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Ansteuertechniken:

Man unterscheidet zwei unterschiedliche Ansteuertechniken: Unipolar- und Bipolarbetrieb. Beim Bipolarbetrieb werden die Spulen umgepolt, während im Unipolarbetrieb am Mittelabgriff der Spule die Versorgungsspannung fest anliegt, und abwechselnd immer ein Spulenende nach Masse gezogen wird. Wegen des relativ hohen Schaltungsaufwandes bei bipolarer Beschaltung war die unipolare Schaltung lange sehr beliebt, obwohl sie wegen der kleineren Spulenströme ein kleineres Drehmoment und kleinere Drehzahlen erzeugt. Mit dem Aufkommen preiswerter, integrierter Schaltungen begann sich die bipolare Ansteuertechnik mehr und mehr durchzusetzen.

Links Bipolare, rechts Unipolare Beschaltung
Bipolar Unipolar

Der Schrittmotor dreht sich bei jeder Spulenumpolung einen 'Schritt' weiter (daher sein Name). Erfolgt die Umschaltung schnell genug, geht der Rotor in eine Drehbewegung über. Aus der Ansteuerung der Spulen kann man den Drehwinkel jederzeit (verhältnismäßig) genau bestimmen.

Bei der Beschaltung der Spulen ergeben sich drei weitere Betriebsarten: Normal- Wavedrive- und Halbschrittbetrieb.
1) Normal-Betrieb: Es werden immer beide Spulen gleichzeitig bestromt. Es ergeben sich vier unterschiedliche Schrittpositionen (siehe Schaubild) pro Umlauf.
2) Wavedrive-Betrieb: Hier wird immer nur eine Spule bestromt. Die Leistungsaufnahme und damit auch das Drehmoment sind im Vergleich zu 1) geringer. Die resultierenden vier Schrittpositionen liegen zwischen denen aus 1).
3) Halbschritt-Betrieb: Kombination aus 1) und 2). Es wird wechselweise eine, bzw. zwei Spulen bestromt. Es ergeben sich 8 Schrittpositionen. Daher kommt die Bezeichnung Halbschritt, da der physikalische Schrittwinkel des Motors halbiert wird.

Obere Reihe 'Wavedrive', untere Reihe 'Vollschritt'
Positionen 1-8 'Halbschritt'
Voll- und Halbschritt

Im Halbschritt-Betrieb ergibt sich eine Besonderheit: Sind beide Spulen bestromt, ergibt sich der resultierende Kraftvektor aus der Addition der aufeinander senkrecht stehenden Einzelvektoren. Er ist aufgrund dieser Geometrie um den Faktor Wurzel zwei größer als die jeweiligen Einzelvektoren. Um einen unruhigen Lauf bei niedrigen Drehzahlen zu vermeiden, empfiehlt es sich, diesen Einfluß zu kompensieren. Dies geschieht z.B. durch Anheben des Spulenstromes um den Faktor Wurzel zwei, wenn nur eine Spule bestromt ist. Da der Nennstrom der Motoren immer für den Fall angegeben wird, das beide Spulen bestromt sind, ist die Gefahr einer Überhitzung der Wicklung trotzdem ausgeschlossen. Unter Berücksichtigung dieses Aspektes entstand schließlich der sogenannte Microschritt-Betrieb, auf den hier jedoch nicht weiter eingegangen werden kann. Dabei wird der Betrag der Ströme in den Spulen weiter abgestuft, so daß sich zusätzliche Zwischenschritte ergeben.

Bei der elektrischen Ansteuerung des Motors ergeben sich verschiedene Möglichkeiten:
- Am preiswertesten ist die Konstantspannungs-Ansteuerung (L/R-Drive). Die anzulegende Spannung wird dabei so gewählt, das bei Motorstillstand (=Gleichstrombetrieb) gerade der erlaubte Nennstrom fließt. Abgesehen von den hohen Verlusten beim Stillstand des Motors ist das Drehmoment und damit vor allem die maximale Drehzahl begrenzt. Der Spulenspannung (und damit das Drehmoment des Motors) folgt dem Gesetz U=L*dI/dT. Daraus folgt, das der Strom zeitlich der Spannung 'hinterherläuft'. Bei hohen Beschleunigungen wird also nicht mehr der Maximalstrom erreicht, weil sich vorher die Polarität der Spannung wieder geändert hat.
- Dieses Problem läßt sich durch eine modifizierte Konstantspannungs-Ansteuerung (auch L/nR-Drive genannt) beseitigen. Hierzu wird den Motorwindungen je ein Widerstand vorgeschaltet und die Spannung entsprechend erhöht. Der Vorwiderstand muß also im Stillstand bzw. bei niedrigen Drehzahlen die überschüssige Energie 'verbraten', die Verlustleistung ist also entsprechend hoch.
- Weitaus effektiver ist die Konstantstrom-Methode (auch Copping-Drive). Die Betriebsspannung kann hier um ein vielfaches über dem Wert der Konstantspannung liegen; der Strom wird durch einen aktiven Regler begrenzt. Ein Komperator (pro Spule, also zwei pro Motor) überwacht den fließenden Strom und vergleicht ihn mit einem Referenzwert. Ist dieser erreicht, wird die Wicklung abgeschaltet. Nach einer kurzen Zeit (üblich sind Taktraten >16kHz) wird die Wicklung wieder eingeschaltet (vorrausgesetzt, der Strom liegt inzwischen unter dem Referenzwert). Eine entsprechende Schaltung ist in vielen Schrittmotor-IC's enthalten, unter anderem im L297 von ST.
Am besten erkennt man die Unterschiede im direkten Vergleich ->

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