Ansteuerschaltungen

Unipol.gif (5124 Byte)

Bei der unipolaren Ansteuerung wird jeweils eine Hälfte der Wicklungen bestromt. Durch Umschalten auf die andere Hälfte wird die Feldrichtung umgekehrt. Der Vorteil dieser Schaltung liegt im geringen Aufwand für die Leistungselektronik, nachteilig ist die geringe Ausnutzung des vorhandenen Kupfers.

bipol.gif (5918 Byte)

Bei der bipolaren Ansteuerung liegt die Motorwicklung in einer Vollbrückenschaltung aus vier Transistoren. Die Transistoren werden diagonal angesteuert. Damit läßt sich die Feldrichtung durch Umsteuerung von einer Diagonalen auf die andere umkehren. Diese Schaltung nutzt die vorhandenen Motorwicklung optimal aus. Der erhöhte Aufwand für die Leistungselektronik ist bei modernen Bauteilen vertretbar. Alle Schrittmotortreiber von Bendrich-Elektronik arbeiten bipolar.

efuknkt.gif (2839 Byte)

Der Strom in einer Motorwicklung baut sich nach einer e-Funktion auf. In nebenstehender Formel ist T=L/R. Die Induktivität L ist in erster Linie die Motorinduktivität, der ohmsche Widerstand R setzt sich zusammen aus dem Wicklungswiderstand und den peripheren Verlustwiderständen (Leitungen, Transistoren, Stromquelle). Der Wicklungswiderstand begrenzt gleichzeitig den Maximalstrom im Stillstand und ist bei den oben angegebenen Schaltungen groß gegenüber den peripheren Verlusten. Das Verhältnis L/R ergibt sich deshalb vorwiegend aus den Motordaten. Diese sogenannten Konstantspannungs Ansteuerungen sind nur für langsamlaufende Motoren geeignet (Schrittfrequenzen < 500 Hz).

r-l-anst.gif (3546 Byte)

In einer Motorwicklung mit der Windungszahl n ist L=k1*n*n und R=k2 *n (k1 und k2 sind Konstanten). Die Zeitkonstante T=L/R ist damit proportional zur Windungszahl n. Verringert man die Windungszahl des Motors und schaltet gleichzeitig zur Strombegrenzung einen Widerstand in Reihe, wird die Zeitkonstante deutlich kleiner und man kann die Schrittfrequenz entsprechend erhöhen. Diese Schaltung wird R/L-Ansteuerung genannt. Nachteilig ist dabei die hohe Verlustleistung an den Vorwiderständen, weshalb die Schaltung nur bei kleinen Motoren eingesetzt wird (Md<0,1 Nm).

konsti.gif (5262 Byte)

Erhöht man die Versorgungsspannung weit über die Nennspannnung des Motors, erhält man beim Einschalten einen steilen Stromanstieg (Imax in der e-Funktion ist größer). Um die Motorwicklung nicht thermisch zu überlasten, muß die Spannung abgeschaltet werden, sobald der Motornennstrom erreicht wird. Der Strom in der Wicklung wird mit einem Meßwiderstand erfaßt und mit einer Triggerschaltung digitalisiert. Das digitalisierte Signal schaltet die Spannung ab, die nach einer kurzen Pause wieder eingeschaltet wird, womit sich der Ablauf wiederholt. Der Motor erhält so einen eingeprägten Strom. Man nennt diese Betriebsart "Konstantstrombetrieb".

constc.gif (3039 Byte)

Den Konstantsrombetrieb nennt man auch "Chopperbetrieb". Nebenstehende Kurve zeigt einen typischen Stromverlauf. Mit dem Einschalten der Spannung baut sich zügig ein Strom bis zum Nennstrom auf. Dann klingt er an einer e-Funktion um einen gewissen Wert ab und wird mit erneutem Zuschalten der Versorgungsspannung wieder aufgebaut. Diese Betriebsart ermöglicht höchste Motorfrequenezen bei optimalem Drehmoment. Alle Schrittmotortreiber der Bendrich-Elektronik arbeiten nach diesem Prinzip.

5h.gif (5737 Byte)

5-Phasen-Schrittmotoren lassen sich mit 5 Vollbrücken ansteuern. Jede Brücke versorgt eine Wicklung. Diese Vollbrückenschaltung nennt man auch "5H-Schaltung". Die einzelnen Wicklungen werden in der Regel mit Konstantstrom betrieben. Damit läßt sich ein 5-Phasen Motor optimal ansteuern. Nachteilig ist der hohe Bedarf an Leistungstransistoren (20 Stück) und die aufwendige Verkabelung (10 Adern/Motor).

5eck.gif (7381 Byte)

Bei der 5-Eck-Schaltung werden die 5 Motorwicklungen zu einem 5-Eck zusammengeschaltet. An jede der 5 Ecken wird eine Halbbrücke angeschlossen. Da jede Wicklung zwischen zwei Halbbrücken liegt, ergibt sich insgesamt wieder eine Vollbrückenschaltung. Ein kleiner Nachteil dieser Schaltung ist die Toleranz des Halbschrittes, der nicht exakt in der Mitte zwischen 2 Vollschritten liegt. Die Vorteile der Steuerung gegenüber der 5H-Schaltung (halbe Anzahl Leistungstransistoren und Motorleitungen) machen diese Schaltung zu einem universellen Standard für 5-Phasen Motoren. Der Treiber TYP 780 322 von Bendrich Elektronik benutzt diese Schaltung.

 

BendrichLogo-1.gif (2073 Byte)

WirMachenSteuerungenFertig-1.gif (2068 Byte)