passendes Shield für Schrittmotor gesucht

[theRiddimKing]

Hallo,

ich bin relativ neu auf dem Gebiet der Motorshields und blicke noch nicht ganz durch. Daher bräuchte ich euren Rat.

Für einen bipolaren NEMA 23 Schrittmotor suche ich eine passendes Shield.

Der Schrittmotor ist folgender:

http://www.cncshop.at/index.php?a=9845

http://www.cncshop.at/download/51128.pdf


Die Versorgungsspannung liegt bei 12VDC.

Der Microcontroller ist ein MEGA 2560.


Aktuell ist ein L293D Shield verbaut, dieses bringt aber nicht genug Strom durch, so dass sich der Motor nur sehr langsam und schwach dreht.

Ein Problem ist der Motor, da dieser 2,5A pro Phase benötigt.

Soweit ich es verstanden habe fällt ein L298 auch raus, da dieses nur maximal 2A pro Phase verträgt.


Daher benötige ich ein Shield, dass mit dem genannten Motor klar kommt, damit dieser auf ca 600 U/min läuft.

Viel habe ich bis jetzt noch nicht im bezahlbaren Bereich gefunden.

https://www.reichelt.de/Erweiterungsboards/ARD-SHD-4A-MOTOR/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=191291&GROUPID=6669&artnr=ARD+SHD+4A+MOTOR&SEARCH=%252A

http://de.farnell.com/infineon/dcmotorcontrbtn8982tobo1/eval-board-btn8982-dc-motor-ctrl/dp/2453485?ost=INFINEON++DCMOTORCONTRBTN8982TOBO1++EV AL+BOARD%2C+BTN8982+DC+MOTOR+CTRL+SHIELD

Kann ich mit einem der beiden verlinkten Shield, denn Schrittmotor betreiben, oder habt ihr evtl. andere Vorschläge?

Idealerweise passt das Shield auf den MEGA.


Über Rat- und Vorschläge bin ich sehr dankbar.


Grüße

Thomas

[erik_wolfram]

Hallo!

Mit passenden Shield kenne ich mich garnicht aus. Ich weis, dass es für STM32 Nucleos gute Shields gibt - die haben dann aber auch ihren Preis!

Arbeitest du mit Arduino? Dann liegt dein Problem vielleicht ganz woanders!
Der Strom bestimmt nur das Drehmoment - man kann einen Motor ohne Probleme mit einem niedrigeren Strom betreiben und trotzdem "hohe" Drehzahlen erzielen.
Die Versorgungsspannung bestimmt die Schnelligkeit, wie schnell man den Nennstrom eingespeist bekommt - je höher desto mehr Dynamik. (Normalerweise werden hier 48 V eingesetzt)

Die Arduino Bibliotheken haben das Problem, dass durch die Vereinfachung deutlich an Rechenleistungs verloren geht. Die maximale Taktrate für die Motor-Ansteuerung liegt irgendwo bei 1000 Impulse pro Sekunde.
Wenn der Motor auf Vollschritt läuft benötigt er 200 Impulse pro Umdrehung: 1000 / 200 = 5 Umdrehungen pro Sekunde. Das heißt man schafft unter maximal 300 Umdrehungen pro Minute.
Wenn man danach sucht findet man im www Anleitungen wie man die Standard-Bibliotheken etwas schneller machen kann. (2000 Impulse pro Sekunde?!)

Muss es denn ein Shield sein? Man bekommt bei Ebay fertige Microschritt-Endstufen die mit wenigen Leitungen an den MEGA angeschlossen werden können. Diese können neben dem Strom auch Microschritt.
(Microschritt wird sich bei den normalen Arduino Bibliotheken negativ auf die max. Drehzahl auswirken)

Gruß Erik

[theRiddimKing]

Danke für den Tipp.

Bis jetzt wurde primär der MEGA über USB an den Laptop angeschlossen. Dann dreht sich der Motor vllt mit ca. 30 U/min und kann mit der Hand angehalten werden.

Sobald wir in an die 12VDC legen wird einer der Chips extrem heiß und die Drehzahl erhöht sich kaum.

Die Programmierung hab ich ausgelagert. ;)

Ich geb des mal an den Zuständigen weiter.

[erik_wolfram]

Hat der Motor beim Betrieb des MEGAs am USB eine eigene Spannungsversorgung gehabt? (USB liefert nur 500 mA / 900 mA - das reicht nicht für einen Schrittmotor!)
Bei 2 A sollte man den Schrittmotor nicht per Hand an der Welle anhalten können!
Ist der verlinkte Motor eventuell die Variante mit 6 Anschlüssen und wurde falsch angeschlossen?
Wie geschrieben - die Drehzahl wird von der Software vorgegeben - nicht vom Strom oder der Spannung!

Der L293 ist sicher nicht die beste Wahl. Wenn man zuverlässige Schrittmotor-Treiber sucht wäre vielleicht welche aus dem 3D-Druck geeignet - diese bieten Microschritt, einfache Schnittstellen und können zuverlässig 2 A liefern.
(z.B. A4988 für unter 4 €/Stk.) Dazu könnte man sich für ca. 10 € eine Ramps 1.4 Platine holen wenn man nicht fliegend verdrahten möchte.

Was ist den genau geplant (Einsatzgebiet/Aufgabe)? Eventuell kann man ja auch zielführendere Unterstützung/Hilfe leisten!

Gruß Erik

[Andree-HB]

Ich habe schon in mehreren Projekten solche Kombinationen verbaut:
http://www.banggood.com/CNC-Shield-UNO-R3-Board-4xA4988-Driver-Kit-With-Heatsink-For-Arduino-Engraver-3D-Printer-p-1082323.html?utm_design=13&utm_source=emarsys&utm_medium=Mail_men227_email&utm_campaign=newsletter-emarsys&utm_content=Claire&sc_src=email_2334266&sc_eh=239db5c8650277981&sc_llid=444943&sc_lid=94565449&sc_uid=Y1msyxDBS2

...allerdings liefern die kleinen Treiber nicht den oben benötigten Strom - für Versuche würde ich aber einfach mal den Zehner spendieren... :-)

[theRiddimKing]

Der MEGA hatte soweit ich weis keine extra Spannungsversorgung zum testen. Als wir die 12VDC angeschlossen haben, wurde der Chips sehr heiß und weder Drehzahl noch Drehmoment gingen nach oben.

Beim Motor handelt es sich um einen bipolaren Schrittmotor, da dieser 4 Kabel hat.

Die Aufgabe des Motor ist, eine bis zu ca. 20kg schwere Last direkt senkrecht an einer Spindel auf ca. 90cm nach oben zu drehen.


Wie funktioniert das genau mit dem A4988? Einfach einen A4988 Stepper Motor Driver auf das CNCShield Board stecken, dieses dann auf den MEGA und los gehts oder habe ich da noch was zu beachten?
Ich bin bei solchen kleinen Platinen immer recht skeptisch, ob die das aushalten.

Mir wäre es schon wichtig, wenn ich ein Shield finde, dass die 2,5A pro Phase unterstützt, zur Sicherheit. Ich hab gelesen, dass das L293 und das L298 den Strom nicht regulieren können, wie auch immer das sich schlussendlich auswirkt.

Ich bin bereit lieber ein paar Euro mehr auszugeben und eine sicher Lösung zu haben, da das ganze Teile eines Projekts ist und wir in 2 Wochen Abgabetermin haben.


Gruß

Thomas

[erik_wolfram]

Das bei Reichelt verlinkte Shield habe ich mir mal etwas genauer angeguckt.
Es kann nur 2 Ampere koninuierlich und die Stromregelung muss extern (also vom MEGA) geregelt werden - ich denke nicht, dass das für Arduino geeigntet ist.

Weitere Shields kenne ich leidern nicht. Wenn es unbedintgt 2,5 A sein sollen und die Zeit drängt würde ich eine separate, gehauste Endstufe empfehlen (z.B. Leadshine M542 ca. 50 € bei Ebay)
Diese sind nahezu unkaputbar, der Strom kann bequem über DIP-Schalter eingestellt werden und der Mikroschritt garantiert Laufruhe.

Was für eine Spindel ist, oder soll verbaut werden?

[theRiddimKing]

Danke,

ich habe mir schon gedacht, dass das Shield nicht ausreicht.

Der Leadshine M542 schaut interessant aus. Aber es haut nicht mit der Spannung hin, der braucht mindestens 20VDC.

Die Spindel ist eine Trapezspindel 12x2.

- - - Aktualisiert - - -

Ich habe zwei weitere Shields gefunden, bin aber trotz der vielversprechenden Stromangaben noch skeptisch.

https://www.marotronics.de/Motor-Treiber-BTS7960-H-bridge-motor-driver-max-43A

http://www.ebay.de/itm/30A-Dual-VNH2SP30-Monster-Moto-Schild-Stepper-Treiber-Modul-Replace-L298N-TE287/311423905605?_trksid=p2047675.c100005.m1851&_trkparms=aid%3D222007%26algo%3DSIC.MBE%26ao%3D2%2 6asc%3D42849%26meid%3Df9b8973e87da4131b9932b8d5555 1dd7%26pid%3D100005%26rk%3D2%26rkt%3D6%26mehot%3Da g%26sd%3D172382402051


Könnten diese doch passen?

Preislich sind sie ja echt super.

[erik_wolfram]

Die 20 VDC habe ich nicht bedacht...

Beide von dir genannten Shields erfordern eine externe Stromregelung! (Das VNH2SP30 besitze ich - eines davon ist mir schon kaputt gegangen - warum auch immer)
DU hast immernoch nichts zur Software geschrieben - Arduino wird beide Shields nicht bändigen!

Theoretische Betrachtung:

Wirkungsgrad n = 0,5
Steigung p = 2 mm
Masse m = 20 kg

F = m * g = 20 kg * 9,81 m/s² = 196 N

M = p / 2 / pi * F / n = 2 mm / 2 / pi * 196 N / 0,5 = 0,1249 Nm


Das hieße ohne Berücksichtigung der Beschleunigung (Massenträgheit) sollten 0,1249 Nm ausreichend sein! (ohne Sicherheit)
Selbst wenn du den Motor mit halben Strom betreibst sollte genug Luft vorhanden sein!

Irgendwas mit dem L293D ist im Argen (Software?!)- ein A4988 sollte das auf die Reihe bekommen!
Vieleicht solltest du diese Option nochmal überdenken?!

Gruß Erik

[theRiddimKing]

Die Programmierung hat ein Projektkollege gemacht, er meint sei Skript sei in Ordnung.

Die Berechnung des Drehmoments habe ich auch gemacht, bin aber irgendwie auf 0,9Nm gekommen. Muss es mal raussuchen.

Wollte eigentlich einen 1,1Nm Motor nehmen und habe mich dann für einen mit 1,8Nm entschieden, da dieser fast den gleichen Preis hatte. Sicher ist sicher ;)

Ich habe gelesen, dass der L293 und der L298 den Strom nicht regeln können und man dazu einen extra Chopper benötigt.

Kann das der A4988? Falls ja, könnte es mit diesem klappen.

Gruß
Thomas

[erik_wolfram]

Die Rechnung war ein Überschlagsrechnung - den genauen Wirkungsgrad von Trapezgewinde habe ich nicht mehr im Kopf.
Mit 1,8 Nm fährst du auf Nummer sicher - die Aufgabe sollte der Motor packen.

Zu dem L293 kann ich nichts sagen. Den L298 hatte ich mal in Kombination mit dem L297 aufgebaut um eine Schrittmotorsteuerung umzusetzen - der L297 regelt hierzu den Strom. Damit ahzst du recht - der L298 wird extern geregelt.

Der A4988 ist mittlerweile ein Massenprodukt. Dafür bekommt man bei dem Preis einiges. U.a eine integrierte Stromregelung - der Strom wird über ein Poti eingestellt. Weiterhin ist eine Überlastabschaltung integriert und weiteres.
Nicht nur, dass du mit dem A4988 günstiger kommst - er sollte auch recht komfortabel sein und die Aufgabe meistern.

[theRiddimKing]

Hab jetzt folgendes Shield-Set bestellt.

https://www.amazon.de/graviermeister-Expansion-4-A4988-Schrittmotor-Treiber-K%C3%BChlk%C3%B6rper-Arduino/dp/B019SXNIAS/ref=sr_1_fkmr1_1?ie=UTF8&qid=1492681807&sr=8-1-fkmr1&keywords=CNC+Shield+Expansion+Board+GRBL+inkl.+Tre iber+A4988

Dann hab ich ein paar extra A4988 und keine Probleme mit der Verbindung zum MC.

Schauen wir mal ob des so funktioniert.:)


Ich hab die Berechnung nochmal gemacht und komme auf 0,118Nm Minimum. Aber in Verbindung mit einer Sicherheit von 2, dem Wirkungsgrad der Spindel und des Motors komme ich auf einen benötigten Drehmoment von ca. 1Nm.

Da hab ich jetzt wenigsten ne gute Begründung warum ich den größeren Motor genommen habe. ;)


Ich bedanke mich schon mal für die Unterstützung und Tipps.

Falls es noch Probleme geben sollte schreibe ich hier nochmal.


Gruß

Thomas

[erik_wolfram]

Das Shield scheint ja gut geeignet! Das sollte doch zu machen sein.

Du darfst auch gerne berichten, wenn es erfogreich geklappt hat ;)