Berechnung Strangstrom Schrittmotor/ Akkuwahl

**malthy** · 12.05.2007, 14:59

Hallo zusammen!

Ich habe eine Frage zu Schrittmotoren und in diesem Zusammenhang auch zur Wahl eines Akkus. Der Hintergrund ist folgender: ich möchte einen kleinen (Gewicht 1-2 kg, je nach Akkugewicht) Roboter bauen. Als Antrieb habe ich zwei Schrittmotoren vorgesehen. Es handelt sich um einen MINEBEA 55SPM25D6G von Pollin (Best. Nr. 310 341). Die Motoren gehen ohne Untersetzung auf jeweils ein Rad (d=64 mm). Meine erste Frage ist folgende: Pollin gibt nur den Strangwiderstand (= 6.5 Ohm) und die Nennspannung (= 5 V) an. vorausgesetzt die Angabe für die Spannung von Pollin ist korrekt, sehe ich es richtig, dass ich dann den Strangstrom einfach nach I=U/R berechne, in diesem Fall also auf ca. 770 mA käme? Ich konnte trotz längerer Suche kein Datenblatt für den Motor finden. Grund meiner Skepsis: ich habe auf der Minebea Seite einen äußerlich ähnlichen (was nicht so viel heisst...) Motor gefunden, für den eine Nennspannung von 24 V, ein Strom von 800 mA, aber ein Strangwiderstand von 5.5 Ohm angegeben sind - in diesem Falle hängen also Strom, Spannung und Widerstand offensichtlich nicht so direkt nach Ohm zusammen.
Meine zweite Frage ist, ob die 5 V Angabe von Pollin realistisch ist. Mich wundert, dass der o.g. baulich ähnliche Minebea-Motor einen nur etwas geringeren Widerstand gegenüber meinen hat, aber für eine deutlich höhere Spannung ausgelegt ist.
Meine anschließende Frage bezieht sich auf die Wahl eines Akkus. Mich würde zunächst interessieren, ob jemand eine begründete Schätzung abgeben kann, wie hohe Spannungen ich max. brauche, um die genannten Motoren (mal vorausgesetzt die Pollin Angaben sind korrekt) stromgeseuert (mit L297/L29

zu betreiben. Meine jetztige Akkuwahl (noch nicht gekauft) ist auf einen "Racing-Pack" mit 7.2 V bei 3300 mAh gefallen. Ich hatte den Eindruck, dass das mAh/kg-Verhältnis bei NiMh-Akkus günstiger als bei Bleiakkus ist (stimmt das?). Damit hätte ich allerdings nur 2.2 V Überschuss um die Motoren zu betreiben. Genügt das für ein halbwegs effektives Betreiben der Motoren? Ich habe auch darüber nachgedacht, einen Step-Up-Wandler in den Roboter einzubauen, der mir die 7.2 V auf eine (noch zu definierende) Spannung erhöht. Wäre das evnt. sinnvoll?

Ganz vielen Dank für alle Tipps und Hinweise!

Es grüßt
malthy

**goara** · 13.05.2007, 04:30

also r =u/i stuímmt im prizip shcon, da dua llerdings im normalfall (ausser beim halten) die spulen nur kurz ansteuerst darfst ud die induktivitaet nicht vergessen.. das heist der strom ist dadurch geringer..

mit dem spannungsuebrschuss versteh ich nicht genau was du meinst.. du musst den mototr wenn 5 volt draufsteht mit 5 betreiben, da brauchst du keinen ueberschuss...

zum gewichteverhaeltins weis ich jetzs nicht genau, aber kann man ja einfahc ausrechnen, einfach mAh / masse und der groessere wert hat gewonnen....

**malthy** · 13.05.2007, 10:32

Hallo,

gerade wegen der Induktivität der Motorspulen möchte ich die Motoren ja STROMgesteuert betreiben - also das übernimmt der L297/L298 für mich. Damit ich trotz der induzierten "Gegenspannung" noch auf den gewünschten Strom komme, braucht ich ja nun eine höhere Spannung, als die Nennspannung. Ich kann nur nicht einschötzen, um wieviel ich die Sapnnung erhöhen muss, um auf den gleichen Strom und damit gleiches Drehmoment zu kommen.

Viele Grüsse
malthy

**darwin.nuernberg** · 13.05.2007, 11:03

Also lt. Datenblatt vom L298 bei 46V ist absolut schluss.

Und mit max. 4A (denke ich wohl mit 2A pro Phase richtig?) ist der andere Grenzwert erreicht.

Das gibt dann eine Ohm'sche/Statische Leistung von ~ 180W bzw. 90W für eine Phase !!! (ganz schön SCHÖN). (Der Cos-Phi nicht berücksichtigt)

Dafür braucht man dann schon ein ordentliches Netzteil bzw. einen vernüpftigen Accu, wenn es eine Zeit lang arbeiten soll.

Des weiteren muss dann auch noch ein entsprechender Kühler an den L298 den darf man dann auch nicht unterschätzen und ggf. auch an die Motorkühlung denken.

Ich hab mir die Flossen auch schon das ein oder ander mal am Motor verbrannt.

Was allerdings davon wieder in Halte- bzw. Drehmoment umgesetzt wird, hängt dann wieder vom Motor ab.

Deine Spannung "bricht" nur dann zusammen, wenn deine Supply nicht genügend Strom liefern kann.

Ob und wieviel der Moto ab kann, sollte iim Datenblatt stehen.

Allerdings hast Du recht, in mehreren Beiträgen habe ich auch schon gelesen, dass die Spannung zweitrangig ist,

<meine Anmekrung>

solange die (Ptot) Leistung nicht überschritten wird,
sonst liegt irgendwann nur noch ein geschmolzener Buntmetall-Klumpen rum

</meine Anmekrung>.

Mal abwarten was MANF dazu meint...

**malthy** · 13.05.2007, 12:48

Hallo,

naja, ich meinte ja nicht, was der Treiber max. Leisten kann, sondern was ich dem Motor optimalerweise anbieten muss... Aber mir ist gerade noch etwas zu dem Problem eingefallen: die "Racing-Akkus" werden ja gerade als "hochstromfähig" bezeichnet. Ich gehe also davon aus, dass sie kurzzeitig eben höhere Ströme liefern können. Das wäre ja genau das, was ich will.
Somit bliebe für mich nur die Frage, ob ich den Pollin Angaben trauen kann. Natürlich gibts hier (und auch sonstwo) keine Hellseher, aber vielleicht hat ja doch jemand eine Idee, wie ich den Strangstrom (den ich dann am L297 definiere) für den genannten Motor veranschlagen kann.

Danke!
malthy

**darwin.nuernberg** · 13.05.2007, 13:00

Jaa diese NC-Accus können schon ganzschön was liefern,
(kurzzeitig mehrere viele Amperé)

aber eben nicht sehr lange, ich denke da an länger als eine Stunde,
da ist ein Blei-Gel Accu (oder Autobatterie / Gabelstapler Accu (much groß und molto much schwer) wohl geeigneter,
wenn auch schweerererererer.

Zum Rest muss ich auch passen.

**Manf** · 13.05.2007, 13:08

Es wurde schon gesagt, dass man mit einer hohen Spannung dafür sorgen kann, dass der Motor auch bei hoher induzierter Spannung schnell den Strom erhält und das Drehmoment bis zu hohen Drehzahlen wirksam werden kann. Bei kleiner Drehzahl geht es auch bei kleiner Spannung kurz oberhalb von I * Ri.

Bei den Spannungsangaben für Schrittmotoren gibt es auch solche die den Wert für spannungsgesteuerten Betrieb angeben und aus denen sich dann mit dem Innenwiderstand der Strom bestimmen läßt. Andere Angaben beziehen sich auf die Isolation.

Sogar einige Stromangeben speziell bei kleinen Motoren beziehen sich nur auf Kurzzeitbetrieb.

Geht man davon aus dass der zulässige Dauerstrom durch die ohmschen Verluste in den Spulen bestimmt ist (was im allgemeinen zutrifft), dann kann man ihn auf folgende Weise bestimmen:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=13162

Manfred

**malthy** · 13.05.2007, 14:52

Hallo Manfred!

Die Methode zur Messung der Wicklungstemperatur ist sehr elegant. Vielen Dank für den Tip! Eine Nachfrage: welche Wicklungstemp. ist noch akzeptabel? Wenn bei 130°C Schäden auftreten, würde ich 50% davon als Grenzwert annehemen, also 60-70°C. Ist das ein realistischer Wert?

Ansonsten möchte ich meine Frage zum Ah/kg-Verhältnis bei Akkus nochmals wiederholen: liege ich mit meiner Einschätzung richtig, dass in dieser Hinsicht NiMH-Akkus günstiger sind als Pb-Akkus?

Vielen Dank!
malthy

**Manf** · 13.05.2007, 16:17

Es kommt dabei aber auch auf die Temperaturverteilung an die bei dünnem Draht schlechter ist als bei dickem Draht.
60-70°C sehe ich dabei noch als vorsichtigen Wert für die mittlere Draht-Temperatur an den ich leicht akzeptieren würde, aber ohne Gewähr.
Manfred