Netzteil für Schrittmotoren

[Majuz]

Hallo zusammen,

ich möchte für meine Fräse eine neue Spannungsversorgung basteln, da die bisherige eigentlich meinem Vater gehört und nur 75W und 24V hat.

Ich habe dazu hier (http://www.einfach-cnc.de/netzteilberechnung.html) eine Anleitung gefunden um die Spannung und die Leistung des Netzteiles auszurechnen.
Als Motoren habe ich diese hier (http://www.orientalmotor.de/de/sites/produkt_4.php?ida=3&idser=69&idpr=1209&sgid=128) im Einsatz. Das dazugehörige Diagramm hab ich unten angehängt.

Ich möchte nun hier mal meine Berechnungsschritte darlegen und hoffe ihr könnt mir bestätigen dass das so alles richtig ist :-)

Transformatorspannung:
Das limitierende Bauelement ist hierbei mein Brückentreiber L6203 der maximal 48V verträgt. Nach der Formel auf obiger Seite ergibt das dann:

Spannung =((48V + 1,5V) / 1,42) * 0,85 = 30V

Also ein Ringkerntrafo mit 2*15V

Nun zur benötigten Leistung:

Bewegungsenergie = (2,2Nm * 0,75) * 5 U/s * 6,28 = 52W

Da ich 3 Motoren habe also insgesamt 156W

Bei Reichelt wäre das dann dieser hier (http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=444;GROUP=C55;GROUPID=3321;ARTICLE=1 5267;START=0;SORT=artnr;OFFSET=16;SID=29ifp5Y6wQAR 0AABRXGOod804746c79abdb0bc984910c1b7b10d3).

Als Gleichrichter käme dann dieser hier (http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=444;GROUP=A44;GROUPID=2998;ARTICLE=4 668;START=0;SORT=artnr;OFFSET=16;SID=29ifp5Y6wQAR0 AABRXGOod804746c79abdb0bc984910c1b7b10d3) zum Einsatz.

Fehlt noch der Ladekondensator:

Kapazität = 5,33A * 80000 / 30V = 14222µF

Aufgerundet also 15000µF und damit dieser hier (http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=5386;GROUPID=;SID=29ifp5Y6wQAR0A ABRXGOod804746c79abdb0bc984910c1b7b10d3) bei Reichelt.

Ein Widerstand mit 10W und 1k wäre bei Reichelt dann dieser hier (http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=2;GROUP=B165;GROUPID=3120;ARTICLE=15 00;START=0;SORT=artnr;OFFSET=16;SID=29ifp5Y6wQAR0A ABRXGOod804746c79abdb0bc984910c1b7b10d3).

Muss die Spannungs sonst nicht weiter geglättet werden? Einfach den Brückengleichrichter hin und den dicken Elko dahinter und das reicht?

Ich hoffe ihr könnt mir helfen!
Gruß
Marius

[Besserwessi]

Für die Motorteiber muß die Spannung nicht extra geregelt werden werde. Wenn man wirklich hart an die maximale Spannugn des ICs gehen will, dann sollte man eine Spannungsbegrenzung einbauen. Das könnte eine Arte vereinfacher Linearregler sein. Mit einem 30 V Trafo sollte es aber noch ohne gehen.

Für den Stromverbrauch würde ich eher anders rechnen:
Strom je Phase ca. 2,5 A. Bei höherer Geschwindigkeit braucht der Motor dabei auch die volle Spannung und man gewinnt nichts nennenswertes mehr über die Freilaufdioden.
Das macht dann bei 3 Motoren 6 x 2,5 A = 15 A.

Das wäre dann aber wirklich worst case. Realischischer werden ja gleichzeitig nur 2 Motoren sich wirklich schnell drehen. Außerdem wird man vermutlich mit halbschritten oder Mirkoschritten arbeiten. Da hat man dann im mittel noch mal nur etwa 75 % des Stromes.
Damit sollten etwa 7 A ausreichen um auf der sicheren Seite zu sein.
Es macht dabei auch nichts wenn kurzzeitog mal mehr Strom gebraicht wird, Trafos sind eher Träge un können kurzzeitg auch mal mehr ab.

Bei gut 40 V die man nach den Elkos haben wird wäre das aber immerhin 300 W. Dabei muß man auch noch berücksichtigen das bei einem einfachen Trafos-Gleichrichter-Elko aufbau der Trafo eine etwa 2 mal höhere Scheinleistung haben sollte, also eher 600 VA. Man kann das Verhältnis etwas verbessern mit eine Drossel, die aber auch nicht ganz klein ist - damit ändert sich aber auch die Spannung !

Wenn man eine guten Überlastschutz (z.B. Bimetallsicherung) einplant, kann man den Trafo vermutlich auch noch etwas kleiner Auslegen.

Besser wäre es mal nachzumessen wieviel Strom mit dem alten Netzteil gebraucht wird. Es hängt ja auch davon ab wieviel Strom man den Motoren wirklich gibt. Beim Nennstrom werden die ja ziehmlich heiß

[Yossarian]

Hallo

Bewegungsenergie = (2,2Nm * 0,75) * 5 U/s * 6,28 = 52W

Der PK267JDA hat bei 300u/min noch ein Moment von ca. 1,8Nm und das bei Vollschritt.
Bei Mikroschritt erreicht man ca. 71%, was aber wieder durch einen etwas höheren möglichen Strom ausgeglichen werden kann.
Mit dem Trafo kommst Du also dicke hin.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Besserwessi]

Das Was da berechnet wird, ist die maximale abgegebene Leistung. Schrittmotoren sind nun mal nicht für einen besonders hohen Wirkungsgrad bekannt. Die elektrische Leistung wird alse einiges höher sein.

[Yossarian]

Hallo
Schrittmotoren haben bei angegebenen Strom das angegebene Haltemoment.
Der Wirkungsgrad steckt also schon "drin".
Der Wirkungsgrad der Stepper ist an sich hoch, da aber die Motoren ständig mit "vollem" Strom betrieben werden, auch wenn das volle Drehmoment nicht benötigt wird, entsteht natürlich ein niedriger Wirkungsgrad.
Das Netzteil ist aber für die volle Entnahme des Drehmomentes berechnet, so daß hier im allgemeinen Reserven vorhanden sind.

Des weiteren wird ein Schrittmotor bzw. dessen Drehmoment nicht voll genutzt, um Sicherheit gegenüber Schrittverlusten zu haben.
Das heißt: wenn ich für die Mechanik ein Drehmoment von 2Nm brauche, lege ich den Schrittmotor für wenigstens 3Nm aus.

Der Wirkungsgrad der Treiber muß berücksichtigt werden.
Das erfolgte aber bereits in der von Majuz gemachten Rechnung.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Majuz]

Ok, super, dann brauch ich also nur den 30V/160W Ringkerntrafo, den Gleichrichter, den Kondensator und den Widerstand. Werd ich dann demnächst bestellen.
Vielen Dank für eure Hilfe!

PS: Ihr dürft gerne noch weiterdiskutieren ;-)

[Majuz]

Hallo zusammen,

ich bins nochmal :-)

Wollte das jetzt bestellen, aber es sind noch fragen bei mir aufgetaucht ;-) Ich hoffe ihr könnt mir sie beantworten.

Wenn ich die Kosten für dieses Selbstbau-NT zusammenrechne komme ich auf knapp 35€. Ohne Gehäuse usw. Nun gibt es aber bei Reichelt für nur 27€ ein Schaltnetzteil mit 150W (http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=444;GROUP=D481;GROUPID=4164;ARTICLE= 85212;START=0;SORT=artnr;OFFSET=16;SID=29ifp5Y6wQA R0AABRXGOod804746c79abdb0bc984910c1b7b10d3). Da könnte ich ja dann sogar die 48V-Variante nehmen, da es dabei ja zu keiner Überspannung kommt. Was wäre da jetzt der Vorteil vom selbstbauen?

Gruß
Marius

[Majuz]

Kann mir keiner helfen? :-(

[Besserwessi]

Das Schaltnetzteil wäre duetlich besser als ein Einfaches Eigenbau Netzteil aus 160 W Trafo Gleichrichtern und Elkos. Im Dauerbetrieb kann man da mehr Leistung entnehmen (150W im Vergleich zu etwa 80-120W) dafür hat man mit dem normalen Trafo kurzzeitig eher mehr Leistung. Außerdem spart man sich die Einschaltstrombegrenzung für den Trafo, ohen die wird das mit 160 W als Ringkern kaum gehen.

Ein Vorteil ist schon mal das man mit dem fertigen Entzteil auch schon einen gewissen Überlastschutz hat. Auch ist die Gefahr von Überspannung kleiner. Wenn eines der Netzteile nicht reicht, kann man ja immer noch ein zweites nehmen.

Vorteile vom Eigenbaunetzteil wären die höhere Spitzenlast, die einfachere Möglichkeit was zu reparieren wenn doch was kaput geht und weniger Funkstörungen, zumindest im Leerlauf. Schließlich noch ein besserer Preis beim Schrotthändler.

[Majuz]

Vielen Dank für deine Einschätzung. Also Werde ich dann doch das Schaltnetzteil nehmen. Fühle ich mich sicherer.
Durch die höhere Spannung kann ich meine Fräse dann vielleicht auch noch etwas schneller verfahren. Bisher sind nur 150mm/min drin. Ohne Last gehen sogar noch 400mm/min...