Konstantstrom Ansteuerung
Die am meisten verbreitete Art einen Schrittmotor anzusteuern ist mit dem Konstantstrom Prinzip. Hier treten die Nachteile der Konstantspannungsansteuerung nicht auf. Die Konstantstromansteuerung wurde erst preiswert realisierbar durch die Entwicklung von schnellen und stromstarken elektronischen Schaltern. Üblicherweise werden Power-Mosfet in Leistungsendstufen eingesetzt. Bei größeren Antriebseinheiten finden auch IGBT´s Verwendung. Im Bild unten ist das Prinzip dieser Ansteuerung dargestellt.
Motorseitig hat sich nichts geändert. Der Motor besteht aus seiner Wicklungsinduktivität Lw und seinem ohmschen Wicklungsanteil Rw. Auch die Gegen-EMK (Elektro-Motorische-Kraft, mehr dazu später) ist vorhanden. Ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung wird nicht benötigt.
Die Stromregelung wird über die Steuerlogik und Endstufe der Schrittmotorsteuerung bewerkstelligt. Hierzu wird der Motorstrom gemessen, und die Messgröße der Steuerlogik gemeldet. Die Steuerlogik vergleicht (compare) den Istwert mit einem gewünschten Stromsollwert z.B. dem Motornennstrom der fliessen soll und regelt entsprechend nach. Wird ein höherer Strom gewünscht, so wird das Tastverhältnis (ist das Periodenverhältinis zwischen Taktfrequenz und eingeschaltetem Leistungsschalter) erhöht. Somit wird der Mittelwert, in der der Schalter geschlossen ist und Strom in die Wicklung hineinfliessen kann, erhöht.
Dadurch, dass kein Vorwiderstand mehr vorhanden ist, (der Wicklungswiderstand des Motors sollte möglichst klein sein) ist die Zeitkonstante deutlich geringer. Der Strom kann nun schneller in die Wicklung hinein. Vernachlässigen wir den eh sehr kleinen Wicklungswiederstand dann gilt:
Der Stromanstieg wird nur durch die Betriebsspannung und die induktive Motorimpedanz bestimmt. Der Strom steigt umso schneller je höher die Betriebsspannung ist und umso kleiner der induktive Motoranteil. Der Strom muss nun elektronisch begrenzt werden, er würde ansonsten so große Werte annehmen, dass entweder Motorwicklung und/oder die Motorsteuerung Schaden nehmen würde. Beim Erreichen des eingestellten Soll-Stromes schaltet die Motorsteuerung den Schalter aus. Der Strom fliesst nun über die Freilaufdiode weiter (Strom kommutiert auf Freilaufdiode) und baut sich dabei langsam ab. Die Geschwindigkeit des Stromabbaus ergibt sich näherungsweise zu:
Somit fällt der Strom umso schneller wieder ab, umso größer der Spannungsabfall Ufrei an der Freilaufdiode ist.
Der Stromregler schaltet meist in einem festen Raster (der Takt oder Chopperfrequenz F) den Schalter aus, wenn der Stromsollwert überschritten wurde und wieder ein, bei einer Hysterese von üblicherweise 4...20%.
Aus den beiden obigen Formeln sehen sie auch, dass der Stromabbau über den Freilauf wesentlich länger dauert als der Stromanstieg, da die Betriebsspannung (5...400V) wesentlich größer ist als die Freilaufspannung (0,3...2V).
Somit wird die mittlere Zeit in der der Schalter geschlossen ist wesentlich kürzer als gegenüber der Konstantspannungs-Steuerung. Der Gesamtwirkungsgrad ist somit besser. In der Motorwicklung erhält man Gleichstrom mit überlagertem Wechselstrom (siehe obige Koordinatenskizze).
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