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Schritt für Schritt zur optimalen Schrittmotorsteuerung

| Redakteur: Gerd Kucera

Über die Leistungsstärke eines Schrittmotorantriebs entscheidet die Treiberstufe. Bei der Suche nach dem geeigneten Treiber-IC unterstützt das Motion-Seminar (18. Juni 2020) im VCC Würzburg den Schaltungsentwickler.

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Voll- und Mikroschritt im Vergleich: Das Optimum im Laufverhalten wird mit der Mikroschrittansteuerung erreicht. Hier werden die Phasen nicht nur ein- und ausgeschaltet, sondern mit verschiedenen Stromwerten beaufschlagt.
Voll- und Mikroschritt im Vergleich: Das Optimum im Laufverhalten wird mit der Mikroschrittansteuerung erreicht. Hier werden die Phasen nicht nur ein- und ausgeschaltet, sondern mit verschiedenen Stromwerten beaufschlagt.
(Bild: TRINAMIC )

Während früher beim Design einer Schrittmotor-Ansteuerung im Wesentlichen nur der Strom und die Spannung richtig gewählt werden mussten, weisen moderne Motion-Controller und Treiber eine Vielzahl von Zusatzfunktionen auf. Diese bieten zum Beispiel Funktionen zur Steigerung der Energieeffizienz, zur Erhöhung der Betriebssicherheit, zur Reduzierung der Geräuschentwicklung und zur Vereinfachung der Steuerung.

Hervorzuheben ist hier beispielsweise die StealthChop-Technologie des Treiberherstellers TRINAMIC, die es ermöglicht, einen Schrittmotor nahezu lautlos zu betreiben; für den Anwender sind lediglich die mechanischen Lagergeräusche hörbar. Denn anders als bei herkömmlichen spannungsgesteuerten Verfahren wird bei StealthChop der Strom gemessen und von Zeit zu Zeit nachgeregelt. Damit wird das gleiche Drehmoment erreicht, wie mit herkömmlichen Konstantstrom-Reglern; auch bei hohen Geschwindigkeiten in der Applikation.

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Durch die Integration von Motion Controllern in die Treiber sind komplexe Beschleunigungsrampen und Positionsbewegungen möglich, ohne den Prozessor zusätzlich zu belasten. Alle zeitkritischen Operationen werden in Hardware durchgeführt. Es sind lediglich die Rampenparameter einzugeben und eine Endposition zu bestimmen.

Eine Überlastsituation erkennen und vermeiden

Mit sensorlosen Verfahren wie stallGuard2 kann die Belastung des Motors ausgelesen und damit die Sicherheit des gesamten Systems erhöht werden. Überlastsituationen werden erkannt und gemeldet, bevor Schritte verlohen gehen. Wird zusätzlich noch mit der coolStep-Funktion der Strom in Abhängigkeit von der Belastung skaliert, erwärmt sich der Motor deutlich weniger.

Motion Controller mit Closed-Loop-Funktionalität verwandeln den Schrittmotor in einen geregelten Servo. Der Motor wird in Abhängigkeit der Rotorposition bestromt, sodass hohe Dynamik und Energieeffizienz gewährleistet werden. Für ein Closed-Loop-System ist ein hochauflösender Encoder nötig.

Batteriebetriebene Motoren energieeffizient ansteuern

Kleine Elektromotoren sind allgegenwärtig. Zusammen mit dem Trend zur drahtlosen Vernetzung von Sensoren und Aktoren im täglichen Leben werden auch mehr und mehr Geräte batteriebetrieben. Für eine Motorsteuerung birgt dieser Trend neue Herausforderungen. In vielen Fällen ist der Motorstrom selbst gar nicht die größte Komponente im Energie-Budget. Viele Anwendungen wie smarte Thermostatventile, Point-of-Sales-Drucker oder auch Insulinpumpen sind den größten Teil ihrer Zeit nicht in Betrieb. Entsprechend muss gerade für diese Anwendungen der Standby-Verbrauch optimiert werden. Für diese Anwendungen hat TRINAMIC eine Serie von Motor-Treiber-Bausteinen entwickelt, die sowohl im Betrieb die Verlustleistungen minimieren, als auch besonders niedrige Ruhestromaufnahmen aufweisen.

Ein Motion-Seminar für alle Antriebsentwickler

Um einen Einblick in diese neuen Technologien zu geben, veranstalten die beiden Technologiepartner TRINAMIC und MEV in Kooperation mit der ELEKTRONIKPRAXIS am 18. Juni 2020 ein für die Teilnehmer kostenloses Motion-Seminar im VCC Würzburg. Produktspezialisten beider Unternehmen geben eine Einführung in die Schrittmotortechnik und stellen aktuelle Funktionen der Motion-Chips vor. Detailliert werden verschiedene Chopper-Ansteuerungen verglichen und die Optimierung von sensorlosen Verfahren demonstriert und diskutiert. Abgerundet wird das Programm durch die Vorstellung von Closed-Loop-Servo-Stepper-Lösungen sowie die Ansteuerung mit EtherCAT. Das Seminar richtet sich an Elektronik-Entwickler. Die Veranstaltung bietet genügend Zeit, um auch individuelle Fragen zu beantworten.

Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 8/2020 (Download PDF)

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