Schrittmotorberechnung

[Peter Thoms]

Hallo NG,

wie berechne ich einen Schrittmotor?

Dazu am besten ein Beispiel:

Motor, Typ 26M048B1B/ Thomson
--------------------------------------
Nennspannung DC 5 V
Wicklungswiderstand 19,8 Ohm
Wicklungsinduktivität 13,0 mH
Haltemoment 10,6 mNm
Polzahl Bipolar
Schrittwinkel 7,5 °

Gesteuert wird mit einem TMC222
-----------------------------------
DC = 13,8 V
Imax^ = 0,8 A
max. Mikroschritt = 1 / 16

Rollspule als Motorlast
-----------------------
Mges = Mreibung + J * r˛ * 2 * Pi / t˛
Mreibung = 3 mNm

Frage:
------
Wie groß ist der Schrittwinkel pro Spannungs-Periode?

Wie ist hoch ist das Motor-Moment bei 4 Umdrehungen / Sekunde?
Läßt sich das Moment aus dem Motorstrom direkt ableiten [ I = U / ( R + j *
2 * Pi * f * L ) ]?


Gruß
Peter

 

[Bertram Geiger]

Peter Thoms wrote:

Hallo NG,

wie berechne ich einen Schrittmotor?

Dazu am besten ein Beispiel:

Motor, Typ 26M048B1B/ Thomson
--------------------------------------
Nennspannung DC 5 V
Wicklungswiderstand 19,8 Ohm
Wicklungsinduktivität 13,0 mH
Haltemoment 10,6 mNm
Polzahl Bipolar
Schrittwinkel 7,5 °

Gesteuert wird mit einem TMC222
-----------------------------------
DC = 13,8 V
Imax^ = 0,8 A
max. Mikroschritt = 1 / 16

Rollspule als Motorlast
-----------------------
Mges = Mreibung + J * r˛ * 2 * Pi / t˛
Mreibung = 3 mNm

Frage:
------
Wie groß ist der Schrittwinkel pro Spannungs-Periode?

wie meinst du das mit "Spannungsperiode" ?
du hast die Motordaten mit 7,5° und je nach Ansteuerung
(voll/halb/mikro) entsprechend weniger

Wie ist hoch ist das Motor-Moment bei 4 Umdrehungen / Sekunde?
Läßt sich das Moment aus dem Motorstrom direkt ableiten [ I = U / ( R + j *
2 * Pi * f * L ) ]?
das gilt für Sinusform, wobei geometrisch zu addieren wäre ...

Du musst schauen, wie der Stromverlauf innerhalb eines Schrittes auschaut:
Da ist einmal die Zeitkonstante aus Wicklungswiderstand und
Wicklungsinduktivität. Andereseits hast du für den 5V Motor 13,8V zur
Verfügung wodurch sich der Stromanstieg beschleunigt. Das kann durch
einen zusätzlichen Vorwiderstand passieren oder durch entsprechende
Taktung (was dein treiberIC wohl so machen wird, hab das aber nicht
nachgeschaut)
Das mit den e-Potentzen wirst du dann schon hinbekommen ;-)

Wie du oben teils schon erkannt hast, müssen immer das statische
Lastmoment _und_ die dynamischen, resultierend aus dem Trägheitsmoment
des Motors und dem Trägheitsmoment der Last berücksichtigt werden.
Naja und da sollte die Summe eben >0 sein ..
Wenn sich das, insbesonders beim Starten, nicht ausgeht - muss man
eben nach einer Rampe hochfahren und nicht einfach Takt EIN/AUS.
Ach ja: beim Stoppen haben wir das Gleiche andersherum zu beachten,
nur dass dabei die Reibung auf unserer Seite ist.

Komfortabel geht es auch, wenn du vom Motorhersteller entsprechende
Diagrammen bekommen kannst. da lassen sich die verschiedenen
Betriebspunkte leicht ermitteln
(Betriebsgrenzfrequenzkurve/Startgrenzfrequenzkurve)
ich denke du wirst bei den Herstellern noch einiges an
Anwendungshinweisen finden - Schrittmotorapplikation ist nun mal keine
"gmahte Wiesn"

Viel Erfolg, Bertram


--

Bertram Geiger, Graz - AUSTRIA
Private Mail: remove the letters "b a d" from my reply address

 

[Peter Thoms]

Bertram Geiger schrieb
[...]

wie meinst du das mit "Spannungsperiode" ?
du hast die Motordaten mit 7,5° und je nach Ansteuerung
(voll/halb/mikro) entsprechend weniger

Vielen Dank für die Antwort,

beim TMC222 wird durch die Mikroschritte der Sinus zunehmend feiner
nachgebildet. Max. geht 1 / 16 als Mikroschritt.

Ich meine die *Grundfrequenz* der Spulenspannung und die tritt periodisch
auf. Davon meine ich eine Periode, einen Durchlauf der Grundfrequenz.
Beispiel:
960 Hz Schrittspannungsfrequenz am bipolaren Motor mit 2 Spulen, Rechteck
oder Sinus ist in diesem Beispiel egal.

Wie hoch wäre die theor. Motordrehzahl 20, 10 oder 5 Umdrehungen/ Sekunde?


Gruß
Peter

 

[Bertram Geiger]

Peter Thoms wrote:

Bertram Geiger schrieb
[...]
wie meinst du das mit "Spannungsperiode" ?
du hast die Motordaten mit 7,5° und je nach Ansteuerung
(voll/halb/mikro) entsprechend weniger

Vielen Dank für die Antwort,

beim TMC222 wird durch die Mikroschritte der Sinus zunehmend feiner
nachgebildet. Max. geht 1 / 16 als Mikroschritt.

Ich meine die *Grundfrequenz* der Spulenspannung und die tritt periodisch
auf. Davon meine ich eine Periode, einen Durchlauf der Grundfrequenz.
Beispiel:
960 Hz Schrittspannungsfrequenz am bipolaren Motor mit 2 Spulen, Rechteck
oder Sinus ist in diesem Beispiel egal.

naja:
Vollschritt ~ 'Rechteck' (mit exponentiellem Anstieg/Abfall)
Eine Annäherung an Sinus erfolgt erst bei steigendem Mikroschrittbetrieb.

Wie hoch wäre die theor. Motordrehzahl 20, 10 oder 5 Umdrehungen/ Sekunde?

Möglicherweise reden wir nicht vom Gleichen, schriftliche Konversation
ist nicht immer so einfach ..

Nun ich definiers mal so:
Schrittfrequenz: liegt am Eingang des Steuer IC
Drehzahl = Schrittfrequenz * 7,5 / 360 / sf
sf: Schrittfaktor (1 ... Vollschritt, 2 ... Halbschritt usw)

7,5° Schrittwinkel und 960 Hz Schrittfrequenz ergeben bei
Vollschritt: 20 U/s
Halbschritt: 10 U/s
Mikroschritt entsprechend

so überschlägig:
Tau = L/R = 13E-3 /19,8 ~ 0,66 ms
960 Hz -> ~ 1 ms
Sollte also bei 960 Hz / 20 U/s noch ein 'tadelloses' Moment bringen,
bleibt ja auch noch die Spannungsreserve.


Du könntest bei gleicher Motordrehzahl z.B. auch so fahren:
Schrittfrequenz: 960 * 16 = 15.360 Hz
und sf = 16 eingestellt
Ergibt wiederum eine Drehzahl von 20 U/s
Läuft möglicherweise 'runder' d.h. leiser

Wie schon zuvor besprochen, muss eben auch Anlaufsituation und Last
mitspielen, da bleiben dann nur die Kurven.
Bei Bedarf Zusatzinfo an dl6.. ?

Alle Klarheiten restlos beseitigt ?

7355 Bertram de ex OE6VEG
--

Bertram Geiger, Graz - AUSTRIA
Private Mail: remove the letters "b a d" from my reply address

 

[Peter Thoms]

Bertram Geiger schrieb im Newsbeitrag

Peter Thoms wrote:
[...]
Möglicherweise reden wir nicht vom Gleichen, schriftliche Konversation
ist nicht immer so einfach ..

Nun ich definiers mal so:
Schrittfrequenz: liegt am Eingang des Steuer IC
Drehzahl = Schrittfrequenz * 7,5 / 360 / sf
sf: Schrittfaktor (1 ... Vollschritt, 2 ... Halbschritt usw)

Huch,

örks ...---...

Also, laut Datenblatt zum TMC222 ist ein Index gefragt.

7,5° Schrittwinkel und 960 Hz Schrittfrequenz ergeben bei
Vollschritt: 20 U/s
Halbschritt: 10 U/s
Mikroschritt entsprechend

so überschlägig:
Tau = L/R = 13E-3 /19,8 ~ 0,66 ms
960 Hz -> ~ 1 ms
Sollte also bei 960 Hz / 20 U/s noch ein 'tadelloses' Moment bringen,
bleibt ja auch noch die Spannungsreserve.


Du könntest bei gleicher Motordrehzahl z.B. auch so fahren:
Schrittfrequenz: 960 * 16 = 15.360 Hz
und sf = 16 eingestellt
Ergibt wiederum eine Drehzahl von 20 U/s
Läuft möglicherweise 'runder' d.h. leiser

Wie schon zuvor besprochen, muss eben auch Anlaufsituation und Last
mitspielen, da bleiben dann nur die Kurven.
Bei Bedarf Zusatzinfo an dl6.. ?

Alle Klarheiten restlos beseitigt ?

Ja, der ins Auge gefaßte Controller ist wohl eine bequemere Nummer.

Zum Beispiel hat der schnellste "Index 15" 973 Fullsteps, im 1 / 16
Micro-Mode sind es bei dem automatisch 15564. Die Frequenz an der Motorspule
bleibt also bei diesem Controller unter der Einstellung "Index 15" gleich,
die Ausgangsspannung nähert sich beim Microstep zunehmend dem Sinus.

Also, der "Index 15" speist den Motor konstant mit einer Grundfrequenz von
ca. 973 Hz.

Damit läß sich ja schon arbeiten, Microstep, was sonst?


Vielen Dank
Peter

 

[Bertram Geiger]

Peter Thoms wrote:

....

Alle Klarheiten restlos beseitigt ?

Ja, der ins Auge gefaßte Controller ist wohl eine bequemere Nummer.

Zum Beispiel hat der schnellste "Index 15" 973 Fullsteps, im 1 / 16
Micro-Mode sind es bei dem automatisch 15564. Die Frequenz an der Motorspule
bleibt also bei diesem Controller unter der Einstellung "Index 15" gleich,
die Ausgangsspannung nähert sich beim Microstep zunehmend dem Sinus.

Also, der "Index 15" speist den Motor konstant mit einer Grundfrequenz von
ca. 973 Hz.

Damit läß sich ja schon arbeiten, Microstep, was sonst?

So ist es ! Ich hab mir nun doch den Baustein angesehen: der macht

eben die Positionierung auch intern mit und dadurch hast du mit
weiters kaum was zu tun - ausser programmieren ;-)
Bin da von den "klassischen" Konzepten ausgegangen, welche
Schrittimpulse am Eingang erwarten. Wie ich sehe, ist auch eine
Rampenfunktion dabei, ganz bequem !

viel Spass, bertram


--

Bertram Geiger, Graz - AUSTRIA
Private Mail: remove the letters "b a d" from my reply address

 

[Peter Thoms]

Bertram Geiger schrieb

Peter Thoms wrote:

...

Alle Klarheiten restlos beseitigt ?

Ja, der ins Auge gefaßte Controller ist wohl eine bequemere Nummer.

Zum Beispiel hat der schnellste "Index 15" 973 Fullsteps, im 1 / 16
Micro-Mode sind es bei dem automatisch 15564. Die Frequenz an der
Motorspule
bleibt also bei diesem Controller unter der Einstellung "Index 15"
gleich,
die Ausgangsspannung nähert sich beim Microstep zunehmend dem Sinus.

Also, der "Index 15" speist den Motor konstant mit einer Grundfrequenz
von
ca. 973 Hz.

Damit läß sich ja schon arbeiten, Microstep, was sonst?

So ist es ! Ich hab mir nun doch den Baustein angesehen: der macht
eben die Positionierung auch intern mit und dadurch hast du mit
weiters kaum was zu tun - ausser programmieren ;-)
Bin da von den "klassischen" Konzepten ausgegangen, welche
Schrittimpulse am Eingang erwarten. Wie ich sehe, ist auch eine
Rampenfunktion dabei, ganz bequem !

viel Spass, bertram

Eben lese ich im Download AirpaxStepper.pdf auf Seite 3:
"... a 4-step sequence which corresponds to 360 electrical degrees..."

Bei 960 Steps/s und 48 Steps/ Motordrehung einer Drehzahl von 20 und einer
Frequenz von ca. 240 Hz?

Ooops.

Wozu brauche ich die Frequenz der Motorspannung? Um den Einfluß und
Gewichtung der strombremsenden Wichlungs-Induktivität abzuschätzen. Bei
fehlender praktischer Erfahrung ist dieser Anhaltspunkt zumindest besser als
nichts.

Na ja, und Drehmoment-Kurven sind auch im Download.


Gruß
Peter

 

[Stefan Ohrmann]

Hallo,

Am 06.02.2004 12:03 schrieb Bertram Geiger:
<snip viel Interesantes>

Kannst du, oder ein Anderer, einen Buchtipp zum Thema Schrittmotoren geben?

MfG

Stefan

--
Reason is a metaphore of the flat earth.

 

[Thorsten Ostermann]

Hallo Stefan!

Kannst du, oder ein Anderer, einen Buchtipp zum Thema Schrittmotoren geben?

Felix Schörlin: "Mit Schrittmotoren steuern, regeln und antreiben",
Franzis Verlag, ISBN3-7723-6722-4. Ca. 300 Seiten, ist manchmal auch
günstig bei epay zu haben.

Gruß
Thorsten
--
PGP welcome!
Thorsten online: http://www.ostermann-net.de/electronic
Rund um Schrittmotor, Fräs-Bohr-Plotter & Mikrocontroller

 

[Thorsten Ostermann]

Hallo Peter!

wie berechne ich einen Schrittmotor?

Die Frage ist etwas unkonkret ;-)

Schrittwinkel 7,5 °
Frage:
------
Wie groß ist der Schrittwinkel pro Spannungs-Periode?

7,5° für deinen Motor.

Wie ist hoch ist das Motor-Moment bei 4 Umdrehungen / Sekunde?
Läßt sich das Moment aus dem Motorstrom direkt ableiten [ I = U / ( R + j *
2 * Pi * f * L ) ]?

Nein. Du kannst aus der Leistungsaufnahme eine Abschätzung nach oben
machen, aber das wird dir nicht viel helfen. Das Motormoment muß man
eigentlich für die konkrete Anwendung (Treiberschaltung,
Endstufenspannung usw.) ausmessen. Als Näherung reicht i.d.R. die
Kennlinie, die der Hersteller angibt bzw. im Datenblatt zu finden ist*).
Man muß natürlich wissen, das das Drehmoment im oberen Drehzahlbereich
stark von der Spannung der Endstufe abhängt.

*) Für viele Motoren die z.B. bei Ebay angeboten werden, sind vom
Hersteller keine Daten zu bekommen, weil es sich um OEM-Modelle handelt,
für die nur der Auftraggeber die Daten bekommt.

Gruß
Thorsten
--
PGP welcome!
Thorsten online: http://www.ostermann-net.de/electronic
Rund um Schrittmotor, Fräs-Bohr-Plotter & Mikrocontroller

 

[Peter Thoms]

Thorsten Ostermann schrieb im Newsbeitrag

Hallo Peter!

wie berechne ich einen Schrittmotor?

Die Frage ist etwas unkonkret ;-)

Schrittwinkel 7,5 °
Frage:
------
Wie groß ist der Schrittwinkel pro Spannungs-Periode?

7,5° für deinen Motor.

Danke für die Antwort,

im Download AirpaxStepper.pdf auf Seite 3 las ich Gestern:
"... a 4-step sequence which corresponds to 360 electrical degrees..."
Das wären statt 7,5° dann immerhin 30°. Ergo ist die Induktivität in der
Abschätzung etwas zahmer bzw. unkritischer.

Wie ist hoch ist das Motor-Moment bei 4 Umdrehungen / Sekunde?
Läßt sich das Moment aus dem Motorstrom direkt ableiten [ I = U / ( R +
j *
2 * Pi * f * L ) ]?

Nein. Du kannst aus der Leistungsaufnahme eine Abschätzung nach oben
machen, aber das wird dir nicht viel helfen. Das Motormoment muß man
eigentlich für die konkrete Anwendung (Treiberschaltung,
Endstufenspannung usw.) ausmessen. Als Näherung reicht i.d.R. die
Kennlinie, die der Hersteller angibt bzw. im Datenblatt zu finden ist*).
Man muß natürlich wissen, das das Drehmoment im oberen Drehzahlbereich
stark von der Spannung der Endstufe abhängt.

Mir ist folgendes noch unklar. Wenn ich einen 5V-Motor mit12V treibe, kommt
der Motor in die verlustreiche magn. Sättigung?
Muß ich den max. Motorstrom auf Unenn/ Rmotor begrenzen?

*) Für viele Motoren die z.B. bei Ebay angeboten werden, sind vom
Hersteller keine Daten zu bekommen, weil es sich um OEM-Modelle handelt,
für die nur der Auftraggeber die Daten bekommt.

Richtig, nach Motoren sollte ich da auch mal schauen.


Gruß
Peter

 

[Thorsten Ostermann]

Hallo Peter!

Wie groß ist der Schrittwinkel pro Spannungs-Periode?
7,5° für deinen Motor.
im Download AirpaxStepper.pdf auf Seite 3 las ich Gestern:
"... a 4-step sequence which corresponds to 360 electrical degrees..."
Das wären statt 7,5° dann immerhin 30°. Ergo ist die Induktivität in der
Abschätzung etwas zahmer bzw. unkritischer.

Die Schlußfolgerung zur Induktivität kann ich jetzt irgendwie nicht
nachvollziehen.

Mir ist folgendes noch unklar. Wenn ich einen 5V-Motor mit12V treibe, kommt
der Motor in die verlustreiche magn. Sättigung?

Nicht solange du eine stromgeregelte Endstufe verwendest.

Muß ich den max. Motorstrom auf Unenn/ Rmotor begrenzen?

Ja, das erledigt aber der Stromregler für dich, wenn er richtig
konfiguriert ist.

*) Für viele Motoren die z.B. bei Ebay angeboten werden, sind vom
Hersteller keine Daten zu bekommen, weil es sich um OEM-Modelle handelt,
für die nur der Auftraggeber die Daten bekommt.

Richtig, nach Motoren sollte ich da auch mal schauen.

Ich wollte damit eigentlich zwischen den Zeilen ausdrücken, das man bei
Epay zimelich viel Schrott angedreht bekommt. Da werden z.B. Vexta PH265
als "Neuware" angeboten, obwohl die seit mind. 5 (eher 10) Jahren nicht
mehr hergestellt werden. Aktuelle Modelle haben bei gleicher Baugröße
leicht 1,5-faches Nennmoment. Oder die 5-Phasen Motoren, für die es
keine bezahlbaren Treiber gibt...

Gruß
Thorsten
--
PGP welcome!
Thorsten online: http://www.ostermann-net.de/electronic
Rund um Schrittmotor, Fräs-Bohr-Plotter & Mikrocontroller