Vorteile eines Schrittmotors gegenüber anderen Motoren

[Manf]

Wenn ich den Motor bipolar anssteuere, bedeutet das lediglich, dass der Motor im rechts- sowie im linkslauf betrieben werden kann?? Oder was hat das sonst noch zu bedeuten.
Und, welche Vor- bzw. Nachteile bringt es, wen ich bei 4 Spulen je 2 Spulen in Reihe oder paralell schalte????

Eine Paralellschaltung soll zur Folge haben, dass es zu mehr Drehmoment im oberen Drehzahlbereich kommt.
Was ist dann der Vorteil einer Reihenschaltung????

Die Motorspulen sollen Magnetfelder erzeugen, die nacheinander in unterschiedliche Richtung weisen. Wenn man in einer Spule den Strom nur ein und ausschalten kann, dann muß man für die Gegenrichtung eine weitere Spule einsetzen. Bei bipolarem Betrieb verwendet man jede Spule in beiden Richtungen, der Strom fließt also nacheinander in der einen Richtung und nach dem Abschalten auch in der anderen Richtung durch die Spule.

Wenn man zwei Spulen gleichzeitig betreibt dann kann man den doppelten Strom hindurch schicken (bei Paralellschaltung). Schaltet man die Spule in Reihe, dann hat der Strom die doppelte Wirkung wie bei einer Spule, man muß allerdings immer eine Spannung anlegen, die höher ist als die induzierte Spannung, damit der Strom fließt. Die induzierte Spannung ist ja bei den zwei Spulen doppelt so groß wie bei einer Spule. Das wird dann bei hohen Drehzahlen, bei denen die induzierte Spannung hoch ist, schwierig.
Manfred

[LoD]

Hat vielleicht etwas damit zu tun, dass ich mich Schwingungen und Resonanzen in Strukturen beruflich beschäftige. Sollte ich es nicht in der Hand spüren können, kann ich es dir mit Sicherheit ab nächste Woche Dienstag mit nem Scanning Laser Interferometer nachweisen.
Dass die Teile die auf der Scheibe sortiert werden sollen anfangen können ("können"=ich werd vorsichtiger) zu wandern hängt noch von deren Gewicht und Größe ab. Wenn man ne Eigenfrequenz trifft hüpfen Teile von der Scheibe, egal wie schwach die Anregung ist.

Vergleich Unwucht zu Schrittmotor: 1. Ich glaube kaum, dass man viele (schadenfreie) Motoren finden wird, deren Rotor eine nur eine Toleranz von 2 Hundertsteln hat. Jedenfalls nicht bei Motoren deren Hersteller ein ordentliches Datenblatt herausgeben und Kennzahlen garantieren. 2. Werden bessere Motren ausgewuchtet. 3. ist die Unwuchtmasse einer 3mm Welle mit einer Rundlauftoleranz von 0,02 und endlicher länge ein Witz. 4. ist der Energiegehalt einer einer unrunden Welle drehzahlabhängig (glaube dann aber quadratisch).
Beim Schrittmotor ist die Energie der Anregung größer, je weiter ich mich von seiner Leistungsfähigkeit wegbleibe. Bewege ich ihn nur schrittweise weiter, am besten mit einer Stromregelung ist die Anregung am größten. Und der Läufer Schwingt mit seiner Eigenfrequenz aus. Klebt man auf den Motor eine große, schwere Scheibe (ohne die Lagerdes Motors zu überlasten) eine Fahrradfelge oder so, sollte man dieses Einschwingen auf die Neue Position auch sehen können, da die Eigenfrequenz dann auch im wahrnehmbaren Bereich ist und aufgrund der niedrigeren Frequenz bei gleicher Energie die Amplituden größer sind. Zusätzlich wirkt der große Durchmesser noch als "Amlitudenverstärkung".
Bei großen Drehzahlen wird der Motor dann ruhiger, er kommt aber auch seiner Leistungsgrenze näher (wenn man eine konstante Last annimmt, die nicht mit Steigender drehzahl auch mit steigt).
Will sagen der Vergleich ist Drehzahlabhängig. Nehmen wir einen billigen DC-Motor mit nem augenudelten Getribe und Welle mit Schlag und lassen das Agangsseitig mit 1U/min Drehen und vergleichen das mit nem 200Schritte Stepper bei gleicher Drehzahl, wird man den Stepper sicher deutlich spühren. Andersrum wird man Nen Motor mit Schlag bei 20000U/min deutlicher spüren, als einen Stepper der mit einem ÜBERsetzungsgetribes auf die selbe Drehzahl gebracht wird. Mit so einem Getriebe.

@Manf: OK, hast mich ertappt, mal wieder zu stark generalisiert. Allerdings werden Plotter spätestens durch die Stiftreibung gedämpft. Der benannte Diskettenlaufwerkskopfantrieb hat(te) eine zum Teil doppeltgeführten Gleitschlitten mit verhältnismäßig langen Kunststoff- oder gar Filzbuchsen. Außerdem wird das Diskettenlaufwerk praktisch nur statisch betrieben, also erst nach dem abklingen mechanischer eigenschwingungen. Bei großen Druckern wird allerdings auch wieder eine ganze menge anderer Aufwandt betrieben, um Schwingungen zu reduzieren.
Jetzt aber mal die Gegenfrage, warum werden Schrittmotoren nicht in Festplatten eingesetzt (bzw. als Umkehrschluss aus deiner Aussage, warum werden sie nichtmehr in Diskettenlaufwerken eingesetzt)?

[Manf]

Jetzt aber mal die Gegenfrage, warum werden Schrittmotoren nicht in Festplatten eingesetzt (bzw. als Umkehrschluss aus deiner Aussage, warum werden sie nichtmehr in Diskettenlaufwerken eingesetzt)?

In Diskettenlaufwerken werden die Stahlbandantriebe nicht mehr eingesetzt weil kleinere Massen bewegt werden und damit ein neue billigere Konstruktion eingesetzt wird. Schrittmotorgewicht ist auf weniger weniger als 20% reduziert. Es ist ein Gewindespindelantrieb.
(Erzähle bitte nicht die alten Diskettenlaufwerke hätten sich nicht bewährt.)
Die alten Plattenlaufwerke hatten mindestens zum Teil ebenfalls Stahlbandantriebe, die jetzt durch viel schnellere und dynamisch weitaus anspruchsvollere Magnetschwenkarme ersetzt sind. (offene Spule im Magnetfeld).

Es geht mir aber wirklich um den Schrittmotor an sich, ich will noch mal auf die Ostermannsche FAQ site zurückkommen:
Der Schrittmotor setzt die elektrische Leistung, die er erhält in verschiedene Leistungsanteile um, die sich zunächst qualitativ klar bestimmen lassen und die man dann auch noch ansatzweise quantitativ abschätzen kann.
Die Leistung wird umgesetzt in:
1. Wirkleistung: Mechanische Ausgangsleistung
2. Ohmsche Verlustleistung
3. Magnetische Verluste, (und oder incl. Wirbelstromverluste)
4. Mechanische Verluste
(5. im System, nicht im Motor, Ansteuerungs-Verluste)

Bei Stillstand unter Nennstrom sind welche Anteile wirksam?
2.
und beim Lauf ist dieser Anteil 2. gleich groß.
Es kommen beim Lauf für die Erwärmung des Motors die Anteile 3. und 4. hinzu.
Der Lauf selbst kühlt den Motor, der stets gekapselt ist, nicht.
Damit erwärmt sich der Motor bei Stillstand weniger als beim Lauf.

Ich hätte das Thema gerne einmal angesprochen und Argumente der Schrittmotor Experten hierzu eingeholt, da die Seite hier schon zitiert wurde.
(siehe oben)
Manfred

[sonic]

[..]
Dass die Teile die auf der Scheibe sortiert werden sollen anfangen können ("können"=ich werd vorsichtiger) zu wandern hängt noch von deren Gewicht und Größe ab. Wenn man ne Eigenfrequenz trifft hüpfen Teile von der Scheibe, egal wie schwach die Anregung ist.

Klar, aber das ist eben ein Spezialfall. Aber wer weiß, vielleicht ist ja gerade das der Sinn und Zweck. Kann mir's zwar nicht vorstellen, aber vielleicht sollen die Teile genau so von der Platte bewegt werden.

Vergleich Unwucht zu Schrittmotor: 1. Ich glaube kaum, dass man viele (schadenfreie) Motoren finden wird, deren Rotor eine nur eine Toleranz von 2 Hundertsteln hat. Jedenfalls nicht bei Motoren deren Hersteller ein ordentliches Datenblatt herausgeben und Kennzahlen garantieren. 2. Werden bessere Motren ausgewuchtet.

Ja, Ok, mit der Unwucht hab ich wahrscheinlich von dem abgelenkt, was ich eigentlich gemeint hab...

3. ist die Unwuchtmasse einer 3mm Welle mit einer Rundlauftoleranz von 0,02 und endlicher länge ein Witz. 4

Genau da drauf wollte ich hinaus Aber spüren wirst du sie trotzdem.

[..]
Jetzt aber mal die Gegenfrage, warum werden Schrittmotoren nicht in Festplatten eingesetzt (bzw. als Umkehrschluss aus deiner Aussage, warum werden sie nichtmehr in Diskettenlaufwerken eingesetzt)?

Das sind wieder Äpfel und Birnen und hat mit der rotierenden Scheibe nichts zu tun. Die Schrittmotoren werden nicht mehr eingesetzt weil Voice-Coil-Motoren einfacher, billiger, leichter zuverlässiger und genauer sind.
Mit Schwingungen hat das nichts zu tun. Als Antrieb werden meistens Dreiphasenmotoren eingesetzt, eben wegen der Laufruhe.
Das alles hat bis heute nichts daran geändert, daß du deine Festplatte immer noch hörst wenn sich der Kamm bewegt.

Vielleicht kommen wir ja so auf einen gemeinsamen Nenner

Welche Kraft treibt den Rotor eines Motors an?
Ist dadurch das Antriebsmoment konstant?
Welche Möglichkeit gäbe es einen Schrittmotor über einen Drehzalbereich so zu betreiben, das minimale Vibrationen auftreten (rein elektrisch gesehen)?

Gruß, Sonic

[Manf]

Welche Kraft treibt den Rotor eines Motors an?
Ist dadurch das Antriebsmoment konstant?
Welche Möglichkeit gäbe es einen Schrittmotor über einen Drehzalbereich so zu betreiben, das minimale Vibrationen auftreten (rein elektrisch gesehen)?
Gruß, Sonic

1. Das hängt schon ein bischen von der Bauform ab, aber dafür machen wir einen neuen Thread auf in dem wir etwas grundsätzlicher über Motoren Diskutieren.
2. Ein gleichmäßiger Lauf wird durch besondere Maßnahmen bei der Kommutierung erreicht. Im Aufbau oder in der Ansteuerung.
3. Im Drehzahlbereich vom Stillstand bis etwas unterhalb der Nenndrehzahl die ist das unbedingt der Mikroschrittbetrieb, es gibt unterschiedliche Ansichten und natürlich auch Motorqualitäten die die Einschätzungen bedingen, aber eine Steigerung der Auflösung um den Faktor 16 bis 32 ist lohnenswert. Ich habe selbst eine Ansteuerung erprobt mit 64 Schritten pro Sinuskurve und bin von der Gleichmäßigkeit des Laufs begeistert. https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1702

Ich wollte aber noch mal auf mein Thema hinweisen.

Es geht mir aber wirklich um den Schrittmotor an sich, ich will noch mal auf die Ostermannsche FAQ site zurückkommen:

[sonic]

[..]
1. Das hängt schon ein bischen von der Bauform ab, aber dafür machen wir einen neuen Thread auf in dem wir etwas grundsätzlicher über Motoren Diskutieren.

Stimmt natürlich, ich wollte eigentlich versuchen die Diskussion auf eine etwas allgemeinere Stufe zu bringen. Ich glaube die Diskussion hakt ein bisschen an der punktuellen Betrachtungsweise.

2. Ein gleichmäßiger Lauf wird durch besondere Maßnahmen bei der Kommutierung erreicht. Im Aufbau oder in der Ansteuerung.

Eben, da drauf wollte ich hinaus...

3. Im Drehzahlbereich vom Stillstand bis etwas unterhalb der Nenndrehzahl die ist das unbedingt der Mikroschrittbetrieb, es gibt unterschiedliche Ansichten und natürlich auch Motorqualitäten die die Einschätzungen bedingen, aber eine Steigerung der Auflösung um den Faktor 16 bis 32 ist lohnenswert. Ich habe selbst eine Ansteuerung erprobt mit 64 Schritten pro Sinuskurve und bin von der Gleichmäßigkeit des Laufs begeistert. https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1702

Ich wollte aber noch mal auf mein Thema hinweisen.

Es geht mir aber wirklich um den Schrittmotor an sich, ich will noch mal auf die Ostermannsche FAQ site zurückkommen:

Ok Muss im Lauf nicht auch noch Punkt 1 dazu?

Gruß, Sonic

[Manf]

Ok Muss im Lauf nicht auch noch Punkt 1 dazu?

Ja, das Thema meinte ich.
Punkt 1 ist die Abgabeleistung, die trägt nicht zur Erwärmung bei.
Manfred

[LoD]

und beim Lauf ist dieser Anteil 2. gleich groß.

Über genau diesen Punkt läßt sich streiten. Der Betrag "komplexe Widerstand" (also inklusive der Induktivität ist unabhängig davon, ob ich eine Stromregelung verwende oder nicht zunächst sehr viel größer als der Ohmsche Widerstand. Damit wird der Anteil der Leistung, die durch den Ohmschen Widerstand in Wärme gewandelt wird kleiner (sowohl absolut, als auch relativ) Erst wenn das Magnetfeld aufgebaut ist bleibt nur der Ohmsche Widerstand und an dem wird die gesamte Leistung vernichtet.

[Manf]

Der Betrag "komplexe Widerstand" (also inklusive der Induktivität ist unabhängig davon, ob ich eine Stromregelung verwende oder nicht zunächst sehr viel größer als der Ohmsche Widerstand.

Das ist ein wichtiger Punkt in der Erläuterung.

Es sind zwei Effekte die hier auftreten.
1. Die induzierte Spannung muß überwunden werden und
2. der Stromanstieg auf den "Nennwert" soll nicht durch die Induktivität aufgehalten werden.
Für beide Effekte wirkt aber in gleicher Weise die Stromansteuerung.

Steuert man einen Moter nur mit Spannungen an, dann fließt bei Stillstand der Strom U/R und beim Lauf wird der Strom auf (U-Ui)/R abfallen. Die induzierte Spannung wird sich durch Drehzahlerhöhung soweit steigern, bis nur noch der Strom zur Überwindung des Verlustmomentes fließt.
Beim Einschalten (Kommutieren) einer Spulenspannung wird der Stromanstieg durch die Induktivität mit der Zeitkonstanten L/R verzögert. Liegt nur die Spannung U-Ui an der Spule dann ist die Zeitkonstante voll wirksam. Wird die Spule über eine Stromquelle angesteuert, dann erhäht sich die Spannung auf den n-fachen Wert und der Stromanstieg wird n-mal so schnell erfolgen. (Für die ideale Stromquelle ist n unendlich, im realen Fall so um 10 bis 20).

Man kann damit dann durchaus von einer gut angenäherten Stromansteuerung ausgehen.

[LoD]

Ich greife mal den Wert von oben auf (I=6A) greife mir nochmal einen Wert aus der Luft (R=1Ohm, hoffe ich liege damit mal in einem realistischen bereich). Statisch sollte U also auf 6V geregelt werden. D.h. bei Deinem realen Fall wäre eine Versorgung zwischen 60V bis 120V angebracht... Halte das für ein bischen hoch. Wenn ich mich an meine Diplomarbeit noch recht entsinne haben da die Vorarbeiter einiges an Aufwand getrieben. Ich hatte 4Ohm Wicklungen für 10A Strom (statisch 40V). Die maximale Spannung war da aber trozdem "nur" 100V für diesen realen Fall also gerade mal ein n von 2,5.
P.S.: Das ganze gab dann allerdings ein Magnetlager mit großem Weg sprich Luftspalt. Da gab es nix was etwas induzieren konnte...
"mein" Magnetlager, aber nicht mein Finger