Gründe für das Blockieren des Schrittmotors

Wenn ein Schrittmotor festsitzt, weist dies auf unzureichendes Drehmoment hin, selbst wenn Motor und Antrieb unbeschädigt sind. Wenn der Schrittmotor fest sitzt, sind die Hauptfaktoren, die das Drehmoment beeinflussen, Drehzahl und Strom. Die Charakteristik von Schrittmotoren besteht darin, dass das Drehmoment mit zunehmender Drehzahl und abnehmendem Strom abnimmt.

Schrittmotoren werden durch digitale Signale gesteuert. Wenn das Steuerungssystem in sehr kurzer Zeit zu viele Impulse erzeugt, also eine hohe Impulsfrequenz aufweist, kann der Schrittmotor blockieren. Um dieses Problem zu lösen, ist ein Beschleunigungs- und Verzögerungsansatz erforderlich. Dabei wird die Impulsfrequenz beim Anlaufen des Motors schrittweise erhöht und beim Abbremsen verringert. Dies wird allgemein als „Beschleunigungs- und Verzögerungsmethode“ bezeichnet.

Ursachen für das Blockieren des Schrittmotors

Die Geschwindigkeit eines Schrittmotors wird durch die Variation der Eingangsimpulssignale bestimmt. Theoretisch bewirkt die Bereitstellung eines Impulses an den Treiber, dass sich der Schrittmotor um einen Schrittwinkel dreht (oder um einen Unterteilungsschrittwinkel bei Mikroschritten). In der Praxis kann der Schrittmotor aufgrund der Dämpfungswirkung der internen gegenelektromotorischen Kraft nicht mit den Signaländerungen Schritt halten, wenn sich das Impulssignal zu schnell ändert, was zu einem Stillstand und verpassten Schritten führt. Daher wird beim Hochgeschwindigkeitsstart eine Impulsfrequenzbeschleunigungsmethode verwendet, und beim Stoppen muss ein Verzögerungsprozess erfolgen, um eine präzise Positionierungssteuerung des Schrittmotors sicherzustellen. Die Prinzipien der Beschleunigung und Verzögerung sind dieselben. Der Beschleunigungsprozess wird im folgenden Beispiel veranschaulicht:

Während des Beschleunigungsvorgangs wird eine Frequenzkurve durch die Basisfrequenz (niedriger als die direkte Startmaximalfrequenz des Schrittmotors) und die Schrittfrequenz (allmählich zunehmende Frequenz) gebildet. Die Schrittfrequenz bezieht sich auf die Frequenz, bei der die Frequenz des Schrittmotors allmählich über die Basisfrequenz ansteigt. Diese Frequenz sollte nicht zu hoch sein, um ein Abwürgen und verpasste Schritte zu vermeiden. Beschleunigungs- und Verzögerungskurven sind im Allgemeinen Exponentialkurven oder fein abgestimmte Exponentialkurven. Sie können unter anderem auch lineare oder sinusförmige Kurven sein. Mit einem Mikrocontroller oder einer SPS kann eine Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerung erreicht werden. Für unterschiedliche Lasten und Geschwindigkeiten ist es wichtig, geeignete Basis- und Schrittfrequenzen auszuwählen, um optimale Steuerungsergebnisse zu erzielen. Bei der Softwareprogrammierung von Exponentialkurven wird die Zeitkonstante berechnet und im Speicher des Computers gespeichert, was auf die Auswahl während des Betriebs hinweist. Typischerweise beträgt die gesamte Beschleunigungs- und Verzögerungszeit für Schrittmotoren 300 ms oder mehr. Wenn zu kurze Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten verwendet werden, wird das Erreichen einer Hochgeschwindigkeitsrotation für die meisten Schrittmotoren schwierig.

Ein plötzlicher Motorstopp bedeutet nicht unbedingt, dass der Motor blockiert ist. Alle Motoren, auch Schrittmotoren, haben eine maximale Drehzahl. Wenn die Drehzahl die maximale Drehzahl des Schrittmotors überschreitet, stoppt der Motor plötzlich.

Die Stärke des Stroms beeinflusst das Drehmoment – ein höherer Strom führt zu einem höheren Drehmoment. Ein erhöhter Strom führt jedoch auch zu einer stärkeren Erwärmung des Motors. Daher wird der Strom im Allgemeinen auf das für ein ausreichendes Drehmoment erforderliche Minimum eingestellt. Wenn der Motor unter diesen Bedingungen immer noch übermäßige Wärme erzeugt, kann es erforderlich sein, auf einen Schrittmotor mit größerem Drehmoment umzusteigen.