Netzteil für Schrittmotor [Archiv]

daNnyTigA

21.08.2016, 21:11

Hallo,

ich besitze folgenden Schrittmotor: https://www.roboter-bausatz.de/359/nema-17-schrittmotor-original-wantai-42byghw811 und folgenden Schrittmotor-Treiber: http://www.arduino-projekte.de/images/Module/Pololu/Pololu_pins_450px.png
ich soll nun also eine "power supply 8-35V" anschließen...kann mir jemand ein netzteil empfehlen? würde der hier auch reichen, trotz weniger Volt? -> https://www.roboter-bausatz.de/269/schaltnetzteil-220v-dc-5v-3a-15w-spannungswandler-fuer-led-beleuchtung

wie hab ich die größen Ampere und Watt bei der Netzteilauswahl zu berücksichtigen?

Danke und viele Grüße
Danny

i_make_it

21.08.2016, 21:34

Du schreibst 8-35V und postest den Link zu einem 5V Netzteil.

Jetzt denk mal nach ob das passt.

Bei einem Nema17 würde ich mal 12-24V sagen.
Der A4988 wird bei vielen 3D-Druckern mit den Nema17 Steppern damit betrieben.

W=V*A

Klebwax

22.08.2016, 08:52

Bei einem Nema17 würde ich mal 12-24V sagen.

Was hat Nema17, auf deutsch Flanschmass 42mm, mit irgendwelchen Spannungswerten zu tun?

Bei einem Chopper sollte man sich nicht am Motor sondern am Treiber orientieren. Da würden 24 bis 30V gut passen.

MfG Klebwax

i_make_it

22.08.2016, 17:25

Was hat Nema17, auf deutsch Flanschmass 42mm, mit irgendwelchen Spannungswerten zu tun?

Alles und nichts.

Schaut man sich den verlinkten Nema 17 mal an und den A4988 Treiber, hat man die Kombination die weltweit zigtausendfach mit 12V und weniger mit 24V in 3D-Druckern funktioniert.
Die 12V und 24V Netzteile bekommt man aus dem Grund auch mittlerweile billig nachgeschmissen.
ein 35 V Netzteil dagegen nicht.

Deshalb aus Erfahrungswerten ohne groß des Gehirn zu bemühen, für diese Kombi von Nema 17 mit A4988 passen 12 oder 24V aber keine 5V.

Klar gehen 35V aber das günstige 35V Netzteil habe ich noch nicht gefunden.

24V 15A gibt es für unter 30€.
12V 16,7A für 20€.

Da der TE aber schon fragt ob ein 5V Netzteil geht obwohl er selbst die vom Hersteller angegebenen Eckdaten postet die das ausschließen, stecke ich auch nicht besonders viel Hirnschmalz in die Antwort.
Da könnte man ja RN-Wissen bemühen oder Tante Google.

daNnyTigA

22.08.2016, 18:22

ahjo, danke für die freundliche antworte i_make_it. was ist daran falsch einfach mal zu fragen, ob es trotzdem funktioniert? vielleicht waren die 8-35V nur eine empfehlung? wie man dem anfänglichen post entnehmen kann war mir durchaus bewusst, dass 5V < 8-35V.

Ich würde dann denke ich mal zu einem 12V Netzteil tendieren, wie habe ich aber den Strom zu berücksichtigen? Beim Pololu steht Arbeitsstrom: 2A pro Phase ( https://www.roboter-bausatz.de/283/a4988-schrittmotorentreiber ). Es gibt ja viele verschiedene 12V Netzteile mit unterschiedlichen Ampere.

Viele Grüße
Danny

Klebwax

22.08.2016, 20:58

Klar gehen 35V aber das günstige 35V Netzteil habe ich noch nicht gefunden.

Selbst wenn es geschenkt wäre, ist es zu teuer. Einen Chip mit seinen Absolute Maximum Ratings zu betreiben, ist grenzwertig. Insbesondere bei einem Schrittmotortreiber, der im Bremsfall noch rückwärts speist und die Spannung erhöht.

Ich würde dann denke ich mal zu einem 12V Netzteil tendieren

Bei der Versorgung eines Schrittmotors sollte die Versorgung so hoch wie möglich sein, um ihn zügig laufen lassen zu können. Der Stromchopper des Chips kümmert sich um den Rest. Also wären 24V besser als 12V.

.. wie habe ich aber den Strom zu berücksichtigen? Beim Pololu steht Arbeitsstrom: 2A pro Phase ( https://www.roboter-bausatz.de/283/a4988-schrittmotorentreiber ).

Der Strom richtet sich nach dem Motor, der Treiber gibt nur die obere Grenze vor. Der Treiber muß also mehr vertragen, als der Motor benötigt. Wobei die 2A nicht dauerhaft funktionieren werden. Dazu ist der Chip auf diesen Modulen viel zu schlecht gekühlt.

Bevor man also das ganze plant, sollte man den Motor genau kennen. Das Flanschmass (NEMA17) ist wichtig für die Montage, Nennstrom und Spannung für die Auslegung des Treibers. Mehr als 1 bis 1,5A würd ich bei diesen Treibern aber nicht einplanen, dazu ist die Platine viel zu klein.

MfG Klebwax

i_make_it

22.08.2016, 21:24

Jetzt denk doch mal nach.
Rechne doch mal
2A x 5V = 10
2A x 12V = 24
2A x 24V = 48
2A x 35V = 70
Da fallen einem doch ein paar Unterschiede auf.
Schaut man sich jetzt mal die Drehmomentkennlinien an, sieht man das mit sinkender Spannung nicht mehr viel zu wollen ist.
http://www.pbclinear.com/Download/DataSheet/Stepper-Motor-Support-Document.pdf
Schau mal bei Nema 17, ist zwar nicht von dem Hersteller, aber die werden ähnlich aussehen.

daNnyTigA

22.08.2016, 21:57

ja okay, das macht sinn..

dann muss ich mir also auchn neuen treiber zulegen... da war ich wohl zu voreilig mit dem kauf.. :rolleyes:

Vielen Dank!

i_make_it

22.08.2016, 22:44

Die Kombi von Nema 17 in der Größe und A4988 funktioniert schon. Das beweisen ja die vielen 3D-Drucker die damit laufen.
Ich habe 5 davon auf meinem Ramps 1.4 Board.
Halt Kühlkörper auf den Chips ein Lüfter und keine großen Lasten zu bewegen.
Für etwas mehr leistung gibt es mit dem selben Pinout noch DRV8825 Module.
Soll der Motor aber am oberen Leisungsbereich betrieben werden, sollten es stärke Treiber sein.

Das Netzteil muß die Leistungsspitzen abkönnen.
Wenn es also pro Spule 2A sind, sind das kurzfristig 4A pro Motor.
Bei 24V also 96W damit die Spannung nicht in die Knie geht.

https://www.amazon.de/XKTTSUEERCRR-Transformator-Schaltnetzteil-Stromversorgung-Beleuchtung/dp/B01IMQ1Q4C/ref=sr_1_7?ie=UTF8&qid=1471894987&sr=8-7&keywords=24v+200w+netzteil
https://www.amazon.de/dp/B00ORNLM8K?psc=1

Peter(TOO)

22.08.2016, 22:48

Hallo Danny,

was ist daran falsch einfach mal zu fragen, ob es trotzdem funktioniert? vielleicht waren die 8-35V nur eine empfehlung? wie man dem anfänglichen post entnehmen kann war mir durchaus bewusst, dass 5V < 8-35V.
Das ist eine Garantie.
Damit eine Schaltung funktionier braucht sie nun mal eine minimale Spannung.
Die maximale Spannung ergibt sich dann, weil entweder Bauteile keine höhere Spannung vertragen oder Teile der Schaltung zu viel Verlustleistung produzieren und dann deshalb durchbrennen. Gerade bei der Wärme ist auch die Temperatur zu berücksichtigen. Bei 20°C kann alles bestens funktionieren und im Sommer bei 30°C brennt dann etwas durch. Möglich ist auch, dass es nur eine Weile funktioniert.

Wie sich die Schaltung ausserhalb des garantierten Bereichs verhält, weiss keiner wirklich im voraus.
Berücksichtigen muss man auch, dass die Bauteile eine Toleranz haben. Von 100 Stück funktionieren vielleicht 10 auch mit 6V, die restlichen 90 funktionieren schon bei 7V nicht mehr. Hinzu kommt noch, dass auch Elektronik altert und sich die Werte mit dem Alter verändern.

Falls du mal lernst Schaltungen selber zu entwickeln und zu berechnen, wirst du auch sehen wo die Probleme liegen.

MfG Peter(TOO)

Klebwax

23.08.2016, 00:07

Die Kombi von Nema 17 in der Größe und A4988 funktioniert schon. Das beweisen ja die vielen 3D-Drucker die damit laufen.
Natürlich, da NEMA17 nur das Flanschmass ist und keine Aussage über den Strom oder die Spannung des Motors ist. Bei Nanotec findest du NEMA17 Motore von 160mA (ST4118S0206) bis 3A (ST4118D3004) Strangstrom. Also vergiss endlich diese NEMA Bezeichnung, wenn du von elektrischen Eigenschaften sprichst.

Halt Kühlkörper auf den Chips ein Lüfter und keine großen Lasten zu bewegen.
Für etwas mehr leistung gibt es mit dem selben Pinout noch DRV8825 Module.

Da der Chip seine Wärme über die Pins abgibt, ist ein Kühlkörper auf dem Chip nur die zweitbeste Lösung.

Das Netzteil muß die Leistungsspitzen abkönnen.
Wenn es also pro Spule 2A sind, sind das kurzfristig 4A pro Motor.
Bei 24V also 96W damit die Spannung nicht in die Knie geht.

Nein: erstens werden beide Spulen nicht gleichzeitig voll angesteuert und zweitens und wichtiger werden Induktivitäten geschaltet und der Stromchopper funktioniert wie ein Schaltregler. Der Eingangsstrom ist also geringer als der Strom durch die Wicklung. Es gehört aber auch ein ordentlicher Elektrolyt direkt an den Treiber, wie bei jedem Schaltregler an den Eingang.

Wenn der Motor z.B. mit 2,5A Phasenstrom bei 3V angegeben ist, macht das maximal 7,5W pro Phase. Selbst unter schlechten Bedingungen sollte ein Netzteil mit 20W reichen, unabhängig von der Spannung. Wenn da 96W hineingehen, bringen 15W davon den Motor an seine Grenze und die restlichen 80W brennen den Treiber trotz Kühlkörper blitzschnell ab (oder auch umgekehrt).

MfG Klebwax

Feuerring

23.08.2016, 00:53

@daNnyTigA (https://www.roboternetz.de/community/members/68476-daNnyTigA)

damit man keine Schnittverluste hat sollte bei einem Step-motor der Strom immer stimmen,
bei höheren Drehzahlen (Steps) erhöht sich der Widerstand der Spule (Induktion), deswegen arbeiten Die Treiber auch über die Strom-Regelung,
bei zu geringer Spannung bricht dann der Strom ein ... also genügen Spannungs- und Leistungs- Reserve bei den Treibern / Netzteil einplanen ...

Manf

23.08.2016, 07:38

Wenn wir gerade bei der Analyse von Schrittmotordaten sind, dann gehört die folgende Bertrachtung noch dazu:
Bei einem Schrittmotor mit einem Phasenstrom von 2,5A und einem Wicklungswiderstand von 1,25 Ohm, da fallen, wie auch im Datenblatt beschrieben, 3,1V Spannung am Wicklungswiderstand ab.
http://www.phidgets.com/documentation/Phidgets/3303_0_Datasheet.pdf
Das ist eine Leistungsaufnahme von 7,75W. Wieviel von dieser Leistung wird in Antriebsleitung umgesetzt? Gar nichts, denn das ist ja der Spannungsabfall am Widerstand des Kupferdrahts. Wenn sich der Motor nicht dreht dann benötigt man auch keine größere Spannung um den Strom einzuspeisen.

Dreht sich der Motor und es wird wird zusätzlich eine Spannung induziert und der Strom wird in gleicher Größe durch die Spulen getrieben dann kann man darüber Leistung in den Motor bringen die in Antriebsleistung umgesetzt wird. Das spielt sich im Bereich bis (24V -3V) * 2,5A ab.

Der Bereich kann wegen der induktiven Widerstande bei weitem nicht ausgeschöpft werden, er stellt nur eine obere Grenze dar, die die Wirkungsweise etwas veranschaulicht. Man sieht hier auch, dass gerade bei der Drehzahl mit einer induzierten Spannung von 24V-3V die höchste Leistung erreicht werden kann.

Feuerring

23.08.2016, 09:54

Dreht sich der Motor und es wird wird zusätzlich eine Spannung induziert und der Strom wird in gleicher Größe durch die Spulen getrieben dann kann man darüber Leistung in den Motor bringen die in Antriebsleistung umgesetzt wird. Das spielt sich im Bereich bis (24V -3V) * 2,5A ab.

Das wäre schön wenn man das so einfach berechnen könnte ...

Durch die Induktion bekommt man eine Phasenverschiebung ... bei Spulen eilt der Strom nach je nach Wirk-Anteil kann man von 60° ausgehen ...

einfach mal nach Wirk- / Schein- / Blind- Leistung schauen ...

Die Formeln beziehen sich aber auf Wechselstrom, der Strom durch ein Step-Motor ist aber alles andere als ein Wechselstrom ... PWM oder Pulsgruppen Rechtecksignal

Manf

23.08.2016, 17:00

Peter(TOO)

23.08.2016, 21:45

Ja, genau darum geht es, zu zeigen, welche Paramter den entscheidenden Einfluss haben.
Die Beziehung läßt sich auch gut an Datenblättern von Schrittmotoren darstellen, die von gleichen Typ sind, aber unterschiedliche Wicklungen haben.
Die Betrachtung wäre aber sicher ein eigenes Thema.
Mittlerweile hat sich auch die Schaltungstechnik geändert.
So in den 70er Jahren hat man mit der Drehzahl die Spannung erhöht. Da wurden dann 3.6V Schrittmotore, bei maximaler Schrittzahl, mit 100V betrieben um einen brauchbaren Spulenstrom zu haben.

Heute legt man ein feste Spannung an und regelt den Spulenstrom über PWM. Im Prinzip bekommt jede Spule ein eigenes Schaltnetzteil.
Passt heute, mit den Leistungs-MOS-FETs und einigem mehr, alles in ein kleines IC-Gehäuse und hätte in den 70er Jahren ein paar Eurokarten gefüllt.

daNnyTigA

24.08.2016, 19:36

Moin, danke für die zahlreichen Antworten..ich versuche mal zusammenzufassen..

1. Auswahl Schrittmotor (habe ich schon --> 2 Phasen, 2,5A, 3,1V)
2. Auswahl Schrittmotor-Treiber (muss > 2,5A haben // Beispiel: 3A und 8-35V)
3. Auswahl Netzteil (Motor braucht 2,5A*3,1V*2Phasen = 15,5W, es sollte nicht weniger sein aber auch nicht sehr viel mehr // Beispiel: 24V 1A 24W)

ansonsten korrigiert mich bitte..
danke

Klebwax

25.08.2016, 08:46

3. Auswahl Netzteil (Motor braucht 2,5A*3,1V*2Phasen = 15,5W, es sollte nicht weniger sein aber auch nicht sehr viel mehr // Beispiel: 24V 1A 24W)

Größer darf es ruhig sein, das ist unproblematisch. Ich würde nach anderen Kriterien entscheiden: Preis, Bauform, will ich noch etwas anderes mit dem Netzteil versorgen (z,B. weitere Motore) oder was hab ich schon da.

MfG Klebwax

Peter(TOO)

25.08.2016, 13:11

1. Auswahl Schrittmotor (habe ich schon --> 2 Phasen, 2,5A, 3,1V)
2. Auswahl Schrittmotor-Treiber (muss > 2,5A haben // Beispiel: 3A und 8-35V)
3. Auswahl Netzteil (Motor braucht 2,5A*3,1V*2Phasen = 15,5W, es sollte nicht weniger sein aber auch nicht sehr viel mehr // Beispiel: 24V 1A 24W)
Wenn du den Motor mit 2.5A ausfahren willst, muss jedes Netzteil diesen Stron liefern!
Also
10V / 2.5A = 25W
24V / 2.5A = 60W
30V / 2.5A = 75W

Der Unterschied liegt dann darin, dass du mit 30V eine höhere maximale Schrittfrequenz (Drehzahl) als mit 10V erreichst.

Beim Schrittmotor wird der Spulenstrom immer Ein- und Ausgeschaltet.
Zudem haben Schrittmotoren eine hohe Induktivität.

Etwas vereinfacht:
Legst du an eine Spule ein Spannung an, fliesst zuerst nur ein ganz kleiner Strom, welcher mit der Zeit immer grösser wird.
Je grösser die Induktivität ist umso langsamer steigt der Strom an.
Je höher die angelegte Spannung ist, umso höher ist der Anfangsstrom.

Und dies ist nun das Problem beim Schrittmotor. Liegt die Spannung nur ganz kurz an, erreicht der Strom die z.B. 2.5A gar nie, bzw. mit zunehmender Schrittfrequenz nimmt der Strom ab und somit auch die Kraft des Motors. Irgendwo kommt dann der Punkt wo es nicht mehr reicht und der Motor Schritte verliert, aus dem Trott kommt und nur noch brummt.
Heutige Ansteuerungen messen den Spulenstrom dauernd. Die Spulenspannung wird dann bei z.B. bei 5A abgeschaltet und nach einer bestimmten Wartezeit schaltet man die Spannung wieder an die Spule. Der Spulenstrom hat dann in etwa die Form eines Sägezahns und im Mittel dann 2.5A.
Das Netzteil muss dann 2.5A bringen und den Spitzenstrom von 5A holt man aus einem grossen Elko.

MfG Peter(TOO)

daNnyTigA

25.08.2016, 18:02

alles klar, vielen dank! :)

da ich schon einen schrittmotor-treiber mit max. 2a habe und der schrittmotor mit 2.5a fahren kann, könnte ich also auch ein netzteil mit geringerer leistung bzw. ampere kaufen? beispiel (24v, 1,8a): https://www.reichelt.de/Schaltnetzteile-bis-150-W/SNT-MW40-24/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=57474&GROUPID=7264&artnr=SNT+MW40-24

und wenn man es dann später richtig gut machen will, integriert man noch einen elko? für mich geht es eigentlich erstmal nur darum, dass ding überhaupt zum drehen zu bekommen und mich ein bisschen damit zu beschäftigen ;)

Klebwax

25.08.2016, 21:07

Wenn du den Motor mit 2.5A ausfahren willst, muss jedes Netzteil diesen Stron liefern!
Also
10V / 2.5A = 25W
24V / 2.5A = 60W
30V / 2.5A = 75W

Nope! Wie ich schon oben geschrieben habe, funktioniert ein Stromchopper wie ein (Abwärts)Schaltregler. Je höher die Eingangsspannung desto kleiner der Eingangsstrom bei konstantem Ausgangsstrom. Die Leistung bleibt in etwa konstant.

Ein kleines Experiment, daß ich gemacht habe: ein Stepper aus der Grabbelkiste, ein Steppermodul mit dem DRV8255, und einen Strom eingestellt, bei der der Chopper auch bei 10V schon arbeitet und der Motor rund läuft. Das ganze am Labornetzteil. Die Stromaufnahme bei 10V ca. 390mA, bei 20V ca. 200mA. Das skaliert, wie zu erwarten, ziemlich linear.

@daNnyTigA

Dein Motor funktioniert auch mit weniger Strom, insbesondere wenn beim Experimentieren keine Last dran hängt. Beiß dich also nicht an den 2,5 A fest. Ich verwende beim Experimentieren meißt ein Labornetzteil. Als Alternative benutze ich ein Universal Notebooknetzteil. (http://www.ebay.de/itm/Universal-Adapter-Laptop-Notebook-Netzteil-120-W-KFZ-12V-1-3A-4A-Fur-Dell-Hp/271093273567?_trksid=p2047675.c100012.m1985&_trkparms=aid%3D222007%26algo%3DSIC.MBE%26ao%3D1%2 6asc%3D37787%26meid%3D2c57e663bb0d4a4e9440719ec841 e972%26pid%3D100012%26rk%3D3%26rkt%3D3%26sd%3D2320 58817529) Da kann man die Spannung zwar nicht kontinuierlich aber stufenweise mit einem Schiebeschalter zwischen 12V und 24V einstellen. Dann blockiert der Versuchsaufbau nicht das Labornetzteil. Gibts mit 80 oder 100W für kleines Geld.

Den Elko, ein paar 100µ aus der Bastelkiste. einfach direkt an die Stromversorgungsanschlüsse des Moduls. Pololu empfielt ihn dringend. Ein von Hand gedrehter Stepper kann sonst leicht mehr als 35V erzeugen und den Treiber himmeln.

MfG Klebwax

Peter(TOO)

25.08.2016, 23:19

Hallo Klebwax,

Nope! Wie ich schon oben geschrieben habe, funktioniert ein Stromchopper wie ein (Abwärts)Schaltregler. Je höher die Eingangsspannung desto kleiner der Eingangsstrom bei konstantem Ausgangsstrom. Die Leistung bleibt in etwa konstant.

Ein kleines Experiment, daß ich gemacht habe: ein Stepper aus der Grabbelkiste, ein Steppermodul mit dem DRV8255, und einen Strom eingestellt, bei der der Chopper auch bei 10V schon arbeitet und der Motor rund läuft. Das ganze am Labornetzteil. Die Stromaufnahme bei 10V ca. 390mA, bei 20V ca. 200mA. Das skaliert, wie zu erwarten, ziemlich linear.
Auch unter Last und mit variabler Drehzahl?
Leerlauf ist das eine. Da war doch gerade erst ein Anfrage: Die Räder drehen wenn sie sich in der Luft befinden und wenn man das Auto hinstellt, brummt es nur.

Zudem habe ich extra geschrieben "Wenn du den Motor mit 2.5A ausfahren willst...".
So richtig Lustig wird es erst, wenn man in den Bereich kommt, wo man mit Rampen anfahren muss, eine möglichst hohe Schrittfrequenz erreichen und auch noch Drehmoment am Abtrieb haben will...

MfGPeter(TOO)

Klebwax

26.08.2016, 01:12

Hallo Klebwax,

Auch unter Last und mit variabler Drehzahl?
Leerlauf ist das eine. Da war doch gerade erst ein Anfrage: Die Räder drehen wenn sie sich in der Luft befinden und wenn man das Auto hinstellt, brummt es nur.

Zudem habe ich extra geschrieben "Wenn du den Motor mit 2.5A ausfahren willst...".
So richtig Lustig wird es erst, wenn man in den Bereich kommt, wo man mit Rampen anfahren muss, eine möglichst hohe Schrittfrequenz erreichen und auch noch Drehmoment am Abtrieb haben will...

MfGPeter(TOO)

Spielt doch alles keine Rolle, lenk doch nicht ab. Dies ist einfach falsch:

Wenn du den Motor mit 2.5A ausfahren willst, muss jedes Netzteil diesen Stron liefern!
Also
10V / 2.5A = 25W
24V / 2.5A = 60W
30V / 2.5A = 75W

Bei einem Stromchopper muß das Netzteil die maximale Leistung des Motors liefern, nicht den maximalen Strom des Motors. Deine 60W sind also falsch, die 75W sind reiner Blödsinn.

MfG Klebwax