Vorteile eines Schrittmotors gegenüber anderen Motoren

[Manf]

Ich muß schon feststellen, daß die Betrachtung der Wirkungsweise des Schrittmotors von wechselnden Standpunkten aus vorgenommen wird und damit nicht widerspruchsfrei bleibt.

Ich möchte Vorschlagen in einer ersten Betrachtung nicht mit Schrittfehlern anzufangen um danach noch die Grundfunktion unterschiedlicher Typen und Betriebsarten in einem Zug zu streifen.

Können wir das ein bischen sortieren und mit einer verfügbaren Beschreibung anfangen wie sie ja offensichtlich aus dem Studium zur Verfügung steht?

Arbeitspunkte, Motorkonstante,
Wirkgrößen, Verlustgrößen,
Spannungssteuerung, Stromsteuerung,
Vollschrittbetrieb, Mikroschrittbetrieb
Reluktanzmotor, Phasenmotor, (Hybridmotor)
Das sind doch alles getrennte Unterkapitel die zum Teil auch im Netz verfügbar sind.
Manfred

[LoD]

Schöne Seite zu dem Thema übrigens:
http://www-users.rwth-aachen.de/thor.../i_schritt.htm
Nach den Benennungen auf dieser Seite einiges durcheinandergewürfelt, das Grundprinziep sehe ich aber bestätigt.
Beschrieben habe ich zwar das Reluktanz-Prinziep, aber vom grundsätzlichen Prinziep besonders gegenüber für den Umlauf konzipierten Motoren ändert sich dabei wenig.

Ein paar meiner persönlich Best Of Zitate:

Aus den Kennlinien, die im Motordatenblatt angegeben sind, kann man aber ersehen, wie sich der Motor unter günstigen Bedingungen verhält. Zusätzlich wird das Haltemoment angegeben. Das gibt an, welches (von außen wirkende) Drehmoment der stehende Motor halten kann, ohne seine Position zu verändern. Das Antriebsmoment des Motors ist meistens kleiner.
...

Der Schrittmotor dreht sich bei jeder Spulenumpolung einen 'Schritt' weiter (daher sein Name). Erfolgt die Umschaltung schnell genug, geht der Rotor in eine Drehbewegung über.
...

F: Warum verliert der SM bei hohen Drehzahlen Schritte?
A: Bei hohen Drehzahlen wirkt die Induktivität der Motorwicklung dem Anstieg des Stromes (jeweils nach dem Umpolen der Wicklung) entgegen. Der Strom erreicht so nicht mehr seinen Sollwert, bevor die Wicklung schon wieder umgepolt wird. Dadurch sinkt das Drehmoment, was irgendwann dazu führt, daß der Motor seine Last nicht mehr Antreiben kann.

Und nochmal auf Englisch etwas zur Dynamik der Schritte:
http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/....html#dynamics

In practice, there is always some friction, so after the equilibrium position moves one step, the rotor is likely to oscillate briefly about the new equilibrium position.

...

If a rigidly mounted stepping motor is rigidly coupled to a frictionless load and then stepped at a frequency near the resonant frequency, energy will be pumped into the resonant system, and the result of this is that the motor will literally lose control. There are three basic ways to deal with this problem:

Use of elastomeric motor mounts or elastomeric couplings between motor and load
...

usw... ich glaube ich habe doch mehr Ahnung als so manch einer zu glauben scheint

[sonic]

[..]
P.S.: Michael, es gibt einen Unterschied zwischen sachlichen Anmerkungen und persönlichen.

Du hast ein Verständnisproblem.

gehört nicht in die erste Kategorie.
Ich lasse mir allerdings gerne erklären, an welchen Punkten ich im Studium was falsch verstanden habe. Oder Unterstütze Dich gerne dabei meine Anmerkungen richtig zu verstehen, denn ich weiß, dass ich mich häufig sehr verworren ausdrücken und tonnenweise Rechtschreibfehler und Interpunktionsfehler einschreue.
Viele Grüße
LoD

Junge, Junge, jetzt hauen sie sich doch die Köpfe ein

Ich glaub der Michael hat das noch nicht mal böse gemeint. Ich kann ihn aber schon ein bisschen verstehen. Deine Begriffswahl ist teilweise irreführen, s.h. "weiterschlagen". Ich glaube auch das du nicht wirklich verstanden hast -> was Michael dir sagen wollte <-.
By the Way, ich glaube nicht das du im Studium was falsch verstanden hast, aber du hast noch nicht alles gehört, oder? Ich entdecke auch jeden Tag neue Dinge die andere Sachen relativieren

Das ein SMotor kein Antriebsmomennt hat hab ich dir auch nicht abgenommen. Und das ein Schrittmotor dazu gemacht ist Positionen zu halten auch nicht ganz Lies dir nochmal das Posting durch wo es um den Vergleich der Antriebsmomente normaler Motoren / und Schrittmotoren und der Trägheit geht.

Außerdem schreibst du immer noch so als ob "nur" ein Haltemoment da wäre, und zwischen den Positionen die Beschleunigung gegen unendlich geht. Das ist halt physikalisch einfach nicht möglich.

Versuchs doch mal so zu sehn:
Im Prinzip ist ein SM ein ganz normaler Motor. Allerdings hat er mehr Wicklungen die einzeln angesteuert werden. Beim normalen funktioniert das automatisch. Deswegen kann der Schrittmotor an bestimmten Positionen angehalten werden. Der normale würde sich immer weiter drehen.

Bei Beiden ist die Antriebskraft immer die magnetische Anziehung zwischen Spule und Magnet. Die ist für eine Spule immer erst positiv und dann negativ. Wenn man jetzt aber immer die nächste Spule anschaltet bevor die vorherige bremsend wirkt, dann läuft auch ein Schrittmotor rund.

Und wie schon gesagt wurde, läuft ein "normaler Motor" auch nicht mit absolut konstantem Drehmoment. Das siehst du ganz gut wenn die magnetischen Kräfte nicht groß genug sind, um den Totpunkt zu überwinden. Sprich wenn die Spannung am untersten Limit ist, dann läuft der auch ziemlich unrund.

Der ganze Effekt wird aber durch die Trägheit der angetriebenen Masse aber wieder gemittelt.

Hoffentlich war das jetzt richtig und ICH werde jetzt nicht geflamed

Gruß, Sonic

[Manf]

@LoD: Ich habe, wie ich hoffe, nicht die Person mit ihrer Ahnung in Frage gestellt, aber ich mußte wohl etwas bremsen.

Nun gut, vielleich kommen wir so weiter, immer hin haben wir hier eine Quelle zitiert, die auch sonst verwendet wird.
http://www-users.rwth-aachen.de/thor.../i_schritt.htm

Was mir immer wieder in der Darstellung auffällt ist die FAQ page des oben genannten Links mit der Diskussion des stillstehenden Schrittmotors:
Hier wird ein Nennstrom angesprochen, der zur Erwärmung des Motors führt:

"F: Ist es normal, daß der Motor so heiß wird?
A: Jaein. Schrittmotore nehmen auch im Stillstand ihren Nennstrom auf, wenn dies nicht durch die Ansteuerelektronik verhindert wird. Da die Energie nicht in Bewegung umgesetzt wird, muß sich der Motor zwangsläufig erwärmen. "

Das wäre ein Ansatzpunkt zur weitergehenden Diskussion: Ist die Erwärmung des Schrittmotors bei Ansteuerung mit Nennstrom im Stillstand größer als beim Lauf (z.B. ungefähr Nennfrequenz, halbes Nennmoment) oder ist sie geringer?
Um welche grundsätzlichen Anteile unterscheidet sich die Erwärmung in den beiden Betriebspunkten?

Ich denke, daß man an solchen Grundbetrachtungen tiefer in die das Verständins der Technik eindringen kann.
Manfred

[Nasenbertram]

Hallo!

Danke schon mal für eure Diskussionen zu dem Thema. Ich konnte dabei schon einige Interessante Details auf- (mit) nehmen!! =D>

Habe aber auch noch ein paar grundlegende Fragen.

Und zwar:

Wenn ich den Motor bipolar anssteuere, bedeutet das lediglich, dass der Motor im rechts- sowie im linkslauf betrieben werden kann?? Oder was hat das sonst noch zu bedeuten.

Wir mussten unseren bipolar ansteuern, da die Schrittmotor-steuerplatine nur für bipolaren Betrieb geeignet ist.

Und, welche Vor- bzw. Nachteile bringt es, wen ich bei 4 Spulen je 2 Spulen in Reihe oder paralell schalte????

Eine Paralellschaltung soll zur Folge haben, dass es zu mehr Drehmoment im oberen Drehzahlbereich kommt.

Was ist dann der Vorteil einer Reihenschaltung????

Wäre nett, wenn ihr mir diese Fragen och beantworten könntet!!!!

MfG

Bert

[Frank]

Ergänzend zu Eurer Diskussion schaut auch mal auf unsere Schrittmotorseite:

https://www.roboternetz.de/schrittmotoren.html

Neben Grundlagen findet man da auch zahlreiche Links. Diese habe ich heute wiede rum einige interessante Seiten ergänzt.

Zu den Fragen:
Ja sicher kann der Motor im bipolaren Betrieb auch in beide Richtungen bewegt werden. Im Bipolaren Betrieb wird der Motor quasi in bestimten Kombinationen umgepolt. Aber das wird im oberen Link genauer erläutert.

Wenn du 2 Spulen in Reihe schaltest, hast du höhere Innenwiderstand und Induktivität und geringere Stromaufnahme, benötigt wird dann natürlich die doppelte Spannung. Im Parallelbetrieb ist es genau umgekehrt. Das Drehmoment unterscheidet sich nur geringfügig. Allerdings bei einer festen niedrigen Spannungsquelle mit Stromregelung, kann das parallelschalten wegen dem niedrigen Innenwiderstandes Vorteile bieten weil der Strom in weiteren Grenzen geregelt werden kann.

Aber auch diese Fragen werden im oberen Link und in dem dort genannten Schrittmotor-FAQ ausführlicher erläutert

[LoD]

Meine Aussage, dass ein Schrittmotor keine Antriebsmoment hat, wird nicht durch die Feststellung widerlegt, dass er sich von alleine drehen kann. Die Konzeption des Motors aber eben so, dass das Antreiben ein Nebeneffekt (durchaus gewollt, sonst würde man es festschweißen) ist. Ziel ist es vielmehr mit wenig Aufwandt eine bestimmte Position anzufahren und diese auch gegen eine Last zu halten. (Hohe Federsteifigkeit in der Angefahrenen Position). Natürlich freue ich mich, wenn mein Drucker die 600 Positionen pro inch auch schnell findet. Trotzdem habe ich bislang keinen Drucker gesehen, an dem der Schlitten an einem Stahlband befestigt wird, sondern immer an einem Gummiriemen (Vibrationsdämpfung gegen die Anregung des Motors).
Mit einem großen Aufwandt kann ich wie schon erwähnt natürlich ein möglichst großes Antriebsmoment erreichen und verhindern, das
ein Gegenmoment erreicht wird.

Wenn man jetzt aber immer die nächste Spule anschaltet bevor die vorherige bremsend wirkt, dann läuft auch ein Schrittmotor rund.

Aber genau wenn ich diesen zustand erreiche bin ich an der Stelle, bei der ich gerade noch keine Schritte verliere. Will ich sicher keine Schritte verlieren, dann muss ich sichersein, dass der Läufer eine Position erreicht hat, bei der der nächste Beschaltungsschritt ein positives Moment auf den Läufer ausübt. Das diese Laüferposition muss ich entweder sehr genau messen, oder durch hinreiched Leistungsreserven sicherstellen, dass ich diese Position erreicht habe. Das muss sich dann aber in einem Unrunden Lauf auswirken.

Nehmen wir zum Vergleich mal einen bürstenlosen Servomotor. Das Grundkonzept ist identisch. Abwechseln bestrombare Wicklungen außen, permanenterregter Anker in der Mitte (Reluktanz wäre genauso möglich).
Ich kann diesen Motor sogar wie einen Schrittmotor betreiben. Dieser Motortyp ist aber dahingehend konziepiert ein möglichst lineares Antriebsmoment erzeugen zu können. Das Funktioniert sogar praktisch ohne Rastkräfte und mit nur drei Polschuhen.
Die Polschuhe sind hier nicht mit scharfkantigen zahnradähnlichen Polschuhflächen versehen, die bei idealer Überdeckung ein minimales Luftspaltvolumen haben, welches bei gringer Auslenkung stark vergrößert wird. Statdessen wird hier darauf wertgelegt, dass der Gesamtluftspalt im Magnetischenkreis an jeder Läuferposition gleichbleibt.

Mit einem großen Aufwand kann ich aber dennoch Eine Position winkelgetreu halten, und eine möglichst steile Federkonstante um den Sollpunkt aufbauen. Trotzdem würde ich hie dann nicht von einem maximalen Haltemoment reden, obwohl ich es Durch inteligentes drumherum natürlich erzeugen kann. Ich könnte mich jetzt auch auf den Standpunkt stellen, dass das in den Datenblättern angegebene "Anhaltemoment" entspricht dem "Haltemoment" des Schrittmotors. Irgendwie kommt das auch ungefähr hin, oder man kann es da hinoptimieren, aber Diese Kenngröße ist keine Kenngröße des bürstenlosen Servomotors, sondern lediglich des Gesamtsystems.
Umgekehrt hat eben nicht der Schrittmotor ein Antriebsmoment, sondern nur der Schrittmotor mit der Ansteuerung zusammen. Der selbe Schrittmotor hat dabei an unterschiedlichen Ansteuerungen unterschiedliche Antriebsmomente und eine unterschiedliche Abhängigkeit von der Drehzahl. Aber das Haltemoment wird vom Antriebsmoment niemals überschritten, sondern bestenfalls erreicht und das auch nur in Spitzen.

Ich hoffe ich habe mich jetzt verständlicher ausgedrückt.

[recycle]

Dass ein Schrittmotor von einem Schritt zum nächsten "holpert" ist mir ja klar, aber bei welchem Motor ist das denn anders?

Gleichstrom-, Wechselstrom und auch Verbrennungsmotoren machen das doch genauso, nur in weniger Schritten.
Der runde Lauf wird doch eigentlich immer erst durch Schwungmassen erreicht, die das Ruckeln bei entsprechender Drehzahl ausgleichen.

Falls es tatsächlich nötig sein sollte, könnte man bei der hier diskutierten Konstruktion doch auch erst mal versuchen durch mehr Schwungmasse oder eine höhere Drehzahl auf bessere Ergebnisse zu kommen.


@LoD

Mit einem Zahnrad antrieb dürften die Teile auf der Scheibe durch die kleinen Schläge das wandern anfangen und der Motor definitiv Schritte verlieren und dabei gar rückwärzschritte einfügen.

Ist zwar nicht ganz vergleichbar, aber ich hatte früher einen Plattenspieler mit Direktantrieb. Wenn man da den Plattenteller abgenommen hat, konnte man mit sehr gut erkennen, dass der Motor ein Drehung in jeweil 6 oder 8 Schritten gemacht hat.
Sobald der Plattenteller wieder drauf saß, drehte er aufgrund der Schwungmasse aber gleichmässig rund, was man ausser per Gehör auch an der angebrachten Stroboskop-Leuchte prüfen konnte.

Plattenspieler mit dieser Art Antrieb waren damals meist auch etwas teurer als vergleichbare Modelle mit Riemenantrieb und normalem Gleichstrom-Motor. Das wäre vermutlich nicht der Fall gewesen, wenn der "Schrittantrieb" des Motors hörbar bis zum Tonabnehmer durchgekommen wäre.

Was deine Begründung gegen den Schrittmotor angeht, kann ich der zwar teilweise von der Theorie her folgen, in der Praxis kommt es aber doch drauf an, dass man das Ziel mit möglichst einfachen Mitteln erreicht.

Wenn ein einfacher Schrittmotor mit einem Gummirädchen seinen Zweck erfüllt, ist ein Gleichstrommotor mit Drehzahlregelung schon deshalb die schlechtere Lösung, weil sie wesentlich aufwendiger wäre.

Für die theoretische Betrachtung der Vor- und Nachteile in der Dokumentation sind deine Hinweise sicherlich richtig.

Dein Schluss, dass die hier gewählte Lösung schlechter als eine wesentlich aufwendigere Lösung ist, ist aber etwas voreilig.
Das kann eigentlich ja nur derjenige beurteilen der die Anforderungen genau kennt und überprüfen kann ob sie erfüllt sind oder nicht.

[sonic]

[..]
Ich hoffe ich habe mich jetzt verständlicher ausgedrückt.

Ja hast du, aber...
Du befindest dich bei deinen Gedankengängen in so kleinen Dimensionen, das diese Effekte durch ander größere Einflüsse überdeckt werden.

Probiers doch einfach mal aus, nimm einen Schrittmotor in die linke Hand, und einen normalen in die Rechte. Schalt beide ein, ungefähr gleiche Drehzal, und dann sag mir welcher runder läuft. Ich glaube das kannst du dann nicht so genau sagen. Die Vibrationen vom SM sind vielleicht anders als vom NM, aber gemittelt in der Intensität ungefähr gleich.

Und jetzt stell dir vor an beiden Motoren ist jeweils eine Welle gekuppelt die um 0,02mm unrund läuft + eine angetriebene Masse auch mit ein paar hundertstel Toleranz im Rundlauf. Im Prinzip kommt das dann doch nicht mehr drauf an, ob ein Schrittmotor treibt oder ein normaler, oder?

Naja, ich glaub wir drehn uns irgendwie im Kreis

Aber das mit der Trennung zwischen Antriebsanforderung und Halteanforderung ist mir noch nicht klar. Meiner Meinung nach ist der Schrittmotor selbstverständlich dazu entwickelt worden etwas anzutreiben, aber eben mit der Option auch eine bestimmte Position mit einer bestimmten Kraft zu halten. Ich glaube da gehst du mit der wissenschaftlichen Trennung der beiden Aspekte etwas zu weit. Das hängt eben nicht unwesentlich von der Anforderung des Projektes ab.

Gruß, Sonic

[Manf]

Viele Aspekte sind anhängig von der Sichtweise:

Wenn beispielsweise gesagt wird, es hätte jemand noch "keinen Drucker gesehen, an dem der Schlitten an einem Stahlband befestigt wird, sondern immer an einem Gummiriemen" dann ist das auch ein Problem der Sichtweise, einfach mehr reinschauen in die Systeme. In allen klassischen Diskettenlaufwerken (bis ca. vor 10 Jahren) ist der Kopfantrieb mit Stahlband realisiert, ebnso wie in Plottern, größere Drucker haben das zum Teil auch. Von dem Diskettenkopfantrieb ist auch ein Foto dabei.

Ein weiterer Punkt ist mir noch aufgefallen: Es gibt tatsächlich auch funktionsfähige Stepper Motoren, die über kein Antriebsmoment verfügen.
http://www.ptgindustries.com/MotionSystems/Linea_stepper.htm
Wir hätten keinen Moment daran zweifeln sollen.
Manfred