Was ist ein 2-Phasen Schrittmotor?
Schrittmotoren sind Motoren, deren Drehwinkel durch die Eingabe eines Impulses von einer externen Quelle bestimmt wird. Der Arbeitswinkel und die Geschwindigkeit können synchron mit dem von außen kommenden Impulssignal bestimmt werden. Große Lasten können nicht aufgebracht werden.
Zwei einander gegenüberliegende Magnetpole bilden eine Phase und das Steuerungsverfahren und der Betriebswinkel in einem Impuls variieren je nach Anzahl der Phasen. 2-Phasen Schrittmotoren beziehen sich auf Schrittmotoren, die aus zwei Phasen bestehen, Phase A und Phase B.
Anwendungen von 2-Phasen Schrittmotoren
Da der Arbeitswinkel und die Geschwindigkeit in Synchronisation mit extern gesendeten Impulssignalen bestimmt werden können, werden sie häufig in Gegenständen verwendet, die mit einer bestimmten Zeit und einem bestimmten Abstand (Drehwinkel) arbeiten. Es ist auch einfach, ein Schaltsignal zu erkennen und die Maschine sofort anzuhalten. Sie können jedoch nicht in Bereichen eingesetzt werden, in denen große Lasten anliegen.
Beispiele für den Einsatz sind Uhren, Industrieanlagen (Transportmaschinen, Roboter), Drucker, Schlitze und Kameraobjektivbewegungen.
Sie werden in Bereichen mit geringen Lasten eingesetzt, in denen es auf Genauigkeit ankommt.
Funktionsweise von 2-Phasen Schrittmotoren
2-Phasen Schrittmotoren bestehen im Wesentlichen aus einer rotierenden Welle mit einem Stator, dem sogenannten Rotor, und einem äußeren Stator, dem sogenannten Ständer. Wenn Strom an den Stator angelegt wird, wird eine Magnetkraft erzeugt und die rotierende Welle dreht sich bis zu der Position, in der sich die Rotoren gegenseitig anziehen, und hält dann an. Die Drehung erfolgt durch sukzessive Änderung der Position des Stators, an den der Strom angelegt wird.
- VR-Motor-Typ
Der Rotor ist aus Eisen gefertigt. Rotor und Stator haben mehrere konvexe Zähne. Dieser Typ ist zurzeit nicht weit verbreitet. - PM-Motor-Typ
Der Rotor ist aus Permanentmagneten gefertigt. Der Stator ist mit Wicklungen bewickelt, die alle 90 Grad angeordnet sind und an entgegengesetzten Positionen Strom zum Stator leiten. Die Anzahl der Pole kann durch Vergrößerung der Magnetisierungssteigung auf der Rotorseite erhöht werden, die Grenze liegt jedoch aufgrund des Magnetisierungsabstands bei etwa 20 Polen. - Hybrid (HB)-Motor-Typ
Die rotierende Welle hat einen zylindrischen Magneten, der zwischen zwei Rotoren angeordnet ist, deren Zähne um eine halbe Teilung versetzt angeordnet sind.
Der Stator hat mehrere konvexe Zähne mit Wicklungen, die alle 90 Grad angeordnet sind. In der entgegengesetzten Position wird der Stator mit Strom versorgt.
Verdrahtung von 2-Phasen Schrittmotoren
Die Eigenschaften eines 2-Phasen Schrittmotors hängen von der Art der Verdrahtung ab. Bei der Entwicklung eines Geräts kann die Kenntnis dieser Verdrahtungsmethode dazu beitragen, das richtige Gleichgewicht zwischen Kosten und Leistung des Geräts zu finden:
- Bipolare Verdrahtung: Bei dieser Methode werden die Motorwicklungen in beiden Richtungen mit Strom versorgt. Da es nur eine Wicklung gibt, wird der interne Aufbau des Motors vereinfacht. Der Antriebskreis für den Betrieb des Motors ist jedoch komplexer.
Da nur eine Wicklung erforderlich ist, ist das Ausgangsdrehmoment höher als bei der unipolaren Schaltung (siehe unten). Auch die Drehmomenteigenschaften unterscheiden sich von denen der unipolaren Verdrahtung.
- Unipolare Schaltung: Bei dieser Methode wird der Strom immer in einer konstanten Richtung an die Motorwicklungen angelegt. Da es zwei Wicklungen gibt, ist die interne Struktur des Motors komplexer. Der Antriebskreis für den Betrieb des Motors ist jedoch einfacher.
Der Grundgedanke ist, dass das Ausgangsdrehmoment halb so groß ist wie bei der bipolaren Verdrahtung, da zwei Wicklungen auf dem begrenzten Raum im Motor untergebracht sind und eine Wicklung immer in Ruhe ist. Wie bereits erwähnt, unterscheiden sich die Drehmomenteigenschaften jedoch von denen der bipolaren Verdrahtung.
Steuerung von 2-Phasen Schrittmotoren
Schrittmotoren optimieren ihre Eigenschaften, indem sie ihre Drehzahl in Abhängigkeit von der Zeit einstellen. Die Einstellung der Drehzahl in Abhängigkeit von der Zeit wird allgemein als Betriebsmuster bezeichnet. Es gibt zwei Arten von Betriebsmustern:
- Selbstanlaufendes Betriebsmuster
Hierbei handelt es sich um ein Betriebsmuster, bei dem der Motor von Anfang bis Ende mit der gleichen Drehzahl läuft.
Es wird als Rechteckbetrieb bezeichnet, weil die Kurve von Drehzahl und Zeit ein Quadrat (Rechteck) bildet.
- Dies ist ein Betriebsmuster, bei dem der Motor zunächst mit einer langsamen Drehzahl läuft, dann allmählich auf eine hohe Drehzahl ansteigt, eine gewisse Zeit lang mit maximaler Drehzahl läuft, dann allmählich auf eine niedrige Drehzahl abfällt und schließlich stoppt.
Dieser Antrieb wird als Trapezantrieb bezeichnet, weil die Kurve von Drehzahl und Zeit eine Trapezform bildet.
Die Motordrehzahl kann nicht nach Belieben eingestellt werden, sondern wird durch folgende Faktoren bestimmt:
- Die Eigenschaften des gewählten Motors
- Die Masse des zu bewegenden Objekts
- Die Reibung, die auf das zu bewegende Objekt einwirkt
- Die dem Motor zugeführte Leistung
- Wie der Motor verdrahtet ist
- Wie der Motor erregt wird
Die Eigenschaften des gewählten Motors, insbesondere die Trägheit des Rotors, sind von größter Bedeutung, insbesondere bei Anwendungen, die eine schnelle Bewegung und ein schnelles Anhalten erfordern.