Schrittmotoren mit 9000 U/Min, wie geht das?

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Autor
Schrittmotoren mit 9000 U/Min, wie geht das?

    







BID = 1071658

clkdiv

Gesprächig



Beiträge: 112
Wohnort: Berlin
 

  


Hallo liebe Leute.

Ich habe eine Frage: Welche Komponenten sind diejenigen, die einen Schrittmotor schnell machen?

Hier wird ein Schrittmotor gezeigt, der mit 5300 U/Min läuft, hier mit 160000 steps per second.

Im ersten Video wird in Stepperdriver MST-109 benutzt, der anscheinend 5, 6 oder 8-adrige Schrittmotoren voraussetzt? Im zweiten wird ein Teensy mit einer Highspeed-Library benutzt.

Ich brauche eine Motor/Treiber/Controller-Kombination, die vielleicht 2000 U/Min liefern kann aber trotzdem noch einigermaßen Kraft hat: Ich möchte einen Follow-Fokus bauen, der sehr schnell ist. Das habe ich schon mit recht preiswerten Komponenten fast fertig, es fehlt noch etwas Finetuning: Hier verfolgt ein Fokus eine fallende Murmel. Der Motor macht im CLip 107 Schritte bei 200 steps pro Umdrehung in etwa 300 ms. Das funktioniert, aber der Motor wackelt sehr am Stativ. Hier ist der Aufbau von der Seite zu sehen.


Ich habe inzwischen auf 800 steps pro Umdrehung umgebaut, nun aber hängt der Motor mit seiner Geschwindigkeit hinterher, es sind jetzt 425 steps. Deshalb meine Frage: Was müsste ich ändern, damit ich auf derlei beeindruckende Speeds komme? Liegt es am Treiber? Am Motor? Am Controller?

Aber nicht nur für den Follow-Focus würde mich interessieren, wie man auch bei beispielsweise 2000 U/Min noch einigermaßen Kraft aus einem Motor bekommt. Und natürlich sollte es nicht zu teuer werden.

Vielen Dank!

[ Diese Nachricht wurde geändert von: clkdiv am 27 Sep 2020 11:33 ]

BID = 1071714

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Zitat :
. Deshalb meine Frage: Was müsste ich ändern, damit ich auf derlei beeindruckende Speeds komme? Liegt es am Treiber? Am Motor? Am Controller?
Vermutlich an allem zusammen.
Erstens kannst du solche Geschwindigkeiten nicht im Start-Stop-Betrieb erreichen, sondern man muss eine Frequenzrampe aufwärts und abwärts fahren, die dem Beschleunigungsvermögen des belasteten Motors entspricht.
Da die zu erreichende Endposition oft bekannt ist, kann man im Voraus berechnen, wo die Rampen enden bzw. beginnen und wieviele Steps man mit konstanter Geschwindigkeit fährt.

Zweitens braucht man recht hohe Versorgungsspanng, weil der Motor bei solchen Drehzahlen eine beträchtliche Gegen-EMK entwickelt, und ausserdem die Induktivität der Wicklungen den Stromanstieg hemmt.
Der Strom ist aber bekanntlich für das Drehmoment verantwortlich; bei manchen Schrittmotoren steigt das Drehmoment quadratisch mit dem Strom.

Wie hoch die Gegen-EMK bei deinem Motor wird, kannst du am einfachsten prüfen, wenn du den Motor mal mit einer Bohrmaschine o.ä. mit der gewünschten Geschwindigkeit antreibst und die Wicklungsspannung mit dem Oszi misst. Für die Gleichrichterschaltung vieler DMM wird die Frequenz zu hoch sein.
Wundere dich nicht, wenn du dann 200V oder mehr siehst!

Drittens muss der Treiber in der Lage sein den gewünschten, idealer Weise sinusförmigen, Strom bei der höchsten und bei der niedrigsten Geschwindigkeit zu liefern. Bei mäßigen Geschwindigkeiten hat man dafür einfach Vorwiderstände benutzt, aber das kommt wegen des miserablen Wirkungsgrades und der enormen Wärmeentwicklung, hier nicht mehr in Frage.
Da mussen also entsprechende Schaltnetzteile die Phasenströme liefern, und sie müssen auch in der Lage sein Rückstrom aus dem Motor (Blindstrom) aufzunehmen.

Viertens muss man mechanische Resonanzen vermeiden, die den Motor ausser Tritt bringen können. Das kann man mit mechanischen Mitteln oder elektrisch realisieren. Prinzipiell geht das umso leichter, je mehr Phasen der Motor hat und auch das Microstepping hilft.

Zitat :
hier mit 160000 steps per second
Nö, mit 160k Mikrosteps.
Das bewirkt dann aber nur die sinusförmige Nachbildung von 10k Steps pro Sekunde bzw. 3000 Umdrehungen pro Minute.
Ausserdem ist das Leerlauf. Mit Last, wenn wirklich Strom gebraucht wird, sieht das wahrscheinlich viel bescheidener aus.

Im Übrigen deutet der Krach, den die Motore in den Videos machen, darauf hin, das der Treiber alles andere als perfekt ist.
Hör dir mal an, wie ruhig moderne Harddisks laufen und das bei 7200/min.
Der Unterschied zwischen einem Schrittmotor und einem Synchronmotor ist so gross nicht.


Zitat :
: Ich möchte einen Follow-Fokus bauen, der sehr schnell ist.
Ich weiss nicht was das ist, aber es hört sich nicht so an, als ob die enorme mit Schrittmotoren zu erreichende Präzision nötig wäre.
Ich würde dann durchaus auch an analog gesteuerte (Servo-) Antriebe denken, die schon seit Ewigkeiten solche Geschwindigkeiten erreichen und überschreiten. 5300/min schafft ja heute jeder PKW-Dieselmotor, - und das ist reine Mechanik!









BID = 1071724

Onra

Schreibmaschine



Beiträge: 2476


Zitat :
perl hat am 28 Sep 2020 02:11 geschrieben :


Zitat :
: Ich möchte einen Follow-Fokus bauen, der sehr schnell ist.

Ich weiss nicht was das ist, aber es hört sich nicht so an, als ob die enorme mit Schrittmotoren zu erreichende Präzision nötig wäre.


Ganz einfach: Bewegliche Objekte von eben Murmeln bis hin zu militärischem Großgerät automatisch im Fadenkreuz halten.

BTT: Wenn du den Abstand vergrößern kannst, wird der zu überstreichende Winkel kleiner. Hast du schon Getriebe in Erwägung gezogen?

Onra

BID = 1071725

Ltof

Inventar



Beiträge: 9301
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
clkdiv hat am 27 Sep 2020 11:29 geschrieben :

... bei 200 steps pro Umdrehung in etwa 300 ms. ... inzwischen auf 800 steps pro Umdrehung umgebaut, nun aber hängt der Motor mit seiner Geschwindigkeit hinterher ...

Ja klar. Für höhere Geschwindigkeit sind mehr Schritte kontraproduktiv. Das Mittel der Wahl dürfte eine Servomotor sein, also ein rückgekoppelter Motor. Gibt auch rückgekoppelte Schrittmotoren, aber solche Exoten sind hier wohl fehl.


Zitat :
perl hat am 28 Sep 2020 02:11 geschrieben :

... 5300/min schafft ja heute jeder PKW-Dieselmotor, - und das ist reine Mechanik! ...

Naja, moderne PKW-Diesel drehen eher moderat und holen die Leistung aus dem Drehmoment. Der MB OM617 (5 Zylinder, 3 Liter) kann solche Drehzahlen tatsächlich erreichen, und das wirklich rein mechanisch. Man muss den auch so drehen, weil man anders keine Leistung bekommt. Der Motor hält trotzdem ewig.


Zitat :
Onra hat am 28 Sep 2020 15:58 geschrieben :

... Ganz einfach: Bewegliche Objekte von eben Murmeln bis hin zu militärischem Großgerät automatisch im Fadenkreuz halten. ...

Ich dachte es geht um den Fokus und nicht um's Fadenkreuz.

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„Schreibe nichts der Böswilligkeit zu, was durch Dummheit hinreichend erklärbar ist.“
(Hanlon’s Razor)


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