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Ein geeigneter Controller ermöglicht die Steuerung des Schrittmotors durch Vorgabe der Schritt- und Richtungssignale. Was sind die Merkmale solcher Komponenten?
Was ist ein Schrittmotor?
Bevor der Controller vorgestellt wird, sollte erklärt werden, was der Schrittmotor selbst ist. Es handelt sich um einen Mechanismus, der zur Gruppe der Elektromotoren gehört – sein Betrieb basiert auf dem Prinzip der elektrischen Impulsleistung. Der Betrieb des Motors hängt von der Anzahl der Impulse am Eingang ab, sowie von der Frequenz, mit der sie abgegeben werden.
Ein Standard-2-Phasen-Schrittmotor besteht aus zwei Hauptkomponenten:
- Rotor, d. h. der bewegliche Teil des Motors – z. B. ein Permanentmagnet;
- Stator oder Ständer – der feststehende Teil, auf dem die Spulen für die Phase in ausgewählten Kombinationen angeordnet sind.
Die sequentielle Stromzufuhr zu den Spulen erzeugt ein Spannungsdrehmoment, das den Rotor in Drehbewegung versetzt und so mechanische Energie erzeugt. Im Gegensatz zu Motoren, die eine konstante Drehbewegung ausführen, haben Schrittmotoren keine mechanisch-elektrischen Komponenten, die mit dem Kommutator zusammenarbeiten, um den Stromfluss in den entsprechenden Teilen der Rotorwicklung zu erzwingen. Schrittmotoren werden oft mit Servomotoren verglichen, die mehr Positionierungsmöglichkeiten bieten, aber auch teurer sind.
Was ist das Funktionsprinzip des Schrittmotors?
Die Hauptaufgabe eines Schrittmotors besteht darin, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Zu den wichtigsten Merkmalen von Komponenten dieser Art gehört die Präzision der Bewegung – die Drehung des Rotors um einen bestimmten Winkel bewirkt, dass sich das gesteuerte Objekt um eine proportionale Strecke bewegt.
Der Rotor des Motors wird durch die von der Steuerung erzeugten Impulse in Bewegung gesetzt, so dass er sich eine bestimmte Anzahl von Schritten bewegt. Der Antrieb hingegen kommt von den Elektromagneten, die bei Anlegen einer Spannung zu den Wicklungen des stationären Teils des Motors (dem Stator) werden.
Was ist ein Schrittmotor-Controller?
Der Schrittmotor-Controller ist ein wesentlicher Bestandteil des Motors, mit dem die Geschwindigkeit und die Richtung des Motors eingestellt werden können. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Phasen des Schrittmotors mit Strom zu versorgen, um eine kontinuierliche Bewegung zu erreichen. Da sich Schrittmotoren mit einer bestimmten Anzahl von Schritten pro Wellenumdrehung bewegen, wird eine Komponente benötigt, die diese Bewegung präzise steuert – das ist der Controller.
Bei allen Schrittmotorsteuerungen können Sie sowohl die Strom- als auch die Schrittteilung einstellen. Je nach ausgewähltem Modell reichen die Konfigurationsmöglichkeiten für den zweiten dieser Parameter von 1 bis zu 1/512. Die verschiedenen Lösungen unterscheiden sich auch in Bezug auf die Eigenschaften der Motoren, an die sie angeschlossen werden können – der wichtigste Punkt ist hier die Anzahl der Motoranschlüsse.
Schrittmotor-Controller – Funktionsweise
Die Schrittmotorsteuerung hat die Aufgabe, das entsprechende Signal (Schritt – ‘step’; oder Richtung – ‘dir’) zu erzeugen, um die Motorachse zu bewegen. Es wird aus der Eingabe dieser beiden Werte erzeugt. Im Falle des Schrittsignals entspricht jeder Impuls einem Schritt des Motors, während das Richtungssignal die Einstellung der Laufrichtung des Geräts ermöglicht.
Schrittmotor Controller – Typen
Wir können Schrittmotorsteuerungen grob in zwei Typen einteilen – Konstantspannungs- und Konstantstromgeräte. Ihr Hauptunterschied ist der Wert, der zur Erzeugung des Drehmoments verwendet wird: im ersten Fall ist es die Spannung und im zweiten Fall die Stromstärke. Konstantspannungsregler zeichnen sich durch eine geringere Effizienz aus, die mit einem niedrigeren Preis verbunden ist, während Konstantstromregler zwar teurer sind, aber eine höhere Effizienz bieten. Bestimmte Modelle können sich auch in Bezug auf die Stromeigenschaften oder die empfohlene Motorleistung (bei Schrittmotoren in Nm gemessen) unterscheiden. Beim Kauf eines Controllers sollte auch auf die minimale, typische und maximale Versorgungsspannung geachtet werden, damit die passende Lösung an die Eigenschaften des restlichen Systems angepasst werden kann.
Schrittmotor und Controller - Anwendung
Schrittmotoren – und damit auch ihre Controller – sind Geräte, die in vielen Bereichen eingesetzt werden. Sie werden jedoch vor allem dort eingesetzt, wo die Möglichkeit zur genauen Kontrolle von Bewegungen benötigt wird. Schrittmotoren können unter anderem folgende Geräte antreiben:
- Plotter– in dieser Art von Geräten werden sie zum Präzisionsschneiden und -zeichnen verwendet;
- 3D-Drucker– Schrittmotoren werden für die präzise Positionierung des Druckkopfs verwendet;
- Industrieroboter – zur Steuerung der Bewegung einzelner Maschinenteile;
- Elektronenmikroskope und Spektrometer, bei denen Schrittmotoren helfen, die zu untersuchenden Objekte präzise und sicher zu bewegen.
Wie wählt man einen Schrittmotor-Controller aus?
Um den richtigen Controller für ein bestimmtes System auszuwählen, ist es wichtig, zunächst die Eigenschaften des Motors zu berücksichtigen, der von diesem Gerät betrieben werden soll. Der Controller sollte in der Lage sein, den Motor mit dem richtigen Wert zu versorgen. Von erheblicher Bedeutung ist auch die Stromstärke des Controllers, die nicht mehr als 5 Prozent von der entsprechenden Größe des Motors abweichen sollte.
Es ist auch wichtig zu wissen, wie der Controller konfiguriert wird. Dieser Prozess kann unter anderem mit Hilfe einer Software durchgeführt werden, die die Möglichkeit bietet, zusätzliche Parameter einzustellen, wie zum Beispiel die Ruhestromfunktion. Wichtig ist, dass einige Controller nur mit einem Steuerungssystem verwendet werden können, das Schritt- und Richtungssignale erzeugt, während andere mit unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen gesteuert werden können.
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