasen-Schrittmotor.

D. Wechseln Sie zu AC-Servomotoren, die Vibrationen und Geräusche fast vollständig überwinden können, jedoch zu höheren Kosten;

E. Bei der Motorwelle mit magnetischem Dämpfer gibt es auf dem Markt solche Produkte, aber die mechanische Struktur weist größere Veränderungen auf.

 

10. Stellt die Unterteilung des Laufwerks Genauigkeit dar?

Die Interpolation von Schrittmotoren ist im Wesentlichen eine elektronische Dämpfungstechnologie (siehe entsprechende Literatur), deren Hauptzweck darin besteht, niederfrequente Vibrationen des Schrittmotors zu dämpfen oder zu eliminieren. Die Verbesserung der Laufgenauigkeit des Motors ist dabei nur eine Nebenfunktion der Interpolationstechnologie. Beispiel: Bei einem zweiphasigen Hybrid-Schrittmotor mit einem Schrittwinkel von 1,8° beträgt die Laufauflösung des Motors 0,45° pro Impuls, wenn die Interpolationszahl des Interpolationstreibers auf 4 eingestellt ist. Ob die Genauigkeit des Motors 0,45° erreichen oder sich diesem Wert annähern kann, hängt auch von anderen Faktoren ab, beispielsweise von der Präzision der Interpolationsstromsteuerung des Interpolationstreibers. Die Präzision unterteilter Antriebe verschiedener Hersteller kann stark variieren. Je größer die unterteilten Punkte, desto schwieriger ist die Steuerung der Präzision.

 

11. Was ist der Unterschied zwischen der Reihenschaltung und der Parallelschaltung eines vierphasigen Hybrid-Schrittmotors und -Treibers?

Vierphasige Hybrid-Schrittmotoren werden üblicherweise von einem Zweiphasentreiber angetrieben. Daher kann der Vierphasenmotor in Reihen- oder Parallelschaltung an einen Zweiphasenmotor angeschlossen werden. Die Reihenschaltung wird üblicherweise bei relativ hohen Motordrehzahlen verwendet, wobei der erforderliche Ausgangsstrom des Treibers das 0,7-fache des Phasenstroms des Motors beträgt. Dadurch erwärmt sich der Motor nur gering. Die Parallelschaltung wird üblicherweise bei relativ hohen Motordrehzahlen verwendet (auch als Hochgeschwindigkeitsschaltung bezeichnet). Der erforderliche Ausgangsstrom des Treibers beträgt das 1,4-fache des Phasenstroms des Motors. Dadurch erwärmt sich der Motor stark.

12. Wie bestimme ich die Gleichstromversorgung des Schrittmotortreibers?

A. Ermittlung der Spannung

Die Versorgungsspannung von Hybrid-Schrittmotortreibern liegt im Allgemeinen in einem weiten Bereich (z. B. liegt die Versorgungsspannung des IM483 zwischen 12 und 48 VDC). Die Versorgungsspannung wird üblicherweise entsprechend der Betriebsgeschwindigkeit und den Reaktionsanforderungen des Motors ausgewählt. Bei hoher Motorbetriebsgeschwindigkeit oder schnellen Reaktionsanforderungen ist auch der Spannungswert hoch. Achten Sie jedoch darauf, dass die Welligkeit der Versorgungsspannung die maximale Eingangsspannung des Treibers nicht überschreitet, da der Treiber sonst beschädigt werden kann.

B. Ermittlung des Stroms

Der Versorgungsstrom wird im Allgemeinen anhand des Ausgangsphasenstroms I des Treibers bestimmt. Bei Verwendung eines linearen Netzteils kann der Versorgungsstrom das 1,1- bis 1,3-fache von I betragen. Bei Verwendung eines Schaltnetzteils kann der Versorgungsstrom das 1,5- bis 2,0-fache von I betragen.

 

13. Unter welchen Umständen wird das Offline-Signal FREE des Hybrid-Schrittmotortreibers im Allgemeinen verwendet?

Wenn das Offline-Signal FREE niedrig ist, wird die Stromausgabe vom Treiber zum Motor unterbrochen und der Motorrotor befindet sich im freien Zustand (Offline-Zustand). Bei einigen Automatisierungsgeräten können Sie das FREE-Signal auf niedrig setzen, um den Motor offline zu nehmen und manuelle Bedienung oder Einstellungen vorzunehmen, wenn Sie die Motorwelle direkt (manuell) drehen müssen, während der Antrieb nicht mit Strom versorgt wird. Nach Abschluss der manuellen Bedienung setzen Sie das FREE-Signal wieder auf hoch, um die automatische Steuerung fortzusetzen.

 

14. Wie lässt sich die Drehrichtung eines Zweiphasen-Schrittmotors unter Spannung auf einfache Weise einstellen?

Richten Sie einfach A+ und A- (oder B+ und B-) der Motor- und Treiberverkabelung aus.

 

15. Was ist der Unterschied zwischen zweiphasigen und fünfphasigen Hybrid-Schrittmotoren für Anwendungen?

Frage Antwort:

Zweiphasenmotoren mit großem Schrittwinkel weisen im Allgemeinen gute Hochgeschwindigkeitseigenschaften auf, weisen jedoch bei niedriger Geschwindigkeit eine Vibrationszone auf. Fünfphasenmotoren haben einen kleinen Schrittwinkel und laufen bei niedriger Geschwindigkeit ruhig. Daher sind die Anforderungen an die Laufgenauigkeit des Motors hoch, und vor allem bei niedriger Geschwindigkeit (in der Regel unter 600 U/min) sollten Fünfphasenmotoren eingesetzt werden. Wenn hingegen hohe Geschwindigkeiten, Genauigkeit und Laufruhe ohne allzu hohe Anforderungen an den Motor anliegen, sollten kostengünstigere Zweiphasenmotoren gewählt werden. Zudem liegt das Drehmoment von Fünfphasenmotoren in der Regel über 2 Nm. Für Anwendungen mit geringem Drehmoment werden daher in der Regel Zweiphasenmotoren eingesetzt, wobei das Problem der Laufruhe bei niedriger Geschwindigkeit durch einen unterteilten Antrieb gelöst werden kann.