Ein Schrittmotor ist ein offener Regelmotor, der ein elektrisches Impulssignal in eine Winkel- oder Linearbewegung umwandelt. Liegen keine Schrittverluste vor, hängen Motordrehzahl und Stoppposition von der Impulssignalfrequenz und der Impulszahl ab und nicht von Lastschwankungen. Empfängt der Schrittmotor ein Impulssignal, dreht er sich entsprechend der eingestellten Richtung um einen festen Winkel (Schrittwinkel). Winkelbewegung und Motordrehzahl lassen sich durch Steuerung von Impulszahl und Impulsfrequenz steuern, um eine präzise Steuerung im offenen Regelkreis zu erreichen. Es treten jedoch gewisse Fehler zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel des Schrittmotors und der theoretischen Schrittweite auf. Von Schritt zu Schritt treten gewisse Fehler auf, die Schrittzahl jedes Zyklus des Schrittmotors bleibt jedoch gleich. Liegen keine Schrittverluste vor, summiert sich der Schrittfehler nicht über einen längeren Zeitraum.
Wie kann man Schrittverluste bei Schrittmotoren wie oben beschrieben verhindern? Zunächst müssen wir wissen, warum Schrittmotoren Schritte verlieren.
1. Die Rotorbeschleunigung ist langsamer als das rotierende Magnetfeld des Schrittmotors. Anders ausgedrückt: Wenn der Rotor langsamer als die Kommutierungsgeschwindigkeit ist, verliert der Motor Schritt. Der Grund dafür ist, dass die Motorleistung nicht ausreicht und das erzeugte Drehmoment nicht mit der Rotordrehzahl des Statormagnetfelds Schritt halten kann, was zum Schrittverlust führt.
2. Die Durchschnittsgeschwindigkeit des Rotors ist höher als die Durchschnittsgeschwindigkeit des Statormagnetfelds. Der Stator benötigt länger, um die Erregung zu aktivieren, als der Schrittmotor benötigt. Der Rotor erhält beim Schrittvorgang zu viel Energie, was zu einem zu großen Drehmoment und damit zu einem Schrittmotor führt.
3. Die Lastträgheit des Schrittmotors ist groß.
4. Der Schrittmotor erzeugt die Resonanz.
Der Grund für den Schrittverlust eines Schrittmotors liegt im Wesentlichen in der falschen Wahl des Schrittmotortreibers. Nur mit dem richtigen und geeigneten Schrittmotortreiber kann der Schrittmotor seine Vorteile hinsichtlich präziser Steuerung nutzen. Die Wahl des richtigen Schrittmotortreibers erfordert einen Treiber mit einer dem Motorstrom entsprechenden Stromstärke oder der gleichen Stromstärke. Bei Anforderungen an geringe Vibrationen oder hohe Genauigkeit kann ein unterteilter Antrieb verwendet werden. Bei Motoren mit hohem Drehmoment wird nach Möglichkeit ein Hochspannungsantrieb verwendet, um eine gute Hochgeschwindigkeitsleistung zu erzielen. Gleichzeitig wird oft ein Schaltnetzteil direkt als Antriebsstromversorgung verwendet. Generell ist es jedoch ratsam, kein Schaltnetzteil zu verwenden, insbesondere nicht bei Schrittmotoren mit hohem Drehmoment, es sei denn, die benötigte Leistung des Schaltnetzteils übersteigt die erforderliche Leistung. Bei laufendem Motor und hoher Induktivität entsteht im Netzteil kurzzeitig ein hoher Druck. Das Schaltnetzteil ist nicht überlastfest und schützt vor Abschaltung. Eine präzise Spannungsstabilisierung ist nicht erforderlich. Dies kann zu Schäden am Schaltnetzteil und am Antrieb führen. Für die Antriebsleistung des Schrittmotors kann die Gleichstromversorgung durch den herkömmlichen Ringkern- oder R-Transformator ersetzt werden.
Die Resonanz des Schrittmotors entsteht dadurch, dass die Pulsfrequenz des Motors seiner Eigenfrequenz entspricht und die Frequenz von der Unterteilung des Treibers abhängt. Bei der Verwendung eines Schrittmotors ist die Unterteilungsfähigkeit des Aktuators sehr wichtig. Je kleiner der Resonanzbereich, desto besser. Eine hohe Lastträgheit entsteht durch die Überlastung des Schrittmotors. Daher sollte eine Überlastung des Motors im Betrieb vermieden werden.
Veröffentlichungszeit: 26. Mai 2025