DEFINITIONEN ZU ENDSTUFEN

Für den Betrieb von Schrittmotoren sind einige externe elektrische Bauteile erforderlich. Normalerweise handelt es sich dabei um Folgende: Stromversorgung, Logikeinheit, elektronische Schalter sowie einen Pulsgenerator für die Festlegung der Schrittrate. Viele auf dem Markt verfügbare Endstufen haben alle diese Bauteile in eine Einheit integriert. Einige einfach ausgelegte Endstufen bieten lediglich die Leistungsendstufe ohne Steuerungselektronik zur Erzeugung der notwendigen Schrittsequenzen.

 

Bipolar Drive

Diese bipolare Endstufe ist sehr beliebt für zweiphasige bipolare Motoren mit vier Anschlussleitungen. Eine integrierte Driver-/Controller-Einheit bewirkt die wechselseitige Umkehrung der Stromrichtung. Die Schrittsequenz wird unter „Schrittmotor-Theorie": Abbildung 5 dargestellt.

 

Unipolar Drive

Diese Endstufe setzt eine Mittelanzapfung der Wicklung in jeder Phase voraus (6 Anschlussleitungen).
Anstatt die Versorgungsspannung (und damit die Stromrichtung im Wicklungsstrang) umzupolen, muss diese Endstufe lediglich die Versorgungsspannung von einem zum anderen Strang weiterschalten ("Schrittmotor-Theorie": Abbildung 6). Die Wicklungen sind so angeordnet, dass durch das Weiterschalten das magnetische Feld im Motor umgepolt wird. Dadurch ergibt sich eine vereinfachte Ansteuerung; es wird jedoch allerdings nur jeweils die Hälfte der vorhandenen Wicklung bestromt. Dies bewirkt ein im Vergleich zu einer bipolaren Ansteuerung um etwa 30 % reduziertes Drehmoment bzw. eine um 30 % verringerte Kraft bei einem Linearaktuator.

 

L/R-Drives

Diese Art von Endstufe wird auch als Konstantspannungsendstufe bezeichnet. Viele dieser Enstufen können für den Einsatz von unipolaren und bipolaren Schrittmotoren konfiguriert werden. L/R steht für das Verhältnis zwischen Induktion (L) und Widerstand (R). Diese beiden Parameter beeinflussen den Scheinwiderstand der Motorwicklung in Abhängigkeit von der Schrittfrequenz. Die Ausgangsspannung des L/R-Drive muss auf die Wicklungsspannung des Motors abgestimmt sein, wenn der Motor im Dauerbetrieb laufen soll. Die meisten der gezeigten Motor-Leistungskurven basieren auf der an die Anschlussanleitungen angelegten vollen Nennspannung. Bei der Auslegung der Versorgungsspannung müssen auch eventuelle Spannungsabfälle in den Antriebsleitungen berücksichtigt werden, um eine durchgehend optimale Leistung zu erzielen.

Durch eine Erhöhung der angelegten Spannung bei einer kurzen Einschaltdauer kann die Leistung der meisten Schrittmotoren gesteigert werden. Diesen Vorgang nennt man „Übersteuerung“ des Motors. Bei Übersteuerung eines Motors muss der Betriebszyklus eine ausreichende, regelmäßige Abkühlzeit (ohne angelegte Spannung) beinhalten, damit die Motortemperatur nicht die vorgegebenen Spezifikationen überschreitet.

 

Chopper Drives

Ein Chopper-Drive ermöglicht es im Vergleich zum L/R-Drive, einen Schrittmotor mit größerem Drehmoment (höherer Antriebskraft) und höherer Geschwindigkeit zu betreiben. Ein Chopper-Drive ist eine Ansteuerung mit konstantem Strom und fast immer der bipolar Typ. Die Bezeichnung Chopper ist auf das schnelle Ein- und Ausschalten der Ausgangsspannung (chopping) zur Regelung des Motorstroms zurückzuführen. Den besten Wirkungsgrad erzielen hierbei Motoren mit niedriger Induktivität in Verbindung mit einer höchstmöglichen Spannungszufuhr. Generell gilt, dass das Verhältnis zwischen Versorgungsspannung und angegebener Wicklungsspannung mindestens 8:1 sein sollte, um den optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. Bei allen Performance-Kurven in diesem Katalog wurde ein Verhältnis von 8:1 zugrundegelegt.

 

Mikroschrittbetrieb

Viele bipolare Endstufen bieten die Möglichkeit zum so genannten Mikroschrittbetrieb. Der Mikroschrittbetrieb unterteilt einen Vollschritt in kleinere Schritte. Beispielsweise kann bei einem 0,025 mm-Schritt ein Linearaktuator 10 Mikroschritte pro Schritt haben. In diesem Fall würde ein Mikroschritt normalerweise 2,5 µm entsprechen. Ein Mikroschrittbetrieb reduziert zwar die Schrittweite eines Motors, die Mikroschritt-Fehlerquote steigt im jedoch Vergleich zur Präzision im Vollschrittbetrieb an. Wie beim Vollschritt addiert sich der Schrittfehler allerdings nicht über einen Vollschritt hinaus.