Stappenmotor.nl stappenmotor richtlijnen

De volgende regels zijn een wel heel simpele voorstelling, echter voor beginners zijn ze goed geschikt om mee te beginnen

Aantal stappen van een ( onbelaste ) stappenmotor

De meeste stappenmotoren zijn electromotoren van het hybride type. Dit zijn de sterkste met een goede prijs / prestatie verhouding. Het aantal stappen dat de stappenmotor kan uitvoeren met een volstapdriver is meestal 200. Bij iedere volstap draait de as van de stappenmotor dan 1.8 graden en blijft daar staan. Met een microstap driver worden deze stappen verder onderverdeeld in zogenaamde microstappen. Als er b.v. een microstapdriver met 40 microstappen wordt gebruikt, dan heeft de as van dezelfde stappenmotor 200 * 40 = 8000 mogelijke posities. Per stap roteert de as dan 1.8 / 40 = 0.045 graad. Een stappenmotor heeft in principe geen terugkoppeling nodig ( open systeem ) dit in tegenstelling met b.v. een servomotor.

Koppel van de stappenmotor

Het koppel wordt normaal gegeven in NewtonMeter ( Nm ). Helaas wordt het koppel ook vaak in andere eenheden gegeven, waardoor de stappenmotor sterker lijkt dan hij is. Zo heeft een stappenmotor met een koppel van 1 Nm een koppel van 10 Kgcm en een koppel van 100 Ncm. De stappenmotor lijkt dus sterker, maar er is geen verschil.

Het koppel dat gegeven wordt bij stappenmotoren is bijna altijd het houdkoppel. Dit is het koppel dat de stappenmotor bij stilstand maximaal kan tegenhouden. Dit tegenhouden gaat echter wel gepaard met een kleine gedeeltelijke rotatie van de as. Deze is meestal niet van belang, echter hij is wel aanwezig. Bij een hybride stappenmotor met 200 stappen per omwenteling is deze rotatie maximaal 0.9 Graden. Als de rotatie groter wordt, dan verliest de stappenmotor een stap, en zal hij de volgende vaste positie innemen.

Het koppel dat in de praktijk nodig is kan soms berekend worden. Dan moet de kracht bekend zijn waarmee b.v. een as rond gedraaid wordt en de straal ( of uiteraard diameter ) van deze as. Als een as met een diameter van 1 cm ( straal is 5 mm, dit is 0,005 meter ) een kracht nodig heeft van 1 kg ( is 10 newton ) om rond te draaien, dan is het MINIMALE benodigde koppel 0,005 * 10 = 0,05 Nm. Om zeker te zijn moet er dan een marge van minimaal 2 worden aangehouden, dus 0,1 Nm is dan een redelijke MINIMALE koppel voor deze toepassing. Uiteraard is het beter om een hoger koppel te nemen om meer marge te krijgen. Verder moet in de praktijk rekening worden gehouden dat het koppel van een stappenmotor die draait afneemt naarmate hij sneller draait. Ook neemt de kracht die op de as uitgeoefend moet worden om hem te laten draaien toe bij hogere snelheden. Ook de sturing is van belang, het koppel van een stappenmotor die aangestuurd wordt met een volstapdriver is groter dan het koppel van een stappenmotor die via een microstap-driver of unipolaire driver wordt aangestuurd.

Uitvoering van de stappenmotor

Als er plaats genoeg is, dan heeft een lange dunne stappenmotor de voorkeur boven een korte dikke. De lange dunne heeft een lagere rotorinertia en is daardoor beter in het versnellen en vertragen. Als de stappenmotor-drivers het aankunnen, dan heeft een stappenmotor met een grotere stroom de voorkeur boven een stappenmotor met een lagere stroom. De stappenmotor met de grote stroom heeft bij hogere toerentallen een beter koppel. Alle stappenmotoren die wij verkopen zijn op verzoek te verkrijgen met een grotere stroom.Als de stappenmotordriver en de stappenmotor het beide aankunnen moet de voedingsspanning van de stappenmotordriver zo hoog mogelijk gekozen worden. Dit is gunstig voor het koppel bij hogere toerentallen. Als een stappenmotor bij hoge toerentallen stappen mist heeft het weinig zin om de stroom door de spoelen van de stappenmotor te vergroten. Dit verhoogt voornamelijk het koppel bij lagere toerentallen en maar weinig bij hogere toerentallen. Beter is het om de voedingsspanning te verhogen. Een stappenmotordriver met microstap is beter dan een driver met vol of halfstap. De stappenmotor maakt met een microstapdriver kleinere stappen en trilt daardoor minder. Hierdoor krijgt het hele systeem minder klappen. Dus ook als de resolutie van een microstap niet nodig is, is het beter om deze toch te gebruiken. Met een stappenmotor met 8 draden is het mogelijk om de spoelen zowel in serie als parallel te schakelen. Tevens kunnen deze motoren met een unipolaire ( goedkope ) stappenmotordriver aangestuurd worden. Hierbij is er wel enig verlies in koppel. Parallel schakelen van de spoelen heeft een twee maal grotere stroom tot gevolg. Echter het voordeel is het koppel dat bij hogere toerentallen groter is dan bij serie schakeling van de spoelen. Bij aansturing van een stappenmotor met een unipolaire driver gaat een deel van het koppel verloren, daar er een deel van de stappenmotor niet gebruikt wordt.

Snelheid van stappenmotoren

De ( maximale ) draaisnelheid van een stappenmotor wordt bepaalt door een aantal zaken. Allereerst is er de startsnelheid van de stappenmotor. Dit is de maximale snelheid die de stappenmotor vanuit stilstand van het ene op het ander moment aan kan. Deze wordt voor een groot deel beinvloed door de traagheid van de rotor ( inertia ) en uiteraard de traagheid van het aan te drijven systeem. Ook de spanning die de driver aan de stappenmotor kan leveren is van invloed. Als de stappenmotor eenmaal draait, dan kan hij een versnelling aan die ervoor zorgt dat de stappenmotor steeds sneller gaat draaien, tot het moment dat het koppel dat de stappenmotor levert gelijk is aan het koppel dat het systeem nodig heeft. Daarna is er geen versnelling meer mogelijk. Deze maximale snelheid is o.a. afhankelijk van de spanning die de driver aan de stappenmotor levert. Als de spanning hoger is heeft de stappenmotor een hoger koppel bij hetzelfde ( hoge ) toerental en kan dus nog verder versnellen dan een stappenmotor met een driver die een lage spanning levert. Ook is uiteraard het soort driver van belang, een unipolaire driver heeft van het begin af aan al een lager koppel dan een bipolaire driver, dus is onder belasting het maximale toerental altijd lager. Uitzondering is een bipolaire driver die een lage spanning heeft tegenover een unipolaire driver met een hoge spanning. Deze laatste kan onder bepaalde omstandigheden een hoger toerental halen dan de eerste.

Start-stop frequentie ( pull-in )

De start-stop frequentie is dat toerental waarmee een stappenmotor die stilstaat in een keer aangestuurd kan worden, zonder dat hij stappen verliest. Een eenvoudige manier om deze te bepalen ( grof ) is om een veel te hoge frequentie naar de stappenmotor-driver combinatie te sturen. De stappenmotor kan deze niet volgen en staat dan stil. Hierna wordt de frequentie langzaam teruggeregeld, en op een bepaald moment draait de stappenmotor gelijkmatig. Dit is de pull-in frequentie. De stappenmotor kan deze pulsen volgen, ongeacht of ze komen ( dan draait de stappenmotor ) of niet ( dan staat de stappenmotor uiteraard stil ).

Pull-out

De start en stop frequentie is niet de maximale snelheid die de stappenmotor aankan. Op het moment dat de stappenmotor draait heeft hij weer reserve koppel om eventueel te versnellen. Dit kan echter slechts geleidelijk, de stappenmotor moet na een snelheidsverhoging de tijd krijgen om deze te volgen. Daarna kan de stappenmotor eventueel weer versneld worden. Dit geldt ook voor een eventuele vertraging. Dit is de pull-out frequentie.

Maximale snelheid

Uiteraard kan de stappenmotor niet blijven versnellen, op een gegeven moment geeft de stappenmotor zelf zoveel spanning ( hij werkt dan als dynamo ) dat de driver geen vermogen extra meer naar de stappenmotor kan sturen. De motor heeft dan geen mogelijkheid meer om verder te versnellen. Dat is het maximale toerental. Deze is o.a. afhankelijk van de maximale spanning die de driver kan leveren. Ook is de manier waarop de motor versneld wordt is van belang. Als dit heel geleidelijk gaat is het maximale toerental hoger dan als er steeds een forse snelheidsverhoging plaats vindt. Als voorbeeld kan de MSD-230-8 driver met de 12 Nm motor dienen: de maximale snelheid hiervan is meer dan 80 omwentelingen per seconde!

Zoals gezegd, bovenstaande is slechts een eenvoudige voorstelling van zaken. Er speelt uiteraard nog veel meer mee, maar voor een beginner op het gebied van stappenmotoren is het een goed begin.

Voor een foto van de rotor van een stappenmotor ( 1.7 Nm ) klik hier.

Terug naar Menu