Schrittmotor Hilfe bei Strommessung

Hallo liebe Technik-Community,

Zur Zeit Beschäftige ich mich aufgrund eines Projektes mit einem Schrittmotor des Modells Nema 23 von Kocomotion und steure diesen mit einem Evaluationboard von TI an (http://www.ti.com/tool/drv8825evm#technicaldocuments).

Das Projekt und die Mechanik dahinter in Kombination mit dem Schrittmotor läuft optimal. Nun möchte ich tiefer in die Technik einsteigen, um den Motor besser zu verstehen. Also habe ich mir ein Scope genommen und mal geschaut wie der Motor so tickt.
Gemessen wurden in dem folgenden Schaubild die Ströme durch beide Spule und die Spannung über der ersten Spule (für die Spannung der zweiten Spule hat das Scope zu wenig Eingänge). Die Reihenfolge der Umpolungen ist natürlich identisch mit der vorgegebenen Ansteuerung, trotzdem find ich es mal schön das alles nach zu messen. Letztendlich brauch ich das auch für meine Doku.
Hier kommt mein Problem: Der Schrittmotor ist Stromgesteuert und die Strombegrenzung ist auch eingestellt. Ich verstehe nicht, wieso der Strom innerhalb des blau makierten Kästchens nochmal in der Art ansteigt?
Hat da jemand eine Erklärung dazu? Würde mir sehr helfen!

Anhang 30386

Vielen Dank schonmal und viele Grüße

Und welcher Farbe meint was?

Hallo!

Zitat:

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Zitat von REDRAH

Hat da jemand eine Erklärung dazu?

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Sonst: hast du ein Schaltplan dazu ?

Zitat:

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Zitat von REDRAH

Würde mir sehr helfen!

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tut mir leid, mein Fehler..

gelb = Strom über Spule A
rot = Strom über Spule B
rosa = Spannung über Spule A

und hier der Schaltplan zu dem Evaluationboard:

Anhang 30394Anhang 30395Anhang 30396

Danke für die Erklärung, aber die Schaltpläne sind für mich zu klein und somit leider unleserlich. Ich konnte sogar keine Motorspulen finden.

Sorry, ich mich auch unprezise ausgedrückt habe, weil mir eigentlich nur um den Motorteiber, wo die Spulen angeschlossen sind, gegangen ist. Ich vermute das dort noch andere Spulen sind, die den Strom innerhalb des blau makierten Kästchens erheben. :confused:

Hallo PICture,

danke für deine Antwort. Du hast recht, die Bilder werden unscharf beim hineinzoomen...weiß jetzt auf anhieb nicht, wie ich das Problem löse, deshalb hier der Link zum Datenblatt:
http://www.ti.com/lit/ug/slvu361b/slvu361b.pdf

Der Motor wird direkt an J3 angeschlossen und der Motortreiber ist der DRV8825, welcher die Taktsignale ausgibt. Hoffe ich konnte weiterhelfen?

Danke, aber ich habe dort praktisch keine Motorspulen bzw. andere Bauteile gefunden. In der erster Zeile steht nur, dass es ein "supplement" zu Datenblätter ist.

Ich bin leider nur Hartware-Elektroniker mit geringer Ahnung über Software. Mich interessiert also nur das was zwischen DRV8825 und Motorspulen ist. Wenn nix, dann kann ich über von dir genanten Stromspitzen leider auch nix sagen ._.

Hallo PICture,

noch einmal vielen Dank, dass du versuchst zu helfen :).

Ich glaube ich muss dich enttäuschen, denn zwischen dem Motortreiber DRV8825 und dem Motor ist keine weitere Elektronik.

Hier der Schaltplan dazu:

Anhang 30398

und hier der Link zum Datenblatt des DRV8825:

http://www.ti.com/lit/ds/slvsa73f/slvsa73f.pdf


Viele Grüße

Ach ja, jetzt sehe ich alles perfekt, Vielen Dank !

Dann muss ich dich auch enttäuschen, dass meine letzte und wahrscheinlichste Vermutung die per rotierende Magnete in Motorspulen induzierte Spannung bei hochohmigem Treiberausgang seien könnte, aber ohne Gewähr. Vielleicht meldet sich noch jemand, der besser weißt. :D

Trotzdem vielen Dank für deine Hilfe!

Mir ist eben noch ein Gedanke gekommen, der meiner Ansicht nach sehr realistisch ist:
Die beiden Spulen werden ja mit Hilfe von H-Brücken bestromt. Bevor diese Spulen umgepolt werden, wird der Strom ja kurzgeschlossen (siehe Decay-Mode).
Ist es möglich, dass man hier die Kurzschlussströme erkennt, bevor die Spule jeweils umgepolt wird?

Ich hoffe jemand kann mir weiterhelfen... Viele Grüße!

Das stimmt fast sicher. :D

Als Beweis siehe bitte meine Skizze von Steuerung eines Mikrosteppers: https://www.roboternetz.de/community...l=1#post560395 . Dort wird nur eine negative Spitze der Spulenspannung bei jeder Einschaltung sichtbar, weil die Spulen anders umgepolt werden. Das ist nur mein Beispiel zum Vergleichen. ;)

Ein paar Parameter gibt es ja noch, wenn das die einige Messug bisher war.

Ich nehme an der Motor läuft ohne Last. Er zeigt das Verhalten mit der Stromerhöhung bei einer bestimmten Drehzahl, - ist das bei anderen Drehzahlen anders?

Wie änderst sich das Verhalten bei der Änderung des eingestellten Spulenstroms?

Ist die Versorgungsspannung konstant oder wird sie vom Motorstrom beeinflusst?, wie sieht die Referenzspannung aus, gemessen dirket gegen den Masseanschluss des Treiberbausteins?

Wie sehen die Störungen auf der Masseleitung sonst so aus?

Hallo Manf,

vielen Dank für deine Antwort!

Nein es war nicht die einzige Messung:
Diese Messung zeigt den Motor ohne Last, jedoch liegt der einzige Unterschied bei Belastung darin, dass die Spannungspulse steigen, um den Spulenstrom aufrecht zu erhalten...ich denke das ist logisch?
Bei anderen Drehzahlen habe ich noch keine Messungen durchgeführt.
Bei Änderung des eingestellten Spulenstroms mittels VRef (habe ich auch 2V eingestellt, da der Motor 2 A / Phase abkann), ändert sich der Spulen strom entsprechend. Imax liegt bei dieser Messung jedoch nur bei 1,84 A anstatt 2 A... wo wird der restliche Strom verbraucht? Der Treiber braucht ja nicht so viel Strom..
Bei einer bestimmten Drehzahl erhöht sich außerdem die Versorgungsspannung (ist eig auf 24 V eingestellt, kann aber dementsprechend auf knapp 30 V ansteigen). Hat dafür jemand eine Erklärung?

Ich hoffe ich konnte die meisten deiner Fragen beantworten und hoffe ebensfalls auf hilfreiche Informationen.

Viele Grüße!

Wenn die Spannung höher wird als die Versorgungsspannung ist da sicherlich irgendeine Form von Gegeninduktion im Spiel. Hast im Datenblatt schon nachgeguckt, ob 2V Referenzspannung auch wirklich 2A Motorstrom entsprechen? Toleranz der Messshunts vielleicht?

Hallo Geistesblitz,

das Argument mit der Gegeninduktivität bzw Gegen-EMK ist sicherlich der Grund. Jedoch wie genau und wann das auftritt, darüber muss ich mich noch informieren.
Im Datenblatt ist der Sense Widerstand (Rsense) mit 200mOhm angegeben. Diesen Wert habe ich auch nachmessen können. Mit Hilfe der Formel: Vref = Imax*(5*Rsense) habe ich Vref eingestellt. Diese Formel findet sich auch im Datenblatt wieder. Eine Toleranz des Rsense wirkt sicherlich mit ein, jedoch nicht in dem Ausmaß oder?

Viele Grüße

Der SpulenStrom soll in der Einschaltphase so gergelt werden, dass der Spannungsabfall am Shunt Vref entspricht.
Das dargestellte Problem ist, dass der Spulenstrom am Ende der Einschaltphase ansteigt.

Woran kann das liegen? Was passiert am Ende der Einschaltphase?
Die Versorgungsspannung könnte durch Rückspeisung ansteigen und andere Werte wie Vref beeinflussen. Dazu wäre dann schon der zeitliche Verlauf der Versorgungsspannung zu messen, (entsprechend auch Messung von Vref(t)).

Es könnte ein Spannungsabfall in die Masseleitung des Shunts eingekoppelt werden und ein Stromanstieg wird angezeigt.
Das kann die Funktion beeinträchtigen und den Strom tatsächlich andern, die andere Möglichkeit ist, dass die Schaltung ausreichend gut aufgebaut ist und die Messpunkte so gewählt sind dass es nur so scheint als würde sich der Strom ändern.
Aus der Beschreibung ist der Unterschied bisher nicht zu erkennen.

Hallo Manf,

danke für deine Antwort!

Meines Wissens nach erfolgt eine Rückspeisung in die Versorgungsspannung hauptsächlich im fast decay mode. Der hier zu sehende Test wurde im slow decay mode ausgeführt.
Zu der anderen Möglichkeit, dass es nur so scheint als würde sich der Storm ändern, kann ich dir leider nicht viel feed-back geben.

Was hältst du denn von der Theorie, dass man hier wie oben beschrieben den Kurzschlossstrom der Brückenschaltung sieht?

Viele Grüße

Zitat:

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Also habe ich mir ein Scope genommen und mal geschaut wie der Motor so tickt.

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Dann miss doch noch ein Bisschen mehr, ändere die Drehzahl nimm die Versorgungsspannung und die Referenzspannung über der Motorphase auf.
Bei der Messung einer Schaltung kann man etwas variieren und die Änderungen direkt betrachten.
Ich würde die Kurve vom Anfang live betrachten und dabei schon gleich einmal die Motorlast und die Drehzahl ändern.

Ist Dir aufgefallen, dass die rote Kurve die Erhöhung nicht in der ersten Halbperiode hat?, in der zweiten steigt sie bis zu einer Sättigung, in der dritten steigt sie steiler an, in der vierten ist sie kürzer aber steil in der fünften ist sie weiter verkürzt.
Wenn die Störung über das Bild periodisch auftritt dann sind es 20ms Periodendauer.
Wenn eine Störung mit 50Hz auftritt dann schaut man eben mal schnell nach, ob sie mit der Taktfrequenz oder mit 50Hz zusammenhängt.

Ist das ein Störsignal das mit dem Takt verknüpft oder mit 50Hz?
Es kann sonst auch ein Pendeln des Ankers im Drehfeld sein, über Theorien kann man doch nacher noch lange reden wenn Du sie Schaltung und das Messgerät vor Dir hast dann hole doch einfach noch ein paar Informationen.

Hallo Manf,

vielen Dank für deine Informationen.

Ja die genannten Punkte sind mir aufgefallen, allerdings darf man den Strom von der gelben und roten Kurve nicht vergleichen, denn die Ströme wurden jeweils mit unterschiedlichen Stromzangen aufgenommen. Ich denke ehrlich gesagt nicht, dass die Stromanstiege aufgrund von Störungen kommen...es erscheint mir zumindest sehr untypisch in dem Ausmaß.
Natürlich werde ich nun weitere Messungen mit geänderten Parametern durchführen um weitere Informationen zu bekommen.

Als ich die Frage hier in das Forum gepostet habe, dachte ich, dass es bestimmt typische Verläufe für einen Schrittmotor sind und ich nur auf dem Schlauch stehe und nicht drauf komme, wie diese zustande kommen. Da das jedoch nicht der Fall ist, werde ich weitere Messungen machen und hoffentlich und ggfs. mit eurer Hilfe den Grund des Stromanstiegs ermitteln können.

Viele Grüße

Hallo Leute,

endlich habe ich Zeit gefunden weitere Messungen durchzuführen, um mehr Informationen über meine kuriosen Stromspitzen zu bekommen:

1. Messung: doppelte Drehzahl - Anstieg der Stromspitzen ändert sich entsprechend (vgl. Bild 1)
2. Messung: zunehmendes Drehmomend während der Messung - mit zunehmendem Drehmoment verschwinden die Stromspitzen! ( vgl. Bild 2)
3. Messung: Wechsel vom slow decay modus in den fast decay modus - die Stromspitzen treten nicht auf. Auch im mixed decay modus sind keine Strom spitzen zu sehen (vgl Bild 3 (fast decay) und Bild 4 (mixed decay)

Auch hier gilt: gelb = Strom über Spule A ; rot Strom über Spule B ; rosa = Spannung über Spule A

Trotz all den Erkenntnissen kann ich bisher keinen Grund für das Auftreten der Stromspitzen finden. Ich hoffe jemand kann mir weiterhelfen!


Viele Grüße

Anhang 30510Anhang 30511Anhang 30512Anhang 30513

Da hast du dir die Antwort doch quasi selbst gegeben. Genau aus dem Grund nutzt man nämlich mixed-decay. Auch wenn es hier um Halbschritt geht, ist die Betrachtung analog zum Microstepping. In den Schrittepositionen, wo der Strom in der Wicklung reduziert werden soll, ist reines slow-decay zu langsam, um den Strom aus der Wicklung zu bekommen. Wenn dann weitergeschaltet wird, bevor der Strom weit genug abgesenkt werden konnte, kommt es zu diesen Überhöhungen.

Mixed decay wird deswegen normalerweise nur in den Bereichen der Sinuskurve eingesetzt, wo die Steigung negativ ist. Genau das habe ich auch in meinem Blog-Beitrag geschrieben, auf den du mich per PM angesprochen hattest.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann