Abnehmende Spannung bei zunehmener Leistung v. Schrittmotor

[Klingon77]

hi,

habe die Tage mal im EBAY nach Schrittmotoren geschaut.

Was mir auffiel:

Bei den richtig dicken Dingern (z.B: für eine CNC Fräse - Eigenbau) scheint es mir so zu sein, daß mit zunehmendem Drehmoment die Voltzahl, mit der die Dinger betrieben werden, immer geringer ausfällt.

Macht das nicht zusätzlich Probleme, was die Konfiguration eines Netzteiles angeht?
Man versucht doch sonst - aus gutem Grunde - hohe Ströme zu vermeiden.

Bin da leicht verwirrt ](*,) ](*,)

Beispiel:

http://cgi.ebay.de/1-Stueck-Schrittmotor-1-85-Nm-High-Torque-Nema-23_W0QQitemZ230133260831QQihZ013QQcategoryZ9723QQr dZ1QQcmdZViewItem
Phasenstrom unipolar: 2,8 A / 2,8V / Wiederstand Phase 1,0 ohms / 1,37Nm
Phasenstrom bipolar seriell: 2,0 A / 4,0V / Wiederstand Phase 2,0 ohms / 1,85Nm
Phasenstrom bipolar parallel: 4,0 A / 2,0V / Wiederstand Phase 0,5 ohms / 1,85Nm

höchstens 4V? Warum nicht 12V und weniger Ampere?

Noch einer von der Sorte:
http://cgi.ebay.de/8-7-Nm-CNC-Schrittmotor-1-8-6-A-Neu-fuer-Fraese_W0QQitemZ190115610532QQihZ009QQcategoryZ972 3QQrdZ1QQcmdZViewItem
Haltemoment : 8,7 Nm bipolar - 4 Anschlusskabel
Phasenstrom : 6 A / 3,8 V

mit verwirrtem Gruß,
8-[ Klingon77

Nachtrag: hab ich ganz vergessen...

Wenn ich mir dann die zugehörigen Schrittmotorkarten anschaue, fällt mir auf, daß diese immer mit hoher Motor(Volt)zahl werben.

Beispiel:
http://cgi.ebay.de/CNC-Schrittmotor-Karte-fuer-3-Achsen-3D-Step-Rev-2-7_W0QQitemZ7572016844QQihZ017QQcategoryZ36802QQcmd ZViewItem

Einstellbar von 0,4A bis 2,1A pro Phase bis 44 Volt Motorspannung

Oder ein passendes Netzteil?
http://cgi.ebay.de/Universal-Schrittmotor-Netzteil-5A_W0QQitemZ3878240500QQihZ017QQcategoryZ36802QQcm dZViewItem
28 - 54V max. 5A Dauerstrom 7A Spitze (je nach Trafo)

[teslapower]

Hi!
Das magnetische Feld leitet sich ja aus der Stromstärke ab!
Je nach gewünschter Wicklung, Induktivität usw. legt sich die Spg. eben so fest.

Die hohe Spannung der Ansteuerungen wird zum möglichst schnellen Überwinden der Gegeninduktion in der Wicklung gebraucht.
Ist der Nennstrom erreicht geht man in die Strombegrenzung.
Sonst würde man hohe Drehzahlen nie erreichen...

Ich sehe gerade, steht ja alles auch in unserem RN Wissen...
https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Schrittmotoren

MFG teslapower

[pongi]

Wahrscheinlich deshalb, weil der Drehmoment mit dem Magnetisierstrom proportional ist, und nicht mit der Spannung. Ist aber nur ne Vermutung, ich kenne mich da auch nicht besonders gut aus.

[kalledom]

Ein starkes Magnetfeld wird erreicht, indem eine hohe Spannung mit steiler Flanke angelegt wird. Bei einem schnellen Spannungsanstieg wird ein hoher Blindwiderstand wirksam, was einen geringen Strom bedeutet.
Sobald das magnetische Feld aufgebaut ist, fällt der Blindwiderstand weg und es ist nur noch der ohmsche Widerstand wirksam. Das hat einen sehr hohen Strom zur Folge, der jedoch vorher bei überschreiten eines bestimmten Wertes abgeschaltet wird.
Dabei fällt das Magnetfeld wieder zusammen.
Nach sehr kurzer Zeit wird die hohe Spannung wieder zugeschaltet, Blindwiderstand, Aufbau des Magnetfelds, hoher Strom, abschalten.
Choppen (nicht Shoppen) nennt man diese Methode, die mit einer Chopper-Frequenz im mehrere kHz-Bereich abläuft. Das ist dieses hörbare Quieken bei Schrittmotoren.
Deshalb ist bei den Schrittmotorkarten die hohe Spannung wichtig und bei den Schrittmotoren der hohe Strom, der durch einen niedrigen Widerstand mit kleiner Spannung erreicht wird. Da ist der Blindwiderstand nicht mit einbezogen.

[Manf]

Wenn der Spannungsabfall am Wicklungswiderstand angesprochen wird und der an der Induktivität der Wicklung, dann sollte man sich noch eines klar machen:

Davon dreht sich der Motor nicht.

Die Leistung die in dem Motor in mechanische Leistung umgesetzt wird, ist der Strom mal der induzierten Spannung. Die soll im Idealfall den Hauptteil darstellen. Wenn beim Betrieb an 24V am Wicklungswiderstand 6V abfallen dann kann der Wirkungsgrad ja allenfalls noch 75% betragen.
(Die induzierte Spannung, die den Stromanstieg begrenzt, ist dann noch von den 24V abzuziehen. Dabei kommt es dann zu zeitabhängigen Funktionen was die Rechung etwas unübersichtlicher macht.)

Es wird recht anschaulich wenn man in die Drehmomentkurve des Motors das Produkt aus Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit einträgt und mit den (bis zu hohen Drehzahlen als konstant angenommenen) ohmschen Verlusten grob den Wirkungsgrad abschätzt. (Die ohmschen Verluste fallen nach dem Überschreiten des Leistungsmaximums auf der Drehzahlkurve durch den zurückgehenden Strom auch deutlich ab.)
Manfred



https://www.roboternetz.de/wissen/images/8/8b/Stepperdrehmoment.gif
die mechanische M * w Leistung ist hier noch nicht eingetragen

[Klingon77]

hi,

vielen Dank für die Antworten und den Hinweis auf´s Wiki!

Den Artikel habe ich gelesen und - auch Dank eurer Erläuterungen - im Ansatz verstanden.

Nun ist mir bewußt geworden, daß die Motorsteuerung die hohe Voltzahl bei erreichen des nächsten Schrittes runterregelt und daß die max. Stromstärke (A) einstellbar ist. Bzw. bricht ja in der Reglung die Spannung durch die Strombegrenzung automatisch auf den geforderten Wert ein.

Zum Begin des nächsten Schrittes erhöht sich quasi der Wiederstand der Spule(n) die mit Strom durchflossen sind - aufgrund des bestehenden Magnetfeldes aus der Endposition des letzten Schrittes.
Die hohe Spannung wird also nur bis zum erreichen des nächsten Steps benötigt um das bereits bestehende Magnetfeld besser zu überwinden.
Ist die Endposition des nächsten Schrittes erreicht und das bestehende Magnetfeld aus dem letzten Schritt vollkommen weg, bleibt nur noch der reine Ohmsche Wiederstand der Spule(n) übrig und die hohe Spannung bricht aufgrund der Strombegrenzung auf den geforderten Wert ein.

Wenn das so stimmt, habe ich die Spannungs/Stromreglung in Kombination mit den Ohmschen und induktiven Wiederständen im Ansatz verstanden.

Für die Praxis bedeutet dies, daß ich, einen 3,5V - 4A Schrittmotor durchaus mit 24V oder auch 36V betreiben kann.

Welchen Baustein (Endstufe) könnte ich denn nehmen um, sagen wir mal einen 6A (wegen der Reserven/Sicherheit) Schrittmotor zu steuern?

Habt ihr da einen Link; Schaltplan?

Das zugehörige Netzteil müsste ich dann auch nicht für, sagen wir mal 24V / 6A auslegen. Es würden dann auch ca. 24V / 2A (incl. Reserven) ausreichen?

Vor einigen Jahren bastelte ich mal mit Schrittmotoren und der C-Control M-Unit. Hat auch alles gut "gefunzt". Waren aber nur kleine Motoren (Conrad Restposten 12V 0,1x A)

Gruß, Klingon77

Nachtrag:
Könnte ich einen Schrittmotor dieser Stärke, mal ganz banal gefragt, auch über die üblichen L29X - Bausteine mit nachgeschalteten Endstufen über eine PC-Druckerschnittstelle ansteuern?

Was ich möchte:

Ich gehe mit dem Gedanken "schwanger" mir im Laufe des nächsten Jahres eine kleine CNC-Portalfräse zu bauen.
Im EBAY habe ich sehr günstig 4 Stahlwellen (Durchmesser: 25mm Länge: 560mm ersteigern können. Die Wellen sind geschliffen - ich hoffe mal auf 25 h6)
Das Spiel könnte ich mit diesen Linearkugellagern einstellen:
https://ssl.kundenserver.de/s114056157.einsundeinsshop.de/sess/utn;jsessionid=15465e8ca8b8aff/shopdata/0010_Linearkugellager/0050_LM-Linearkugellager/0030_geschlitzte+Ausf=FChrung+LME+...+AJ/product_details.shopscript?article=0060_LME%2B25-AJ-UU%2BLinearkugellager%2B%3D281001746%3D29
Den Shop gibt es hier:
http://www.romani-gmbh.de/html/shop.html
Als Software dachte ich an: Mach3
Scheint ein günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis zu haben. Außerdem ist eine deutsche Bedieneroberfläche vorhanden.
www.einfach-cnc.de
Dazu gibt es auch ein Forum für diese Software:
http://10487.rapidforum.com/

Schrittmotoren bekommt man "günstig" im EBAY.

Drehmaschine und Fräseinrichtung habe ich auch:
http://klingon77.roboterbastler.de/Schneckenradgetriebe/Position%2016/Position%2016.html

Bevor ich nun aber anfange, "massig" Geld auszugeben, möchte ich die Motoransteuerung "halbwegs" geklärt haben.

Einen Steuer-PC bekäme ich noch zusammengeschraubt (aus Restteilen)

Die Kosten möchte ich über die Bauzeit von ca. 12 - 18 Monaten verteilen.
(Geht leider nicht anders...)

In meiner "Zwischenzeit ohne Geld" kann ich dann an meinem "RasenRobby" weiterbasteln - sehr Arbeitsintensiv - geringe Kosten!)

Was ich noch gebrauchen könnte wären ALU-Platten (etwa DIN A4 groß ca. 12-15mm stark - günstig)


nochmals Dank für eure Hilfe!!!
Gruß, Klingon77

[kalledom]

Google mal mit dem Suchbegriff "Schrittmotor Chopper".

[Klingon77]

hi kalledom,

wenn ich das nun richtig verstanden habe:
https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Chopper_Betrieb
(steht alles im Wiki - man muß es nur finden)

* kann ich bipolare Schrittmotoren mit "jeder H-Brücke" ansteuern.
* bipolare Schrittmotoren sind die mit den 4 Leitungen (zwei Spulen)
* unipolare Schrittmotoren haben mehrere Spulen, können aber (mit jeweils in Reihe geschalteten Spulen) bipolar betrieben werden. Dadurch erhöht sich der Spulenwiederstand und die Leistung sinkt entsprechend.
* bipolare Schrittmotoren werden im "Phasen Chopping" betrieben.
* Phasen Chopping hat was die "gleichmäßigere Leistungsabgabe des Motores bei erreichen des nächsten Schrittes angeht", eine besseren Verlauf, da der Strom nur langsam abfließen kann.
* Dann müsste Phasen Chopping aber bei einer hoher Schrittfrequenz gegenüber der anderen Variante im Nachteil sein? (Das wäre nicht weiter störend, da ich auch mit "geringerer Schrittfrequenz arbeiten kann - um Schrittverluste zu vermeiden". Ist ja Hobby und kein Zeitlohn, bei mir.
*Unipolare Schrittmotoren können aufgrund ihrer Bauform (mehrere Spulen) mehr Zwischenschritte machen als bipolare. ("bipolar" ist verständlich - zwei Spulen. "unipolar" finde ich verwirrend - dürfte ja dann nur eine Spule sein. Die müssten eigendlich "multipolar" benannt werden.

Diesen Artikel habe ich, dank "teslapower" schon gelesen - aber wie immer, beim ersten und zweiten lesen nicht alles verstanden. Dafür fehlen mir auch zum Teil die Grundlagen. Bin Mechanikus und elektronisch nicht besonders weit gebildet.
https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Schrittmotoren

Ich denke, daß ich das Prinzip nun verstanden habe.

Mal schauen, wie die Wellen sind, die ich in EBAY ersteigert habe. Dann werde ich das Projekt wohl angehen.
Ich glaube, ich werde mich für bipolare Motoren entscheiden. Auch wenn sie weniger "Zwischenschritte" machen. Daß kann ich ja mit der Gewindesteigung kompensieren. Ist mechanisch auch besser, weil dann der Steigungswinkel sinkt und mehr Kraft beim Fräsen über die Gewindespindel abgeleitet wird. Der Motor wird nicht so stark belastet bzw. kann ich ggf. kleinere (und billigere) Motoren verwenden.

Bitte nochmal drüberlesen, ob ich da keinen gravierenden Verständnisfehler habe und evtl. berichtigen.

Danke für die Hilfe O:)

Gruß, Klingon77

Nachtrag:

Habe einen Baustein entdeckt, der doch schon ganz schön wäre.

Vorteil: Einfacher Aufbau - geringe äußere Beschaltung. Bekomme ich möglicherweise auch auf Lochraster hin.

Großer Kühlkörper ggf. Ventilator ist dann kein Problem.

Ist für bipolare Schrittmotoeren (incl. Halbschritt) bis 3,5 A und einer max. Spannung von 40V ausgelegt.
Wenn ich dann den max. Schrittmotorstrom mit dem 1,414 multipliziere habe ich, bei den anvisierten 4A immer noch ein wenig Luft noch oben.
Bei 3A wäre ich ganz im "grünen Bereich".

Steuerung kann über ein TTL Taktsignal und einem Richtungssignal erfolgen.

Sollte doch was sein für eine (Gravier)-Fräse?!?
(Angestrebt ist konturenfräsen in Alu bis 10mm Tiefe (Mehrere Durchgänge!).
Genauigkeit sollte unter 0,05mm liegen.

Kostet bei der Fa. um die 14 Euris.

Kennt jemand den Baustein? Der sollte doch "ansteuerungstechnisch" mit einer Steuerung wie MACH3 zusammenarbeiten können (über LPT).

[Yossarian]

Hallo
http://www.nanotec.de/download/Schaltungen_Schrittmotoren.pdf
http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/
http://www.nc-step.de/pdf/endstufen-basics.pdf
http://www.nc-step.de/pdf/motor-basics.pdf
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Klingon77]

hi Yossarian,

Deine Links haben mir sehr geholfen.
Über die "nc-step.de" Seite bin ich vorher schon "gestolpert".

Durch eure Hinweise und Links kann ich nun das dargebotene ein wenig besser einordnen! :idea:

Vorausgesetzt die dort angebotene "HP-Step" Leistungskarte arbeitet mit Mach3 zusammen, ist das eine feine Sache.
http://www.nc-step.de/hpstep.html
Hat alles, was man sich wünscht was Schritte, Leistungsoptimierung und Sicherheit angeht.
Gibt es als vorgefertigten Bausatz (traue ich mir schon zu - wäre nicht der erste) für ca. 55 Euris. Dies ist zwar nicht gearde "wenig Geld", aber ob meiner Elektronik-Kenntnisse sicher die sinnvollste Methode.

Ich würde dann so vorgehen:
* die Stahlwellen von EBAY (schöne dicke Dinger - 25mm Druchmesser, 480mm lang, außenrundgeschliffen!, vergütet? - hoffentlich) kommen die Tage.
* die werden dann geprüft (hoffentlich h6-geschliffen und nicht "verzogen").
* falls alles gut ist, bestelle ich die oben erwähnten geschlitzten Kugelumlauflager (4 Stück)
* nun kann ich die X-Achse auf einer Grundplatte aufbauen. Beide Schlitten der X-Achse verbinden (und somit die Tischaufnahme "X" vorbereiten.
* wenn ich das alles so hinbekommen, daß es zufriedenstellend leicht und spielarm läuft...
* ...werde ich versuchen an eine geeignete günstige Kugelumlaufspindel zu kommen und in "X" einbauen.
* Dann kommt der Schrittmotor dran (Netzteil 5V / 40V und oben erwähnte Leistungssteuerung)
* Somit sollte ich dann mit der Demo-Version von Mach3 (1000 G-Befehle möglich) die "X"-Achse mit Meßuhr und Fahrversuchen ausgiebig testen können.
* Wenn alles "funzt", geht es weiter zu "Y" (Aufbauen - Steuereung - testen), dann "Z" (das gleiche Spiel)

Wie denkt Ihr über dieses "Aufbaukonzept"? Ich muß auch die Kosten über einen längeren Zeitraum verteilen.

Werde nun mal NC-Step anmailen und nachfragen, ob die obengenannte Steuerkarte Mach3-kompatiebel ist und ob ich das auch so (modularer Aufbau) austesten kann.

Gruß, Klingon77

PS.
Nur so zur Info, wenn´s interessiert:
das zweit Schneckenradgetriebe steht kurz vor seiner Vollendung. :mrgreen: :lol: \:D/