Was ist ein Schrittschaltmotoren?
Schrittschaltmotoren sind Motoren, deren Drehwinkel durch Impulssignale gesteuert werden kann und die eine hohe Positioniergenauigkeit gewährleisten.
Der Drehwinkel wird durch die Anzahl der Impulssignale, d. h. der Steuersignale, und die Anzahl der Phasen des Motors bestimmt, während die Drehgeschwindigkeit von der Impulsfrequenz abhängt, die der Geschwindigkeit der Impulse entspricht. Trotz der relativ geringen Kosten und des einfachen Motoraufbaus zeichnet er sich durch eine hohe Positioniergenauigkeit und ein hohes Drehmoment bei offenem Regelkreis aus.
Einsatzmöglichkeiten von Schrittschaltmotoren
Schrittschaltmotoren zeichnen sich aufgrund ihres Aufbaus durch eine präzise und reversible Winkelsteuerung aus und werden daher vor allem dort eingesetzt, wo es auf Positioniergenauigkeit ankommt. Ein Beispiel sind die Antriebsmotoren, die für die zweidimensionalen Bewegungen von Robotern, wie z. B. automatischen Transfereinrichtungen, verwendet werden.
Durch die Kombination von hochpräzisen Kugelumlaufspindeln und Schrittschaltmotoren kann die Vorschubgeschwindigkeit des Tisches mit extrem hoher Präzision und Wiederholbarkeit ausgedrückt werden. Auch bei Beschichtungsmaschinen, die je nach Ventilöffnung eine bestimmte Menge Farbe versprühen, können Schrittmotoren eingesetzt werden, um den Öffnungswinkel des Ventils für aufwändigere Vorgänge präzise einzustellen.
Das Prinzip des Schrittschaltmotors
Das Innere eines Schrittschaltmotors besteht aus einem Rotorteil, der mit einer Welle verbunden ist, und mehreren Statoren, die um seinen Umfang herum installiert sind. Der Rotor ist in zwei Teile unterteilt, die jeweils so magnetisiert sind, dass die N- und S-Pole in entgegengesetzter Phase liegen.
Der Stator zeichnet sich auch durch das Vorhandensein kleiner Zähne aus, deren Abstand zueinander genau gesteuert wird: Bei einem zweiphasigen Schrittschaltmotor sind die einander gegenüberliegenden Statoren mit der gleichen Polarität magnetisiert, während die benachbarten Statoren in entgegengesetzter Richtung magnetisiert sind. Es gibt also Statoren, die die Unebenheiten des Rotors in unterschiedlichen Richtungen anziehen und abstoßen, und der Rotor wird in einer energetisch stabilen Position in Bezug auf den Magnetisierungszustand des Stators gehalten.
Dann wird Strom angelegt, um die Polarität des Stators umzupolen, so dass sich der Rotor um einen Stator dreht. Durch die wiederholte Steuerung dieses Vorgangs kann der Drehwinkel entsprechend der mechanischen Genauigkeit der kleinen Zähne des Stators präzise gesteuert werden; bei einem Schrittschaltmotor mit fünf Phasen erfolgt die Steuerung nacheinander in fünf Schritten, so dass eine feinere Steuerung des Winkels möglich ist.
Weitere Informationen über Schrittschaltmotoren
1. Drehmoment von Schrittschaltmotoren
Das Ausgangsdrehmoment eines Schrittschaltmotors variiert je nach Drehzahl, wobei im Allgemeinen ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und ein niedriges Drehmoment bei hohen Drehzahlen vorliegt. Prüfen Sie bei der Auswahl eines Schrittschaltmotors die Motordrehzahl-Drehmoment-Kennlinie und wählen Sie einen Motor so aus, dass das erforderliche Drehmoment bei der Betriebsdrehzahl innerhalb der Auszugsdrehmomentkurve liegt.
Besondere Vorsicht ist geboten, wenn der Motor bei hohen Drehzahlen eingesetzt wird, da das Auszugsdrehmoment bei hohen Drehzahlen etwa 20% des maximalen Erreger-Ruhemoments beträgt.
Die Drehmomentcharakteristiken variieren auch je nach dem verwendeten Treiber, den Unterschieden im internen Aufbau und der Eingangsspannung, selbst bei Motoren mit den gleichen Außenabmessungen, so dass bei der Motorauswahl auch der Hersteller, die Treiberkombination und die Eingangsspannung berücksichtigt werden müssen.
2. Treiber für Schrittschaltmotoren
Für den Betrieb eines Schrittschaltmotors ist ein Steuergerät erforderlich, das als Treiber bezeichnet wird. Der Treiber steuert die Stromspannung, die zum Schrittschaltmotor fließt, und regelt damit die Drehgeschwindigkeit, den Umfang der Drehung usw.
Es gibt Treiber mit Konstantstrom- und Niederspannungsantriebssystemen, wobei das Konstantstromsystem aufgrund seiner besseren Drehmomentcharakteristik bei hohen Drehzahlen häufig verwendet wird. Im Allgemeinen wird dem Treiber von einem übergeordneten Steuergerät eine Impulsfolge als Anzeigewert für die Drehzahl und den Drehbetrag eingegeben, und der Motor wird entsprechend der eingegebenen Impulsfolge mit der angegebenen Drehzahl und dem angegebenen Betrag gedreht.
Einige Treiber sind mit einer Funktion namens Microstepping ausgestattet. Schrittschaltmotoren drehen sich unter Verwendung des Grundschrittwinkels als Mindestdrehwinkel, aber Treiber mit einer Mikroschrittfunktion können den zu jeder Spule fließenden Strom anpassen, den Grundschrittwinkel elektrisch unterteilen und die Auflösung der Drehung erhöhen.
Dies hat auch den Effekt, dass Vibrationen und Geräusche, das Überschwingen bei jedem Schrittwinkel und die Stoßdämpfung beim Anfahren und Anhalten reduziert werden. Die Auflösung der Mikroschrittfunktion kann je nach Verwendungszweck über DIP-Schalter usw. gewählt werden.
3. Verwendung mit AC-Servomotoren
AC-Servomotoren werden oft im Zusammenhang mit Schrittschaltmotoren genannt.
Geeignet/ungeeignet für Schrittschaltmotoren
AC-Servomotoren haben einen eingebauten Encoder und eine Rückkopplungssteuerung, so dass das Drehmoment unabhängig von der Anzahl der Umdrehungen relativ konstant ist. Schrittschaltmotoren hingegen sind für diese Anwendung nicht geeignet, da das Drehmoment bei hohen Drehzahlen abnimmt. Umgekehrt sind Schrittschaltmotoren geeignet, wenn der Haupteinsatzzweck niedrige Drehzahlen sind.
Schrittschaltmotoren sind auf dem Markt hauptsächlich in der Ausführung mit offenem Regelkreis erhältlich, aber es gibt auch Produkte, die mit Encodern für eine geschlossene Regelung und einen verbesserten Wirkungsgrad ausgestattet werden können. In diesen Fällen muss jedoch der andere Vorteil dieser Motoren, nämlich ihre relativ geringe Größe, ihre einfache Konfiguration und ihre niedrigen Kosten, überdacht werden.
Anwendungen, für die AC-Servomotoren besser geeignet sind
Anwendungen, bei denen AC-Servomotoren benötigt werden, sind solche, bei denen eine fortschrittliche Rotationssteuerung mit mehreren Motoren erforderlich ist. Da von einer Steuerung nicht erwartet werden kann, dass sie die Bewegung von Motor zu Motor durch Abtastung ausgleicht, sind AC-Servomotoren in diesem Fall besser geeignet als Schrittschaltmotoren, wie es bei Hochgeschwindigkeits-Drehbewegungen der Fall ist.