Ein Schrittmotor ist ein Motor, der dafür ausgelegt ist, Schritte zu unternehmen, anstatt sich einfach sofort zu drehen, wenn die Leistung angelegt wird. Unterschiedlich konstruierte Schrittmotoren haben eine unterschiedliche Anzahl von Schritten, aber die beiden häufigsten haben 200 (1,8 Grad) oder 400 Schritte (0,9 Grad).
Aufgrund ihres völlig anderen Designs wird es typischerweise in ganz anderen Anwendungen als Gleichstrommotoren oder bürstenlose Gleichstrommotoren verwendet (obwohl es einige Frequenzweichen gibt).
Die einzige Möglichkeit, einen Schrittmotor so zu betreiben, wie er vorgesehen ist, besteht in einem speziellen Schrittmotortreiber oder -regler. Wenn Sie versuchen, die Kabel eines Schrittmotors an eine Stromquelle anzuschließen (wie bei einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor), wird der Motor einfach in einer Position verriegelt (und es wird warm, wenn Sie ihn eine Weile angeschlossen lassen! ).
Die Frage, wer den Schrittmotor tatsächlich erfunden hat, ist teilweise noch umstritten, da die Originalversionen nicht sofort als Schrittmotoren bekannt waren.
Für die meisten Ingenieure (wir selbst eingeschlossen) ist dies jedoch weitgehend Frank W. Woods zuzuschreiben, der einen Motor auf der Basis von 5 Statorspulen patentiert hat, der in verschiedenen Kombinationen aufgeladen werden kann, um eine schrittweise Bewegung zu ermöglichen.
Das erste aufgezeichnete Beispiel für einen Schrittmotor, der in einer praktischen Anwendung eingesetzt wird, stammt von einem der größten Innovationstreiber des 18., 19. und 20. Jahrhunderts, der britischen Royal Navy. Das System wurde in den 1930er Jahren entwickelt, um Geschütztürme und Kanonen auf großen Schiffen zu steuern, und ähnliche Systeme werden bis heute verwendet.
In den 1960er Jahren wurde dieser Typ eines grundlegenden Schrittmotors durch großwinkelige Permanentmagnet-Schrittmotoren ersetzt, die den heute üblicherweise verwendeten Typen ähnelten.
Diese Motoren litten jedoch unter einer Reihe von Problemen. Die Positionsgenauigkeit war aufgrund des Fehlens genauer Schrittmotorsteuerungen begrenzt, und Resonanzprobleme in den Motorgehäusen führten häufig dazu, dass der Motor gestoppt und neu gestartet werden musste.
In den 1970er und insbesondere in den 1980er und 1990er Jahren wurden große Fortschritte bei der Entwicklung von Steuerungen erzielt, mit denen einige der Resonanzprobleme bei Schrittmotoren behoben werden konnten, sowie bei der Herstellung, die die Kosten für Schrittmotoren senkte. Schrittmotoren blieben zu diesem Zeitpunkt jedoch teuer und wurden typischerweise in Verteidigungs- und Luftfahrtanwendungen eingesetzt.
In den frühen 2000er Jahren waren diese Entwicklungen so bedeutend, dass die Kosten für Schrittmotoren und Schrittmotorsteuerungen zu sinken begannen, sodass sie in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt werden konnten, in denen sie zuvor zu teuer waren.
Durch die Möglichkeit, bestimmte Schritte auszuführen, ist es möglich, die Drehung des Motors mit unglaublicher Genauigkeit auf Prozentangaben genau zu steuern.
Wenn Sie sich ein Zifferblatt mit einem Zeiger vorstellen, kann sich ein „traditioneller“ Gleichstrommotor nur mit einer konstanten Geschwindigkeit drehen.
Jede Positionierung müsste durch die Zeit oder durch Verwendung eines geschlossenen Regelkreises mit einem Encoder zur Positionsbestimmung gesteuert werden. Mit einem Schrittmotor ist es jedoch möglich, den Zeiger schnell und einfach von jeder Position auf der Uhr zu jeder anderen Position mit jeder erforderlichen Geschwindigkeit zu bewegen.
Abhängig von der verwendeten Schrittmotorsteuerung ist es möglich, die Beschleunigung und Verzögerung jeder Bewegung zu steuern und sogar bestimmte Sequenzen zu programmieren.
Das erste, was zu verstehen ist, ist das interne Design des Schrittmotors. Der Schrittmotor ist eine Art bürstenloser Motor (nur in dem Sinne, dass er keine Bürsten hat) und der Magnet ist direkt an der Welle in der Mitte des Motors angebracht.
Was dies von anderen Motoren unterscheidet, ist, dass der Magnet Zähne hat, ähnlich wie die Zähne eines Zahnrads. Tatsächlich hat es 2 Sätze von Zähnen um den Rotor, die versetzt sind und deren Nord- und Südpol sich abwechseln.
Die eigentlichen Spulen (die von der Schrittmotorsteuerung ein- und ausgeschaltet werden) sind an der Außenseite des Motors angebracht.
Ein typischer Schrittmotor hat zwei gegenüberliegend angeordnete Spulensätze (180 Grad voneinander entfernt).
Um den Motor zum Drehen zu bringen, werden die Spulen eingeschaltet, wobei eine positiv und die andere negativ ist. Dies erzeugt einen doppelten Push / Pull-Effekt im Schrittmotor, der ihn um einen Schritt bewegt.
Nachdem ein Schritt abgeschlossen ist, macht das andere Paar dasselbe und der Motor dreht einen weiteren Schritt.
Da dieser Prozess durch die verwendete Schrittmotorsteuerung beschleunigt wird, beginnt der Motor flüssiger zu drehen (anstatt eines Schritt-, Schritt-, Schritt-, Schritt-Prozesses) und kann Drehzahlen von bis zu 1000 U / min erreichen.
Dieser Vorgang wird dann in den vier Stufen wiederholt:
1. Spule 1 positiv, Spule 3 negativ = 1 Schritt
2. Spule 2 positiv, Spule 4 negativ = 1 Schritt
3. Spule 1 negativ, Spule 3 positiv = 1 Schritt
4. Spule 2 negativ, Spule 3 positiv = 1 Schritt
Abhängig von der Art des Controllers, den Sie haben, ist es möglich, Mikroschritte einzuschließen. Mikroschritt ist eine clevere Methode, um die Anzahl der möglichen Schritte in einem Motor mit nur 200 mechanischen Schritten zu erhöhen, indem eine fraktionierte Steuerung des elektrischen Eingangssignals eingeführt wird.
Ein typischer Schrittmotor wie der Schrittmotor NEMA 23 im ZD4N2318 hat tatsächlich 200 mögliche Schritte in einer vollständigen 360-Grad-Drehung. Dies ist die am häufigsten verwendete Schrittmotorkonfiguration, es gibt jedoch auch andere Typen mit mehr (z. B. hat der ZDSPN1709 400 Schritte).
Mit dem Standard-Schrittmotor mit 200 Schritten haben wir daher 1,8 Grad pro Schritt (vorausgesetzt, wir arbeiten im Vollschrittmodus).
Wenn Sie bedenken, dass eine Schrittmotorsteuerung wie der Zikodrive ZD2 mit einer Auflösung von bis zu 128 Mikroschritten arbeiten kann (dh 128 einzelne „Mikroschritte“ in einem Schritt), ist klar, dass ein Schrittmotor eine außergewöhnlich genaue Positionsgenauigkeit liefern kann.
Dies macht es äußerst nützlich in Anwendungen wie Pumpenanwendungen oder Prozesssteuerungsanwendungen, bei denen eine hochgenaue Positionierung den Unterschied ausmachen kann. Zikodrive-Schrittmotorsteuerungen werden häufig in Pumpen- und Prozesssteuerungsanwendungen eingesetzt.
Wie Sie sich aus der obigen Beschreibung zweifellos vorstellen können, ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Gestaltung der Schrittmotorleistung die verwendete Schrittmotorsteuerung.
Ganz einfach, ohne eine Steuerung kann ein Schrittmotor Ihnen außer einer blockierten Welle nichts an mechanischer Leistung bieten.
Ein sehr einfacher Schrittmotortreiber kann einen Schrittmotor drehen, bietet jedoch keine großen Steuerungs- und Leistungsoptionen, mit denen Sie wirklich von den Leistungsmerkmalen eines Schrittmotors profitieren können.
Eine fortschrittliche programmierbare Mikroschrittsteuerung wie der Zikodrive ZD4 bietet jedoch ein umfassendes Leistungsspektrum für den Schrittmotor Ihrer Wahl. Dieser Reglertyp bietet eine hochpräzise Positionierung und kann so eingerichtet werden, dass er die erforderliche Leistung mit einer Reihe zusätzlicher Sicherheitsfunktionen wie Überstromschutz, Verpolungsschutz und mehr bietet.
All dies kann einen großen Einfluss auf die Leistung des Motors, die Lebensdauer des Motors und der Steuerung sowie den Wirkungsgrad des gesamten Systems haben.
Diese geben Ihnen einen guten Überblick über die Art der Funktionen, die mit unserem Sortiment verfügbar sind, sowie über die Leistungs- und Geschwindigkeitswerte, die Sie möglicherweise erreichen können.
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