Schrittmotoren: Eine vollständige Anleitung

Schrittmotoren sind bürstenlose, synchrone Elektromotoren, die eine volle Umdrehung in eine große Anzahl von Schritten unterteilen. Sie bieten präzise Positionierung und Steuerung ohne Rückkopplungsmechanismus und sind daher ideal für viele Anwendungen. In diesem umfassenden Handbuch erfahren Sie alles, was Sie über Schrittmotoren wissen müssen.

Was ist ein Schrittmotor?

Ein Schrittmotor ist ein elektromechanisches Gerät, das elektrische Impulse in diskrete mechanische Bewegungen umwandelt. Die Position des Motors kann so gesteuert werden, dass er sich bewegt und in einem dieser Schritte bleibt, ohne dass ein Positionssensor zur Rückmeldung erforderlich ist (ein offener Regelkreis), solange der Motor sorgfältig auf die Anwendung abgestimmt ist.

So funktionieren Schrittmotoren

Schrittmotoren arbeiten nach dem Prinzip des Elektromagnetismus. Die Grundkonstruktion besteht aus einem Rotor aus Permanentmagneten und einem Stator mit Elektromagneten. Wenn Strom durch die Spulen im Stator fließt, erzeugt er ein Magnetfeld, das mit dem Feld des Permanentmagnetrotors interagiert und eine Drehung verursacht.

Durch die präzise Steuerung der Abfolge und des Zeitpunkts des Stroms in den Spulen kann der Motor in diskreten Drehschritten bewegt werden. Übliche Schrittwinkel sind 15°, 7,5°, 5°, 2,5° und 1,8°. Je kleiner der Schrittwinkel, desto höher die Auflösung und Positionsgenauigkeit.

Arten von Schrittmotoren

Es gibt drei Haupttypen von Schrittmotoren:

• Variable Reluktanz – Verfügt über einen einfachen Eisenrotor und Statorpole, die unter Spannung stehen, um den Rotor anzuziehen.
• Dauermagnet – Verfügt über Permanentmagnete am Rotor und funktioniert auf Basis der Anziehung/Abstoßung zwischen Rotor- und Statormagneten.
• Hybrid – Kombiniert sowohl VR- als auch PM-Prinzipien für hohe Leistung in einem kleinen Formfaktor.

Der hybride bipolare Schrittmotor ist am gebräuchlichsten und bietet ein gutes Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit und eine schnellere Bewegungssteuerung.

So wählen Sie einen Schrittmotor aus

Wichtige Faktoren, die bei der Auswahl eines Schrittmotors zu berücksichtigen sind:

• Drehmoment- und Drehzahlanforderungen – Der Motor muss richtig dimensioniert und auf die Lastträgheit abgestimmt sein.
• Schrittwinkel – Kleinere Schrittwinkel bieten eine bessere Auflösung und Genauigkeit.
• Bipolar oder unipolar – Bipolarmotoren bieten mehr Drehmoment, erfordern aber einen komplexeren Treiber.
• Treibertyp – Muss ausreichend Strom liefern und zum Schnittstellentyp passen.
• Haltedrehmoment – Muss größer als das Lastdrehmoment sein, um ein Durchrutschen zu verhindern.
• **Spannung und Strom** – Müssen mit den Motorleistungen übereinstimmen.

Steuerung eines Schrittmotors

Schrittmotoren benötigen spezielle Treiber, um die Phasen nacheinander mit Strom zu versorgen. Gängige Antriebsmodi:

• Wellenantrieb – Es wird immer nur eine Spule gleichzeitig bestromt.
• Vollschritt – Um ein höheres Drehmoment zu erzeugen, werden zwei Spulen gleichzeitig aktiviert.
• Halber Schritt – Wechselt zwischen der Aktivierung einer und zweier Spulen.
• Mikroschritt – Sinusförmige Anregung für erhöhte Auflösung.

Mikrocontroller-Schnittstellen mit digitalen E/A-Pins oder spezielle Schrittmotor-Steuerungen können die Position und Geschwindigkeit des Motors steuern, indem sie dem Treiber die richtigen Schritt- und Richtungssignale übermitteln.

Schrittmotor vs. Servomotor

Vorteile von Schrittmotoren

• Präzise digitale Steuerung von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung
• Wiederholbarkeit und Genauigkeit
• Hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen
• Geringer Wartungsaufwand
• Lange Lebensdauer

Anwendungen von Schrittmotoren

Schrittmotoren werden verwendet in:

• Automatisierungsausrüstung
• Halbleiterfertigung
• Medizinische Geräte
• Robotik
• Verpackungsmaschine
• Computerperipheriegeräte
• Drucker/Scanner
• Sicherheitssysteme

Aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile werden Schrittmotoren auch weiterhin ein integraler Bestandteil von Bewegungssteuerungssystemen sein, die eine präzise Positionierung, Geschwindigkeit und zeitliche Abstimmung erfordern.KopierenWiederholen