Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schrittmotor: Zusammenhang PWM-Tastverhältnis, Schrittfrequenz


von Mario (Gast)


Lesenswert?

Über das Tastverhältnis der PWM lässt sich der Strom an den Spulen 
einstellen und damit das Drehmoment.

Die Schrittfrequenz bestimmt die Drezahl des Motors, mit zunehmender 
Drehzahl muss der Strom, also das PWM-Tastverhältnis, angehoben werden.

Nach welchem Schema geht man vor um das Tastverhältnis zu erhöhen?

Ich will kein festes Tastverhältnis vorgeben und dann die Drehzahl 
ändern, sondern beides möglichst variabel und zu einander angepasst 
halten.

von möbius (Gast)


Lesenswert?

Mario schrieb:
> ... mit zunehmender
> Drehzahl muss der Strom, also das PWM-Tastverhältnis, angehoben werden.

Echt? Mißt man nicht den Strom permanent und hält ihn konstant?

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Mario schrieb:
> mit zunehmender
> Drehzahl muss der Strom, also das PWM-Tastverhältnis, angehoben werden.

Nein. Dieser Zusammenhang ist nicht zwingend. Wenn überhaupt, dann würde 
ich es anders herum formulieren: wenn nur eine geringe Drehzahl 
gebraucht wird, dann kann man den Strom reduzieren.

In den meisten Fällen steuert man den Motor einfach permanent mit dem 
maximal erlaubten Strom an. Das Tastverhältnis wird dabei auch nicht 
irgendwie vorgegeben, sondern stellt sich über die Stromregelung 
(Chopper) selbsttätig ein.

von Mario (Gast)


Lesenswert?

Ich hatte in der Vergangenheit eine Motorsteuerung gebaut, hatte das 
PWM-Verhältnis fest eingestellt und die Schrittfreuquenz verändert, fand 
die Lösung aber nicht so elegant und das Problem geistert schon ein 
Weilchen in meinem Kopf rum.

von Georg (Gast)


Lesenswert?

Mario schrieb:
> muss der Strom, also das PWM-Tastverhältnis, angehoben werden

Da steckt schon ein Irrtum drin, PWM ist keine StromREGELUNG. Dazu muss 
der Strom gemessen werden und danach das Tastverhältnis eingestellt 
(Chopper). Das macht normalerweise der Treiber-IC. Übrigens choppt der 
erst, nachdem der Strom den gewünschten Wert erreicht hat, das ist was 
anderes als eine PWM und beeinflusst die maximale 
Schrittgeschwindigkeit.

Georg

von Mario (Gast)


Lesenswert?

mmmmhhh okay, also wenn ich den Strom über einen Shunt messe und danach 
das PWM-Verhältnis einstelle habe ich das Chopper-Prinzip umgesetzt... ?

von m.n. (Gast)


Lesenswert?

Mario schrieb:
> mmmmhhh okay, also wenn ich den Strom über einen Shunt messe und danach
> das PWM-Verhältnis einstelle habe ich das Chopper-Prinzip umgesetzt... ?

Schmeiß Deine L293 weg und nimm einen passenden Schrittmotortreiber, der 
den Strom von selbst regelt. A4982 zum Beispiel.

Den Strom wählt man so, daß er für die Bewegung ausreichend hoch ist. 
Mit zunehmender Drehzahl sinkt der Strom wiederrum von selbst, da ihn 
die Induktivität der Spulen bei höheren Schrittfrequenzen reduziert. Um 
dem Entgegenzuwirken kann man einen möglichst hohe Versorgungspannung 
vorgeben.

von Mario (Gast)


Lesenswert?

Hatte nen DRV8432 verwendet... aber gut vielleicht sollte ich wirklich 
einen Treiber nehmen der den Strom selbst regelt... Ich danke euch!

von Georg (Gast)


Lesenswert?

Mario schrieb:
> also wenn ich den Strom über einen Shunt messe und danach
> das PWM-Verhältnis einstelle habe ich das Chopper-Prinzip umgesetzt... ?

Eher nicht - um den Strom INNERHALB eines Schrittes herunter zu regeln 
müsste dein Prozessor schon verdammt schnell sein.

Die Chopper funktionieren analog zu einem Stepdown-Regler, bloss mit 
Strom - zu Schrittbeginn wird die volle Spannung an die Wicklung gelegt, 
ist der eingestellte Strom erreicht, wird abgeschaltet, sinkt er um 
einen bestimmten Faktor ab, wird wieder eingeschaltet usw.

Georg

von Mario (Gast)


Lesenswert?

Georg schrieb:
> Mario schrieb:
>> also wenn ich den Strom über einen Shunt messe und danach
>> das PWM-Verhältnis einstelle habe ich das Chopper-Prinzip umgesetzt... ?
>
> Eher nicht - um den Strom INNERHALB eines Schrittes herunter zu regeln
> müsste dein Prozessor schon verdammt schnell sein.
>
> Die Chopper funktionieren analog zu einem Stepdown-Regler, bloss mit
> Strom - zu Schrittbeginn wird die volle Spannung an die Wicklung gelegt,
> ist der eingestellte Strom erreicht, wird abgeschaltet, sinkt er um
> einen bestimmten Faktor ab, wird wieder eingeschaltet usw.
>
> Georg

Hallo Georg,

also ich habe damals versucht hinter der H-Brücke nach der Low-Side den 
Strom über einen Shunt zumessen (das ganze lief mit einem Atmege32), den 
ADC hatte ich mit dem PWM-Kanal getriggert.

Meine Motore waren schon ordentlich Wuchrbrummen 24V/6A. Nun hatte ich 
versucht eine Stromregelung einzubauen über den oben erwähnten Aufbau, 
doch ich wusste in keinster weise wie ich diesen an meine Drehzahl 
koppeln sollte. 15 % Tastverhältnis waren bei langsamer Drehzhal zu viel 
(der Motor hat gerattert wie sau), bei erhöhter Drehzahl lief er wieder 
rund.  Warum gerattert?,  weil der Motor die zugeführte Energie nicht 
umwandeln kann.

Vielleicht lag es wirklich an dem Strommessung, wird das ganze so 
eingestellt das ich irgendwas zwischen 5-6 A an den Wicklungen anliegen 
habe?

Grüße Mario

von Tom (Gast)


Lesenswert?

Mario schrieb:
> mit zunehmender Drehzahl muss der Strom, also das PWM-Tastverhältnis,
> angehoben werden.

Warum?

von Mario (Gast)


Lesenswert?

Tom schrieb:
> Mario schrieb:
>> mit zunehmender Drehzahl muss der Strom, also das PWM-Tastverhältnis,
>> angehoben werden.
>
> Warum?

Weil er sonst einfach stehen bleibt... (...auf jedenfall muss das 
Tastverhältnis angehoben werden)

von Karl H. (kbuchegg)


Lesenswert?

Tom schrieb:
> Mario schrieb:
>> mit zunehmender Drehzahl muss der Strom, also das PWM-Tastverhältnis,
>> angehoben werden.
>
> Warum?

wenn wir uns mal vostellen, wie so ein Schrittmotor funktioniert, dann 
ist das im Prinzip sehr simpel.
Da gibt es einen Elktromagneten und einen Stabmagneten. Wird an den 
Elektromagneten ein Strom angelegt, so zieht der ein Ende des 
Stabmagneten an. Da der Stabnagmet drehbar gelagert ist, wird der also 
nicht einfach nur an einem Pol angezogen, sondern er dreht sich auch 
noch.
DAs Megnetfeld des Elektromagneten hängt vom Strom durch diesen ab. Je 
stärker der Strom desto stärker auch das Magnetfeld. Je stärker aber das 
vom Elektromagneten erzeugte Magnetfeld, desto stärker zieht er den 
rotierbaren Stabmagneten an. Je stärker die Anziehung, desto schneller 
wird der Stabmagnet aus der Ruhe heraus beschleunigt und gedreht.
Ist der Stabmagnet durch die Rotation beim Elektromagneten angekommen, 
dann wollen wir im Idealfall, dass der Elektromagnet abgeschaltet wird. 
Denn der rotierende Stabmagnet hat ja auch eine träge Masse und wird 
daher weiterrotieren. Ist sein Pol aber über den Elektromagneten 
hinausgeschossen, dann wirkt der Elektromagnet jetzt wie eine Bremse, 
die den Stabmagnetebn wieder abbremst. Und genau das wollen wir ja 
nicht, wenn sich der Stabmagnet weiter drehen soll. Was wir statt dessen 
wollen, das ist, dass der nächste Elektromagnet entlang des Umfangs 
eingeschaltet wird, und so den rotierenden Stabmagneten durch seine 
Anziehung weiter dreht. Und so weiter und so weiter.

Was wir also wollen, das ist, dass jeder Elektromagnet entlang des 
Umfangs den rotierenden Magneten gerade so anzieht, dass ein Pol von ihm 
zum Elektromagneten hinrotiert, aber genau dann abschaltet, wenn er den 
rotierenden Magneten bremsen würde. Statt dessen soll sich dann der 
nächste Magnet aktivieren.

D.h. die anzhiehende Kraft vom Elektromagneten muss so gestaltet sein, 
dass sie bei langsamen Drahzahlen länger wirkt, ohne dass der Stabmagnet 
darüber hinausschiesst. Wie stark das Magnetfeld sein muss, richtet sich 
wieder danach, was dann letzten Endes der rotierende Stabmagnet 
antreiben muss. Denn je mehr der 'arbeiten' muss, desto stärker muss 
auch das Magnetfeld sein. Muss der aber wenig arbeiten, dann wollen wir 
auch kein so starkes Magnetfeld haben, weil dann der rotierende Magnet 
einen Satz auf den Elektromagneten zu macht und enorm beschleunigt an 
ihm vorbei saust um gleich danach wieder enorm gebremst zu werden (das 
"Rattern").

Auf der anderen Seite baut sich ja auch ein Magnetfeld nicht in 0 Zeit 
auf. Wenn also die Zeit, in der der Elektromagnet aktiv ist immer kürzer 
wird, dann hat es gar keine Zeit mehr, sich komplett zur Sollstärke 
aufzubauen. Also hilft man nach, indem mam ein stärkeres Magnetfeld 
anpeilt, sodass man wenn es sich zu beispielsweise 60% augebaut hat, 
dann auch schon die Feldstärke hat, die man eigentlich erreichen wollte.


Soviel zum Thema: Schrittmotoren ohne Elektrotechnik und nur mit 
klassischer Physik betrachtet.

Ein Schrittmotor ist einfach nur ein Esel, der von einer Scheune zur 
nächsten hechelt, weil er dort eine Karotte sieht, die er haben will. 
Ist er bei der Scheune, dann wird die Karotte abgedeckt und die an der 
nächsten Scheune sichtbar gemacht.

: Bearbeitet durch User
von Georg (Gast)


Lesenswert?

Mario schrieb:
> wird das ganze so
> eingestellt das ich irgendwas zwischen 5-6 A an den Wicklungen anliegen
> habe?

Ich sehe da bloss eine sinnvolle Möglichkeit: Drehzahl und Strom 
einstellbar machen und den Motor so in allen vorgesehenen Betriebsarten 
probelaufen zu lassen - sinnvollerweise auch mit realistischer Last. Das 
ist zwar aufwändig, aber theoretisch die Werte vorhersagen kann, wenn 
überhaupt, nur ein erfahrener Spezialist, der den Motor kennt.

Georg

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.