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Erich Rummich

Elektrische Schrittmotoren und -antriebe

Funktionsprinzip – Betriebseigenschaften – Messtechnik Studienausgabe

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Lieferzeit: 2-3 Tage

EAN/ISBN
9783838551876
5. 5. Aufl. = 1. Aufl. bei utb 2015

Details

Dieses Buch vermittelt Kenntnisse über: Aufbau, Wirkungsweise und Betriebsverhalten sämtlicher gängigen Schrittmotorarten – Grundlagen und praktische Hinweise über elektronische Ansteuerschaltungen und Signalverarbeitung – Kenntnisse über Untersuchungsmöglichkeiten des dynamischen Verhaltens und der Stabilität von Schrittmotorantrieben in Phasenebene – Auslegungskriterien für den optimalen Entwurf von Schrittmotorantrieben und deren Komponenten – Kenntnisse über verschiedene Messmethoden und Messeinrichtungen zur Ermittlung statischer und dynamischer Motor- bzw. Antriebsparameter – Anwendungsbeispiele und praktische Hinweise für den optimalen Einsatz von Schrittmotoren.
  • CoverCover
  • ImpressumIV
  • InhaltsverzeichnisVIII
  • 1 Grundlagen der Schrittantriebe1
  • 1.1 Einführung1
  • 1.2 Grundtypen von Schrittmotoren4
  • 1.2.1 Reluktanzschrittmotoren4
  • 1.2.2 Permanentmagnetisch erregte Schrittmotoren4
  • 1.2.3 Hybridschrittmotoren6
  • 1.3 Erzeugung des Schrittfeldes7
  • 1.3.1 Gegenüberstellung Drehfeld - Schrittfeld7
  • 1.3.2 Ständerwicklungen für Schrittmotoren10
  • 1.3.3 Vollschrittbetrieb12
  • 1.3.4 Halbschrittbetrieb12
  • 1.3.5 Mikroschrittbetrieb14
  • 1.3.6 Bestromungstabellen14
  • 1.3.7 Unipolare und bipolare Anspeisung der Ständerwicklung16
  • 1.4 Statischer Drehmomentenverlauf17
  • 1.4.1 Haltemoment der PM-Motoren18
  • 1.4.2 Haltemoment bei VA-Motoren21
  • 1.5 Einzelschritt-Betrieb22
  • 1.6 Berechnung des magnetischen Kreises25
  • 1.7 Energetische Betrachtungen, Ermittlung des statischen Drehmomentes30
  • 1.8 Kennlinien bei variabler Schrittfrequenz im Stationärbetrieb35
  • 1.9 Schrittmotorantrieb37
  • 2 Reluktanzmotoren und Sonderbauarten42
  • 2.1 Reluktanzmotoren42
  • 2.1.1 Einständerbauweise42
  • 2.1.2 Mehrständerausführung44
  • 2.1.3 Schrittwinkel und Ausführbarkeitsbedingungen46
  • 2.1.3.1 Einständer-VA-Motoren mit Einzelzähnen im Ständer47
  • 2.1.3.2 Einständer-VA-Motoren mit hoher Schrittauflösung48
  • 2.1.4 Optimale Zahn- und Nutform49
  • 2.1.5 Betriebsarten von Reluktanzmotoren51
  • 2.2 Scheibenmagnet-Schrittmotoren56
  • 2.3 Einsträngige PM-Schrittmotoren59
  • 2.4 Linearschrittantriebe63
  • 2.4.1 Elektromagnetische Linearschrittantriebe63
  • 2.4.2 Piezoelektrische Schrittmotoren64
  • 3 Permanentmagnetisch erregte Schrittmotoren68
  • 3.1 Einleitung68
  • 3.2 Aufbau der Schrittmotoren mit Wechselpolläufer68
  • 3.3 Klauenpolschrittmotor68
  • 3.3.1 Konstruktive Details71
  • 3.3.2 Magnetqualität72
  • 3.3.3 Drehmoment und Schrittwinkelbereich74
  • 3.4 Schrittmotor mit Polwicklung75
  • 3.5 Funktionsweise76
  • 3.5.1 Vollschritt-Halbschritt-Minischrittbetrieb76
  • 3.5.2 Steuerschaltungen des Schrittmotors79
  • 3.5.3 Haltemoment81
  • 3.5.4 Positioniergenauigkeit84
  • 3.5.5 Betriebskennlinien90
  • 3.5.6 Messung der Betriebskennlinien91
  • 3.6 Klauenpolschrittmotor mit Lagegeber94
  • 3.7 Anwendungsgebiete98
  • 4 Hybrid-Schrittmotoren100
  • 4.1 Einleitung100
  • 4.2 Aufbau und Funktion des Hybrid-Schrittmotors100
  • 4.2.1 Grundfunktion - Erhöhung der Schrittzahl100
  • 4.2.2 Klauenpolprinzip - Aufbau des Rotors102
  • 4.2.3 Stator des Hybrid-Schrittmotors104
  • 4.2.4 Einfluß der Strangzahl106
  • 4.2.5 Magnetisches Modell107
  • 4.3 Eigenschaften von 2-Phasen- und 5-Phasen-Schrittmotoren109
  • 4.3.1 Anzahl der Schrittpositionen109
  • 4.3.2 Haltemoment - Zeigerdarstellung111
  • 4.3.3 Vergleich der Haltemomente112
  • 4.3.4 Rastmoment114
  • 4.3.5 Schrittmotor als schwingungsfähiges System118
  • 4.3.5.1 Parametererregte Pendelungen119
  • 4.3.5.2 Selbsterregte Pendelungen125
  • 4.4 Kennlinien und Kenngrößen129
  • 4.4.1 Darstellung der Betriebskennlinien129
  • 4.4.2 Lastwinkel/Schleppfehler132
  • 4.4.3 Verhältnis von Geschwindigkeit zu Auflösung135
  • Liste der verwendeten Formelzeichen und Symbole136
  • 5 Leistungselektronik und Signalverarbeitung138
  • 5.1 Einleitung138
  • 5.2 Betrieb von Schrittmotoren138
  • 5.2.1 Elektrisches Ersatzschaltbild138
  • 5.2.2 Aufbau des Stromes139
  • 5.2.3 Betriebsarten von Schrittmotoren141
  • 5.2.4 Ansteuerschaltungen143
  • 5.2.5 Grundschaltungen von Fünfphasen-Schrittmotoren145
  • 5.2.6 Mikroschrittbetrieb149
  • 5.3 Komponenten des Schrittmotorantriebs154
  • 5.3.1 Leistungsansteuerung154
  • 5.3.2 Schaltungsbeispiele159
  • 5.3.3 Pulserzeugung159
  • 5.4 Schrittmotor im geschlossenen Lageregelkreis167
  • 5.4.1 Motivation167
  • 5.4.2 Erfassung der Rotorlage168
  • 5.4.3 Drehüberwachung171
  • 5.4.4 Stellgrößen zur Beeinflussung des Drehmoments173
  • 5.4.5 Schrittmotor im geregelten Betrieb174
  • Liste der verwendeten Formelzeichen und Symbole178
  • 6 Untersuchung der Bewegungsvorgänge von Schritt- antrieben in der Phasenebene180
  • 6.1 Nichtlineare Bewegungsgleichung180
  • 6.2 Bewegungsvorgänge in der Phasenebene182
  • 6.3 Phasenporträt des nichtlinearen Schwingers186
  • 6.4 Einzelschritt-Fortschaltung191
  • 6.5 Bewegungsvorgänge bei Schrittsequenzen192
  • 6.6 Stabilitätsgrenze bei Schrittsequenzen195
  • 6.7 Resonanzzonen im Stationärbetrieb197
  • 7 Auslegung von Schrittmotorantrieben205
  • 7.1 Einleitung205
  • 7.2 Grundsätzliche Vorgehensweise bei der Motorauswahl205
  • 7.2.1 Abschätzung des Antriebs205
  • 7.2.2 Umrechnung der Lastdaten206
  • 7.2.3 Ermittlung der Start/Stop-Frequenz207
  • 7.2.4 Wahl der Fahrgeschwindigkeit bei linearer Rampe208
  • 7.2.5 Getriebe213
  • 7.3 Optimierung des Antriebs218
  • 7.3.1 Rampen für hohe Fahrgeschwindigkeit218
  • 7.3.2 Optimierung der Schrittfolge für kurze Wege218
  • 7.3.3 Einfluß von Strom, Spannung und Wicklung auf das Betriebsverhalten222
  • 7.3.4 Einfluß der Schaltungsart226
  • 7.3.5 Erwärmung von Schrittmotoren229
  • 7.4 Praktische Hinweise231
  • 7.4.1 Temperaturmessung bei der Inbetriebnahme231
  • 7.4.2 Ankupplung von Schrittmotoren231
  • 7.4.3 Lebensdauer235
  • 8 Messung und Optimierung von Schrittantrieben239
  • 8.1 Einleitung239
  • 8.2 Statische Momente am Schrittmotor243
  • 8.2.1 Selbsthaltemoment Ms244
  • 8.2.2 Haltemoment MH246
  • 8.2.3 Statischer Lastwinkel249
  • 8.3 Dynamische Momente am Schrittmotor252
  • 8.4 Einzelschrittverhalten (Single step response)256
  • 8.5 Schrittwinkeltoleranzen257
  • 8.6 Dynamischer Lastwinkel268
  • 8.7 Optimierung von Schrittprogrammen277
  • Literaturverzeichnis288
  • Sachregister290
  • Autorenverzeichnis292