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- Strippenstrolch 2.0 -
Schrittmotor beschleunigen
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04.02.21 23:28 --- Marco_D 

........ Schrittmotor beschleunigen ........

Moin alle zusammen,
Von mir mal wieder eine Frage zu Schrittmotor en. Ich versuche derzeit einen NEMA 34 Schrittmotor auf hohe Drehzahlen zu kriegen. Bisher bin ich bei 300 rpm - ich möchte aber auf 600 rpm kommen. Allerdings kommt der Stepper ab dieser Drehzahl nicht mehr mit. Nun frage ich mich woran das liegen könnte. Ich habe extra einen sketch angelegt mit dem ich eine konstante Beschleunigung habe und die Mikroschrittauflösung liegt momentan bei 6400 pulse/rev. Ich habe die Vermutung, dass es an der Spannungsquelle, da diese nur maximal 31 V liefert. Soweit ich weiß braucht man bei höheren Frequenzen auch eine höhere Spannung, da sonst der Strom nicht schnell genug ansteigt. Ich wollte bevor ich mir eine stärkere Spannungsquelle zulege einmal in die Runde fragen, ob ihr das genauso sieht oder es doch womöglich an was anderem liegt.

Vielen Dank schonmal
Viele Grüße
Marco



05.02.21 06:45 --- Stephan_M 

Administrator



........ Re: Schrittmotor beschleunigen ........

Schrittmotoren haben generell eine begrenzte Drehzahl. Die Kennlinie aus Drehzahl (x) und Drehmoment (y) geht ab einer gewissen, motorspezifischen Drehzahl stark nach unten. Das ist ganz normal und ist bei jedem Schrittmotor so.

Hier noch ein paar interessante Links dazu:

https://wiki.bu.ost.ch/infoportal/_media..._erklaert_d.pdf
https://de.nanotec.com/knowledge-base/sc...4052ddfba28b32c

Das liegt an der Gegen-EMK (EMK = "Elektromotorische Kraft"), die sich proportional zur Rotordrehzahl in den Spulen aufbaut.
Klar kann man dem in relativ geringem Maße mit höherer Betriebbspannung entgegen wirken, aber das ist wirklich nur recht begrenzt möglich.

Auch ultraschnelle Freilaufdioden an den Motorspulen helfen ganz gut, noch ein wenig "herauszukitzeln".
Ebenso wäre es möglich, die Spindeldrehzahl durch eine Übersetzung mit Hilfe von von zwei verschieden großen Zahnriemenscheiben zu erhöhen.

Aber alles in allem sind Schrittmotoren nicht wirklich für höhere Drehzahlen geeignet, da die Gegen-EMK hier letztendlich "einen Strich durch die Rechnung macht".



09.02.21 15:07 --- Marco_D 

........ Re: Schrittmotor beschleunigen ........

... ich hatte vor Tagen schon geantwortet, muss aber vergessen haben zu bestätigen.
Danke wieder mal für die hilfreiche Antwort. Ich hatte selbst noch einen Fehler gefunden... für ein anderes Projekt wollte ich ein möglichst geringes Drehmoment und hatte von daher einen sehr geringen Strom beim Treiber eingestellt. Mit dem höheren Strom erreiche ich jetzt schon etwas höhere Drehzahlen... ca. 430 rpm. Im Internet steht, man könne bis zu 1500 rpm erreichen und auch TRINAMIC hat vergleichbare Motoren (meiner ist von ACT Motors), die bei 600 rpm noch ein nennenswertes Drehmoment abliefern können. Ich würde also sagen da geht noch was... Je näher ich an die 600 rpm rankomme desto besser.

Außerdem habe ich noch einen Fehler in der Software gefunden: Beim iterieren durch die kleiner werdenden Zeitintervalle zwischen den Pulsen kommt es irgendwann zu einem Problem bei der Auflösung der Zahlen. Bei manchen Durchläufen liegen zwei Zahlen hintereinander, die sich erst ab der ersten Nachkommastelle unterscheiden. An diesem Punkt gerät die "Beschleunigungsschleife" in eine Endlosschleife. Allerdings verstehe ich das nicht ganz, da es sich bei den verwendeten Datentypen ausschließlich um floats handelt.



09.02.21 23:34 --- Stephan_M 

Administrator



........ Re: Schrittmotor beschleunigen ........

Ja, ok, 600 U/min sind ja dann 2400 Takte pro Sekunde bei Halbschrittbetrieb.

Das ist tatsächlich schon recht grenzwertig, was das erreichbare Drehmoment betrifft.

Meine Versuche mit einem Schrittmotor ( https://www.strippenstrolch.de/4-0-5-sch...%20schrittmotor ) erreichten Taktraten bis zu rund 1000 Takte pro Sekunde, also rund 250 U/min.

Allerdings hatte ich auch lediglich eine L298-H-Brücke mit ganz normalen Gleichrichterdioden (1N4001) als Totlaufdioden in Verwendung und habe auch keine besonders hohe Betriebsspannung verwendet.

Bereits der Einbau von schnellen Totlaufdioden (BYV 27/200) kann die erreichbare Drehzahl noch ein ganzes Stück voran bringen.

Nachtrag:



Das "RepRap"-Modul hat bei meinen Experimenten sehr gut abgeschlosssen:

https://www.strippenstrolch.de/4-0-5-d-r...aster%20treiber

Vielleicht ließe sich damit noch einiges an Drehzahl "herauskitzeln.

Zuletzt bearbeitet am 09.02.21 23:42



10.02.21 15:45 --- Marco_D 

........ Re: Schrittmotor beschleunigen ........

Wie kommen Sie auf die 2400 Takte? Ich hätte gesagt bei Halbschritt habe habe ich ja 400 Pulse/rev. 600 rpm sind 10 rps und bei 400 pulse/rev sind das dann 10 rev/s * 400 pulse/rev = 4.000 pulse/s sprich 4 kHz PWM Frequenz.

Ich verwende einen DM860 Schrittmotortreiber. Der hat eine maximale Frequenz von 200 kHz, also weit weg von dem wo ich gerade bin. Ich betreibe den Schrittmotor momentan bei einer Auflösung von 3200 pulse/rev und Ziel wären 32 kHz - da bin ich aber wie gesagt noch nicht.

Die Dioden sollten bei dem DM860 eigentlich schon schnell genug sein - hier einmal das Datenblatt:
https://kitaez-cnc.com/f/dm860.pdf

Gäbe es bei dieser Konstellation eventuell die Möglichkeit, das Drehmoment auf ein Minimum zu reduzieren, ohne dass die Spannung zusammenbricht? Ich betreibe Schrittmotortreiber, Schrittmotor und eine Beckhoff SPS an einer 24V Spannungsquelle. Beim DM860 habe ich schon den geringstmöglichen Strom eingestellt und den Schalter für HalfCurrent auf an.



12.02.21 05:53 --- Stephan_M 

Administrator



........ Re: Schrittmotor beschleunigen ........

Uuups, ja, da habe ich mich wohl "vergurkt". Das stimmt.
Ich als "alter Opa" sollte wohl besser am Tage oder nachmittags etwas eintippen.

Um das Drehmoment zu begrenzen, schlge ich vor, dass Sie mit der SPS ein PWM-Signal auf den EN-Pin geben:



Quelle:



Dabei müsste die Grundfrequenz des PWM-Signals um einiges höher als die Taktrate am CW/CCW-Pin sein, damit sich das nicht so sehr überlagert.

In einer modernen SPS dürfte ja ein PWM-Signal irgendwie als Baustein verfügbar sein.

Datei-Anhänge


12.02.21 10:50 --- Marco_D 

........ Re: Schrittmotor beschleunigen ........

... Das ist halt einfach mal so eine extrem gute Idee! Das werde ich heute sofort ausprobieren. Da wäre ich im Leben nicht drauf gekommen

Ich werde berichten, wie es gelaufen ist.

Und ja die SPS hat alles an Bausteinen, was man sich so vorstellen kann



16.02.21 09:18 --- Marco_D 

........ Re: Schrittmotor beschleunigen ........

Sooo also das mit dem Enable Eingang hat leider nicht geklappt. Aber ich habe mal mit dem kleinen Motor und dem L298N etwas weiter rumprobiert und da tatsächlich was gescheites bei rausbekommen. Gleiche Hardware, andere Software und Ansteuerung und der NEMA 17, dass ich meine Armbanduhr ticken hören kann.



22.02.21 05:31 --- Stephan_M 

Administrator



........ Re: Schrittmotor beschleunigen ........

Ja, ok, kommt ja auch drauf an, wie der Enable-Eingang im jeweiligen Treiber verarbeitet wird.
Beim L298 funktioniert es auf alle Fälle recht gut. Das stimmt.

Ich halte den L298 für einen recht genialen Baustein, obgleich er ja mittlerweile auch ein "Opa" der Bausteine ist.
Ich finde es auch gut, dass der L298 nach wie vor produziert wird und nicht wie andere gute Chips einfach aus dem Programm genommen wird, nur weil er etwas "in die Jahre" gekommen ist.

Z.B. war der Z80 Mikroprozessor auch sehr genial und könnte für noch so manches Projekt verwendet werden.
Er wurde einfach aus dem Programm genommen und fertig.

Eine etwas unglückliche Vorgehensweise mancher Hersteller.

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