stappenmotor en stappenmotor-drivers

De volgende richtlijnen zijn een wat simpele voorstelling van zaken, echter het zijn goede vuistregels voor een beginner.

Stappenmotor driver

Er zijn grofweg 2 soorten drivers; constante spanning stappenmotor drivers en constante stroom stappenmotor drivers. Deze zijn weer onder te verdelen in unipolaire en bipolaire drivers En tot slot in volstap, halfstap en microstapdrivers.

Constante spanning drivers

Constante spanning drivers werken in principe met een spanning die precies genoeg is om in de aan te sturen spoel van de stappenmotor de nominale stroom te krijgen. Dat betekent dat een stappenmotor met een spoelweerstand van 5 Ohm en een nominale stroom van 1 Ampere 5 Volt over de spoel krijgt. Om de spoel al dan niet van stroom te voorzien wordt de spanning over de spoel dan aan of uit gezet. Dit is eenvoudig te realiseren met een transistor of fet die aan of uit ( geleidend of niet-geleidend ) is. Het is een eenvoudige stappenmotordriver, die echter het nadeel heeft dat de stappenmotor zodra hij gaat draaien al heel snel een zogenaamde tegen-EMK levert die net zo groot is als de spanning die over de spoel staat. Deze schakeling werkt op zich goed, zolang de stappenmotor maar niet te snel gaat draaien. En snel is in dit geval al heel gauw 1 a 3 omwentelingen per seconde. En dat geldt dan alleen voor een onbelaste stappenmotor. Het koppel loopt bijna recht evenredig met de draaisnelheid terug.

Constante stroom stappenmotordrivers

Deze stappenmotordrivers maken gebruik van een spanning die veel hoger is dan normaal zou kunnen met de betreffende stappenmotor. De bovengenoemde stappenmotor wordt dan b.v. met een spanning van 50 Volt voorzien. Normaal zou er dan een stroom gaan lopen van 10 Ampere maar omdat de driver de stroom begrenst loopt er maar 1 Ampere ( gemiddeld ). Dit begrenzen kan op een aantal manieren gebeuren. Er kan een grote weestand in serie met de spoel gezet worden (ook wel RL driver genoemd ), of de spanning wordt snel aan en uitgezet ( PWM ).

Constante stroom stappenmotor driver met voorschakelweerstand ( RL )

Deze schakeling is op zich het simpelst, alleen is het nadeel dat de weerstand een nogal fors vermogen moet verwerken. In het bovenstaande voorbeeld met een stappenmotor met een voedingspanning van 50 Volt is dit: 50 Volt ( voeding ) - 5 Volt ( spanning over spoel ) = 45 Volt.. Het vermogen dat de weerstand moet verstoken is dan 45 Volt * 1 Ampere = 45 Watt. De stappenmotor zelf krijgt slechts 5 Volt * 1 Ampere = 5 Watt te verwerken. Om de stroom te begrenzen op 1 Ampere moet de voorschakelweerstand met weerstand van de spoel dan totaal 50 Ohm zijn ( Ohm = Voltage / Amperage ). De voorschakelweerstand moet dan 50 Ohm ( totale weerstand ) - 5 Ohm ( weerstand spoel ) = 45 Ohm zijn. Strikt gesproken is dit niet helemaal een constante stroom driver, daar de stroom wel degelijk veranderd, maar dat laten we hier buiten beschouwing.

Constante stroom stappenmotordriver met PWM ( PBM )

Deze schakeling is een stuk ingewikkelder daar de stroom door de stappenmotor constant gemeten wordt en zodra hij te hoog of te laag is wordt deze bijgeregeld. Het voordeel is het feit dat de schakeling zelf weinig vermogen verbruikt. Bij de bovenstaande stappenmotor met 50 Volt is dat een winst tov de RL driver bijna 45 Watt !

Volstap stappenmotor-driver

Bij een volstapdriver wordt de stappenmotor steeds aangestuurd met alle spoelen bekrachtigd met de nominale stroom. Dit geeft het hoogste koppel. Het nadeel is wel dat de stappenmotor iedere keer een forse stap maakt van ( bij de stappenmotoren van www.stappenmotor.nl ) 1.8 graden. Dit geeft vaak een nogal forse trilling in het hele systeem, en is er ook de oorzaak van dat schroeven en dergelijke nogal eens losraken. Verder zijn de trillingen in de stappenmotor zelf er de oorzaak van dat deze kan gaan trillen en ( erger ) resoneren.

Halfstap driver

Bij een halfstap driver wordt de stappenmotor afwisselend met één of met twee spoelen ( fase ) aangestuurd. Dit geeft een verdubbeling van het aantal stappen dat de stappenmotor doet t.o.v. een volstapdriver. Het nadeel is dat de stappenmotor een koppel geeft dat de ene keer het volle houdkoppel is ( twee spoelen bekrachtigd ) en de andere keer het halve koppel ( één spoel bekrachtigd ). Voordeel van deze driver is de hogere resolutie en daardoor het minder trillen van het systeem. Ook de resonatie is daardoor minder.

Microstapdriver

Bij een microstapdriver worden de spoelen aangestuurd met een stroom die niet aan of uit is, maar geleidelijk wordt geregeld. De resolutie is dan veel hoger en kan met de drivers van stappenmotor.nl 8000 stappen per omwenteling zijn. Dit is vaak veel hoger dan de geleiders en aandrijvingen aan kunnen. Het nadeel van deze drivers is uiteraard dat de constructie veel ingewikkelder is en uiteraard duurder. Het voordeel is het nagenoeg ontbreken van resonantie en trillingen. Een microstap driver heeft de voorkeur boven een vol of halfstap driver, daar de stappenmotor per stap minder hoeft te draaien. Een driver met een hoge motor spanning heeft de voorkeur boven een driver met een lage spanning. Het koppel van de stappenmotor bij hogere toerentallen is dan groter.

Optocoupler ingangen

Optocoupler ingangen hebben het voordeel dat ze geen aardlussen vormen, en geen aardingsproblemen geven. ( En geloof me, heeft voordelen ). Een ander voordeel is het feit dat als de driver kapot gaat dit niet tenkoste gaat van de computer. En andersom, als de computer kapot gaat blijft ( meestal ) de driver heel. Ook kan het systeem zo opgezet worden dat er geen galvanische koppeling is tussen computer en driver.

Voeding van de stappenmotor driver

De voedingsspanning van een stappenmotordriver met een enkele gelijkspanning voor zowel de logica als de motorstroom moet goed ontkoppeld worden, zeker als er meerdere stappenmotordrivers op die voeding zitten. Anders heeft b.v. de driver voor de Z-as problemen als de stappenmotor van de X-as ineens de andere kant op gaat draaien. Er ontstaat dan een grote puls op de voeding die veel problemen kan veroorzaken. Stappenmotordrivers met een wisselspanningsvoeding hebben dat probleem veel minder, zeker niet als de voeding voor de logica en de stappenmotor gescheiden zijn.

Terug naar Menu