Schrittmotor

Ein Schrittmotor ist ein Synchronmotor. Der Rotor kann durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes elektromagnetisches Feld der Statorspulen um einen minimalen Winkel (Schritt) gedreht werden. Es kann in mehreren Schritten jeder Drehwinkel, wenn er ein Vielfaches des minimalen Drehwinkels ist, realisiert werden.

Beispiel: Schrittmotor_NEMA_17.

Mit einem Schrittmotor kann man ohne aufwendige Wegstreckenerkennung genaue Positionen anfahren. Da Schrittmotoren exakt dem außen angelegten Feld folgen können, ist ein Betrieb ohne Sensoren zur Positionsrückmeldung möglich. Da alle Schritte im Links- und Rechtslauf gezählt werden, erkennt die Elektronik immer die exakte Position der Achse. Wie groß ein Schritt ist, hängt vom jeweiligen Motor ab, aber zumeist beträgt ein Schrittwinkel 1.8°, sodass mit 200 Schritten eine Umdrehung realisiert werden kann.

Man unterscheidet grundsätzlich zwei verschiedene Schrittmotormodelle. Der unipolare Schrittmotor hat zwei Spulen mit einem jeweiligen Mittelabgriff. Für ihn ist eine Spannung ausreichend. Der bipolare Schrittmotor hat mit vier Spulen und polt die Spannungen kontinuierlich um.

Wird ein Schrittmotor durch ein externes Lastmoment oder durch die anzutreibende Masse beim starken Beschleunigen überlastet, kann der Rotor dem Drehfeld nicht mehr folgen. Es werden Schritte übersprungen und eine korrekte Information über die aktuelle Position des Rotors ist nicht verfügbar. Bei einem solchen Schrittverlust springt der Motor in die vorherige oder nächste Position gleicher Phase. Auftretende Schrittverluste summieren sich und führen dann zu einer ungenauen Positionierung. Für höhere Geschwindigkeiten ist ein sanftes Anfahren und Verzögern zu empfehlen, um einen Schrittverlust zu vermeiden.

Die Kenngrößen eines Schrittmotors:

• Schrittwinkel, das heißt der Winkel für einen Vollschritt. Ein Vollschritt tritt bei der Umschaltung des Stromes von einer Wicklung auf die nächste auf.

• Phasenanzahl

• Schrittanzahl n pro Umdrehung

• maximaler Strangstrom I

• ohmscher Spulenwiderstand R

• Spuleninduktivität L

• Drehmoment im Stand (Haltemoment) für einen gegebenen Strom und Drehmomentverlauf mit steigender Drehzahl

• Wicklungsanschlussgestaltung (ohne Mittelanzapfung, mit Mittelanzapfung, mit gemeinsamer Mittelanzapfung)

Quellen:

• Wikipedia
• Nanotec Video Aufbau, Funktionsweise und Ansteuerung
• wolfgang-back Schrittmotor
• Roboternetz