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Vor dem
Genuss dieses Artikels diese
Bastelei bitte durchlesen:
4-0-5
Schrittmotortreiber
erkunden
So,
nachdem jetzt ein wenig
Verständnis vorhanden ist und die
Experten ein paar Daten
bezüglich der möglichen
Drehzahlen gesehen haben, können
wir hiermit diesem Artikel anfangen:
Viele Leser unter Euch stellen folgende Frage (FAQ): "Ich habe
einen Schrittmotor aus einem alten Drucker
ausgeschlachtet und
möchte damit experimentieren."
"Passt deine Platine 9-1-1 dazu ?" Da musste ich bislang stets schreiben: "Nein, leider passt meine Platine nur für motoren, die auch für 12 Volt ausgelegt sind." Jetzt habe ich mich entschlossen, eine Platine zu entwickeln, die auch für die anderen bipolaren Motoren passt. Also setzte ich mich eines Sonntags hin und begann erst einmal, die Schaltung zu stecken: Zunächst erst einmal die beiden ICs L297 und L298 drauf stecken:  Das kleine Paltinchen haben wir ja im anderen Artikel kennen gelernt. Nun kommen die Dioden hinzu, ich habe ihnen einen eigenen Teilbereich gewidmet:  Aber das
kennen wir ja schon, da ist
bislang kein Unterschied zum
Vorgängerartikel. Abernun kommen
die
beiden Fühlerwiderstände hinzu
("Sense-Widerstände").
Jede der beiden Widerstände ist mit
einer der Spulen im Motor in
Reihe geschaltet. Dadurch wird der
jeweilige Strom einer Spule durch
den Fühlerwiderstand gezwungen und
m an erhält am Widerstand
eine Spannung, die dem Spulenstrom
proportional ist. Aber zunächst
stecken wir diese Widerstände erst
einmal:
 Wie
wir sehen, sind die ersten
Drahtbrücken ebenfalls
gesteckt. Die Sense-Leitungen
dürfen
natürlich nicht vertauscht
werden...
Danach steckte ich den Versuchsaufbau erst einmal fertig:  Das
ist dann auch schon alles, wenn
ich
alles richtig gemacht habe. Zu
beachten ist hierbei, dass
später
recht große
Induktionsströme auftreten
können, und das
deshalb der Elko schön
groß gemacht werden muss.
Natürlich darf dann die
Versorgungsspannung des Motors
die
zulässige Spannung des
Kondensators nicht
überschreiten. Der
kann sonst mit einem lauten
Knall platzen.
zudem ist zu beachten, das hier mit zwei Versorgungsspannung gearbeitet wird:
Nun aber erstmal der Plan:  Hier
heißt es jetzt ==>
Experimentieren.
Man kann
folgende Fehler machen:
Im Fall der verstauschten Sense-Leitungen lässt sich der Chopper nicht vernünftig einstellen. Die Vertauschten Sense-Leitungen erkennt man daran, dass man den Motorstrom mit dem Poti P1 nicht mehr ganz herunter regeln kann. Wenn die Sense-Leitungen also vertauscht sind, fließt ungefähr immer der gleiche Motorstrom, egal, was man auch am Poti einstellt. In dem folgenden Video ist noch einmal kurz zu sehen, wie die Schaltung mit 27 Volt Motorspannung arbeitet.  Achtung !
Natürlich benötigen der L297 und
der L298 auch weiterhin noch
eine zweite Spannung von 5 Volt für
die internen Elektroniken ! Niemals die 27 Volt auf diese Eingänge legen ! In der linken unteren Ecke des Steckboards ist ein normales Poti zu sehen. Damit lässt sich der Chopper bereits einstellen. Das ist aber letztlich doch eine reichliche "Fummelei", so dass ich hier entweder ein Mehrgangpoti oder eben einen Spindeltrimmer empfehle. Die beiden Sense-Widerstände R2 (rechts unten auf dem Steckbrett) sollten übrigens nicht größer als 1 Ohm sein und sollten dann für eine Leistung von 2 Watt ausgelegt werden, damit der Chopper gut eingestellt werden kann und die Widerstände nicht zu warm werden. Dieser erste Probemotor war dann aber doch "etwas mickerig". Es sollte also noch ein Versuch mit einem größeren Motor folgen. Dieser "Grabbeltischmotor" hat übrigens auch nicht unbedingt gute Werte, das habe ich schon mit bloßem Auge gesehen. Sehen wir also einmal, wie ein größerer Motor reagieren wird. Dazu holte ich meine Schrittmotor-Kramkiste hervor und suchte einen Motor aus, der für 27 Volt Direktbetrieb überhaupt nicht geeignet ist. Er hat folgendes Typenschild:  Wir
sehen also, dass der Motor
eine Nennspannung von 7,4 Volt hat und
mit 1 Ampere betrieben werden
soll. wir können die 7,4 Volt
vergessen, denn wir haben ja den
Chopper, der den Strom auf 1 Ampere
regeln soll.
Zuvor sehen wir jedoch unten, dass die Kabel abgeschnitten sind. Da müssen nun erst einmal neue Kabel dran, richtig schön mit Schrumpfschlauch, damit ich mir keinen Kurzschluss einfange. Übrigens hat dieser Motor, so wieder andere auch, 6 Anschlusslitzen. Das ist aber nicht schlimm, zwei der sechs Litzen sind Mittelanzapfungen der Spulen, so dass man den Motor auch alternativ unipolar betreiben könnte. Man kann die Spulen also mit einem Durchgangsprüfer durchpiepsen und die zwei größen Widerstandswerte (evtl. Multimeter) zeigen dann an, auf welchen Litzen die Spulen liegen. Hier sieht man jetzt nur 5 Litzen. Es gibt noch eine rote, die auf dem Foto von der blauen verdeckt ist, also bitte "keine Panik" ... Nun kommen aber erst einmal die Litzenverlängerungen an den Motor gelötet. Nachdem das fertig war, schloss ich den Motor an, drehte die Versorgungsspannung langsam auf 27 Volt hoch und stellte dabei den Chopper auf 2 Ampere im Stillstand des Motors ein. Warum 2 Ampere ? auf dem Typenschild stand doch 1 Ampere ! Nun, wir erinnern uns, wir haben es mit 2 Spulen zu tun, also fließt auch der doppelte Strom. Im Schaltplan sind für diesen Zweck aber extra noch einmal 2 Jumper eingezeichnet, so dass man den exakten Strom auch mit einem Multimeter anstatt mit dem Labornetzteil messen kann. Hier misst man dann aber den einfachen Spulenstrom je nach gezogenem Jumper. Dann sah es auf meiner Werkbank so aus:  Der
Schrittmotor wird hier von
einer Mechanik mit Zahnrädern
und Zahnriemen verdeckt. Das Ganze
stammt aus einem alten,
ausgeschlachteten Kopierer.
Es
war dann auch sofort
auffällig, dass es zu recht
lauten Resonanzen kommen kann,
wie das
folgende Video verdeutlicht:
Schrittmotorplatine 9-1-2 - MyVideo Ich versuchte, den
Schrittmotor
mit der Hand anzuhalten und
hätte mir beinhae
böse den
Fingergeklemmt. dieser etwas
größere
Schrittmotor war also
schon nicht mehr per Hand
anzuhalten, zumal die
Zahnräder auch
noch untersetzt waren.
Die Resonanz bekommt man aber mit geeigneten Schrittzahlen in den Griff. Da muss dann ein wenig experimentiert werden. Man kann dann auch erkennen, dass der Strom trotz Chopper bei Zunahme der Schrittfrequenz irgendwann in die Knie geht. Das ist durch die Induktivitäten in den Spulen bedingt und nicht änderbar. Bei Stillstand jedoch würde dieser 7,4-Volt-Motor durchbrennen. Der Chopper aber verhindert, dass dies geschieht, indem er den Strom herunter regelt. Wie das geschieht, sehen wir jetzt: Nehmen wir einmal an, wir würden eine große Spule (große Induktivität) mit einem Schalter in Reihe schalten und würden dort ein Oszilloskop anschließen:  Dann würden
wir
feststellen, dass der
Strom nicht sofort in
voller Höhe
fließt, wenn wir den
Schalter einschalten:
 Jetzt kann
man sich folgendes
leicht vorstellen:
Wenn wir den Schalter nun ganz schnell an und aus schalten, so wird der Spulenstrom immer nur gerade anfangen zu fließen und der Schalter wäre bereits schon wieder offen, bevor sich der komplette Spulenstrom aufgebaut hätte:  Hier
kann man dann auch
gut
verstehen, warum
ein Schrittmotor
mit höher
werdender
Schrittfrequenz
"in die Knie"
gehen muss. Der
resultierende
Spulenstrom
wird immer
geringer, je
höher die
Schrittanzahl ist.
Daher kann
man einen
Schrittmotor nicht
beliebig schnell
drehen lassen.
Warum
aber nun dieser
"Chopper"
?
(vergl. engl: "to chop" ==> zerhacken) Nun,
um nun bei
höherer
Schrittfrequenz
(Schritte pro
Sekunde) einen
höheren
Spulenstrom
zu erhalten,
erhöht
man einfach
die
Betriebsspannung,
mit der die
Spulen
betrieben
werden.
Z.B 24 Volt ist ein guter Wert, oder man benutzt einen Halogen-Trafo mit 12 Volt und richtet dessen Wechselspannung gleich und glättet sie. Dann würde der Stromanstieg in den Spulen wesentlich steiler sein und der Motor hätte auch mit höherer Schrittfrequenz eine bessere "Stromausbeute". Aber jetzt
ACHTUNG !Wenn man den Motor mit höherer Spannung betreibt, ist es nun klar ersichtlich, dass diese Spannung viel zu hoch ist, wenn der Motor steht oder sich in niedriger Schrittfrequenz befindet. Die sogenannte "Gegen-EMK" fehlt dann und die Spulen des Motors können durchbrennen. Daher
setzt man nun
den Chopper
ein.
Dazu lesen wir erst einmal den Artikel über den Schmitt-Trigger, um die Voraussetzungen zu verstehen: Schmitt
Trigger mit CD
4093
Wir
haben nun also
verstanden,
dass ein
Schmitt-Trifgger
ein
Schwellwertschalter
ist. Er
arbeitet
normalerweise
mit einer
Hysterese, das
heißt,
der
Ausschaltpunkt
und der
Einschaltpunkt
sind
verschieden
von einander.
In unserem Chopper ist ebenfalls ein Schmitt-Trigger eingebaut, jedoch ohne nennenswerte Hysterese. Sobald also der Spulenstrom des Motors einen eingestellten Wert überschreitet, schaltet der im L297 eingebaute Schmitt-Trigger den L298 frei, so dass kein Spulenstrom mehr fließt. Daraufhin baut sich der Strom in der betreffenden Spule über die Dioden wieder ab. Nun aber fällt der Spulenstrom wieder unter die eingestellte Marke und der L297 schaltet den L298 wieder ein. Dies geschieht mit bis zu 20 kHz, also 20000 mal pro Sekunde. Deshalb sind auch schnelle Dioden vorteilhaft.  Nun ist gewährleistet, dass der Motor bei Stillstand und und bei langsamer Schrittfrequenz (Drehzahl) nicht zu heiß wird. Der Strom der Spulen wird dann einfach noch an den beiden Sense-Widerständen in eine proportionale Spannung umgewandelt und zurück in den L297 auf den internen Schmitt-Trigger geleitet. Die Schaltschwelle ist dann mit dem Poti P1 (Spindeltrimmer) einstellbar. Diese Stromeinstellung sollte man bei Stillstand des Motors vornehmen. Merke: Bei sehr hohen Drehzahlen wird der Chopper überflüssig, da der maximale Strom sowieso nicht mehr erreicht wird. Der Chopper setzt dann selbsttätig bei niedriger werdenden Drehzahlen wieder ein. Das
kann man
am Motor
manchmal
als Pfeif-oder
Zischgeräusch
hören.
Ein
pfeifender,
fiepender oder
zischender
Motor im
Stillstand
besagt also
nur,
dass der Chopper arbeitet und alles in Ordnung ist.  Dies ist ein Beispiel der fertig aufgebauten Platine. Achtung ! Induktion & Abwärme !
 Wenn Du einen Jumper ziehst, oder
den Motor
abklemmst, während die Spannung noch
anliegt, kommt es in den
Motorspulen zu hohen
Selbstinduktionsspitzen, die den L298
beschädigen können, da die
Freilaufdioden in diesem Fall
nicht richtig wirken können !
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Verkauf der Platine im Strippenstrolch Shop ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Danke für die Aufmerksamkeit,  |
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