Konstantspannungsansteuerung

 

Der Stromkreis einer Motorphase besteht aus der Motorwicklung bestehend aus induktiver Lw und ohmscher Rw Komponente. Zur Strombegrenzung wird meist ein zusätzlicher externer Wiederstand verwendet.

Die Steuerlogik steuert über einen elektronischen Schalter den Strom durch die Motorwicklung des Schrittmotors. Nach dem schliessen des Schalters steigt der Strom entsprechend der Zeitkonstante Lw/(Rw+Rv) auf allmählich auf seinen Endwert an. Der Strom wird durch die beiden Widerstände R=Rw+Rv begrenzt und der angelegten Betriebsspannung. Der Strom durch den Motor steigt nach folgender Formel an:

            

Dabei steigt der Strom durch die Motorwicklung nach obiger e-Funktion an. Nach dem Abschalten des Schalters durch die Steuerlogik baut sich die in der Motorinduktivität gespeicherte Energie über die Freilaufdioden (Z und D) mit derselben Zeitkonstante wieder ab.

An dem oben dargestellten Ersatzschaltbild sehen wir die Problematik dieser Ansteuervariante. Zunächst sehen wir, dass aufgrund der Zeitkonstante der Motorstrom nur langsam ansteigt. Das bedeutet in der Praxis eine stark begrenzte Anzahl von Schaltvorgängen pro Zeiteinheit und damit ist auch die Drehzahl begrenzt.

Durch die Optimierung von Betriebsspannung, Vorwiderstand und der Z-Spannung kann das dynamische Verhalten etwas beeinflusst werden. Das System wird umso dynamischer je höher die Betriebsspannung, kleiner der Vorwiderstand und je kleiner die Z-Spannung gewählt wird. Diese Parameter sind jedoch nicht beliebig wählbar und auch voneinander abhängig.

Das zweite Problem dieser Ansteuervariante ist die im Vorwiderstand entstehende Wärme.  Diese (eigentlich unnötige) Energie muss von der Ansteuerschaltung geliefert werden. In einigen Fällen kann dies sogar ein Vielfaches der nutzbaren Wellenleistung des Motors sein.  Daher ist diese einfache Schaltungsart heute nur für kleine und wenig dynamische Antriebe interessant.

Verlustleistung:    

Die Verlustleistung erzeugt nur Wärme, diese Wärme muss zum einen am Vorwiderstand und über den Motor abgeführt werden, zum zweiten von der Stromversorgung erzeugt werden und belastet zudem die Endstufe der Schrittmotorsteuerung.

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Infos/Fragen an: Peter@Goetz-Automation.de

 

 

 

 

 

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