Schrittmotoren: Funktionsweise, Typen und Anwendungen erklärt

Schritt für Schritt: Funktionsweise von Schrittmotoren

Schrittmotoren ermöglichen eine sehr genaue Positionierung. Sie können jeden Impuls in eine bestimmte Position umwandeln oder völlig frei blockiert bleiben. Wenn eine oder mehrere der Spulen des Motors erregt werden, wird der Rotor in die entsprechende Position gebracht. Im Gegensatz dazu wäre er frei, wenn keine der Spulen erregt wird. Ohne den Einsatz von teuren Echtzeit-Systemen zur Geschwindigkeits- und Lageregelung ist eine genaue Drehzahlregelung im offenen Regelkreis nicht möglich.

Typen von Schrittmotoren

Permanentmagnet-Schrittmotoren (PAP)

Diese Motoren verfügen über einen Rotor mit einer Reihe von Permanentmagneten und einen Stator mit einer bestimmten Anzahl von Spulen, die das Magnetfeld erzeugen. Durch Anlegen der Spannung in der richtigen Reihenfolge an die Statorspulen wird der Rotor durch die magnetischen Felder gedreht. Sie sind kostengünstig, für relativ niedrige Geschwindigkeiten geeignet und bieten höhere Drehmomente. Die Schrittwinkel liegen typischerweise zwischen 7,5 und 15 Grad. Wenn eine Spule unter Spannung bleibt, wird dies als Bremswirkung bezeichnet, da ein Haltemoment erzeugt wird.

Variable Reluktanz-Schrittmotoren (PAP)

Rotor und Stator haben Zähne. Der Rotor ist kein Permanentmagnet und kann sich daher frei drehen. Der Rotor versucht, die Position minimaler Reluktanz zu erreichen. Durch Anlegen von Spannung an eine Phase versucht der Rotor, diese Position zu erreichen. Um die Rotation zu erreichen, wird die nächste Phase eingeschaltet.

Hybrid-Schrittmotoren (PAP)

Diese Motoren sind teurer als Permanentmagnetmotoren, bieten aber die besten Eigenschaften in Bezug auf Schrittwinkel, Drehmoment und Geschwindigkeit. Der Rotor ist gezahnt.

Ansteuerung von Schrittmotoren

Unipolare Schrittmotoren

Unipolare Schrittmotoren haben 5 oder 6 Kabel, die nach außen geführt werden. Jede Spule hat einen Mittelabgriff, der mit der Versorgungsspannung verbunden ist, während die Elektronik geerdet ist. Es gibt eine bestimmte Sequenz, in der die Spulen erregt werden müssen. Die Spulen können im Vollschritt-Modus (1 Spule gleichzeitig) oder im Halbschritt-Modus (2 Spulen gleichzeitig) erregt werden.

Bipolare Schrittmotoren

Bipolare Schrittmotoren haben keine Mittelabgriffe an den Statorwicklungen. Dies ist der einfachste Motortyp, erfordert aber eine externe Treiberschaltung, die die Polarität in jeder Wicklung umkehrt, was eine H-Brücke für jede Wicklung erfordert. Es kann eine Erregungssequenz im Vollschritt- oder Halbschritt-Modus verwendet werden (Halbschritt sorgt für einen ruhigeren Lauf, reduziert aber das Haltemoment).