Stepper Treiber A4988 zu hohe Motor-Spannung?

Guten Tag an alle RepRap'ler,

Zur Zeit baue ich an einem Projekt, welches 3D gedruckte Teile nutzt und ebenso Stepper-Motoren via eines A4988 ansteuert. Über einen Arduino Uno zunächst. Mir ist nicht klar, wie streng die
Spannungsangabe auf Stepper-Motoren einzuhalten ist. Vielleicht könnt ihr mir helfen. Das Projekt ist "yet another" Kuka-styled Roboter-Arm und es wird selbstverständlich open source :-).

Meine Frage:
Die A4988 verlangen eine Motorspannung von 8 bis 36V (an V_mot und Gnd). Viele Stepper-Motoren, beispielsweise auch der geliebte NEMA17, benötigten eine Spannung weniger als 8V (siehe
[reprap.org]). Während mir die exakte Funktion des A4988 nicht klar ist, frage ich mich, ob ein weiteres Bauteil benötigt wird, um die Motoren nicht mit der
am A4988 anliegenden Spannung zu betreiben?

Wie schaffe ich es also, dass ich den A4988 nutze, um Stepper mit einer benötigten Spannung von weniger als 8 bis 36V zu betreiben?

Ich danke euch vielmals vorab und hoffe sehr, dass ihr mir helfen könnt.

Beste Grüße und ein schönes Wochenende,
Martin

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mardy3d
Viele Stepper-Motoren, beispielsweise auch der geliebte NEMA17, benötigten eine Spannung weniger als 8V

Tun sie nicht. Schrittmotoren halten eine Spannung von mehr als 100 Volt aus. Entscheidend ist der Strom, der fliesst, und eine wesentliche Eigenschaft der Schrittmotortreiber ist, dass sie diesen Strom begrenzen.

Davon abgesehen bezeichnet "NEMA 17" nur die Grösse der Frontplatte, es gibt NEMA 17 mit 1,5 V Nennspannung, aber auch welche mit 24 V Nennspannung. Die Nennspannung hat (fast) nichts mit der erlaubten Versorgungsspannung zu tun.

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mardy3d
Wie schaffe ich es also, dass ich den A4988 nutze

So wie es alle anderen auch machen. Mit 12 Volt laufen lassen. Oder wenn es Dir Spass macht, auch mit 24 Volt. Letzteres bringt bei niedrigen Drehzahlen nichts, verdoppelt aber die Höchstdrehzahl. Die Höchstdrehzahl hängt vom Motortyp ab und liegt bei den gängigen Typen zwischen 250 und 1000 U/min.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Sehr interessant, danke für diese Informationen! D.h. Nenn- und erlaubte Betriebsspannung
hängen nicht stark voneinander ab.

Wozu eignet sich die Angabe der Nennspannung denn dann? Es wäre dann sinniger, Höchstdrehzahl pro Betriebsspannung anzugeben, liege ich da richtig?

Ich vermute darüber hinaus, dass Haltemomente in irgendeiner Weise von Betriebsstrom
und -spannung abhängen.

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mardy3d
Wozu eignet sich die Angabe der Nennspannung denn dann?

Es ist ein Anhaltspunkt. Genau genommen ist es die Spannung, die man ungeregelt anlegen darf, ohne den Motor zu überhitzen. Je niedriger die Nennspannung, desto höher der Drehzahlbereich. Kann man allerdings mit einer höheren Betriebsspannung kompensieren. Eine niedrigere Nennspannung bringt jedoch auch weniger Drehmoment.

Die Höchstdrehzahl ist nicht klar definiert. Für den Bereich sind Schrittmotoren auch nicht gebaut.

Das ist alles ziemlich kompliziert, deswegen kann ich das hier nur anreissen. Hier gibt's ein paar Diagramme mit Drehmomenten: [reprap.org]

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Nach Un=In*R bekommt man den Spulenwiderstand im Stillstand kannst du ja mal mit nem multi nachmessen.
Der strom ist Verantwortlich für das drehmoment.
Damit der Motor sich dreht muss ein Drehfeld erzeugt werden und dazu muss sich der Strom in den Einzelnen Spulen ändern.
Im betrieb kann man Um=di/dt*L+R*i annähern
di/dt ist die änderung des Stroms in der Spule, je schneller du drehst um so größer ist die änderung des Stromes nach der Zeit.
Um den gleichen strom (also Drehmoment) bei höhern Drehzahlen zu bekommen brauchst du mehr spannung und das regelt ein Schrittmotor Treiber wie der A4988. (Steppertreiber sind Stromregler)
Die höchstgeschwindigkeit ist also in gewissermaßen von der Versorungspannung abhängig.

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Traumflug
Eine niedrigere Nennspannung bringt jedoch auch weniger Drehmoment.

meines wissen nach nicht, nur wenn du ein Spannugsregler als Treiber benutzt die ich nicht für schrittmotoren kenne

Gruß
Kevin

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 16.11.15 07:57.

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windiesel

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Traumflug
Eine niedrigere Nennspannung bringt jedoch auch weniger Drehmoment.

meines wissen nach nicht, nur wenn du ein Spannugsregler als Treiber benutzt die ich nicht für schrittmotoren kenne

Mit Nennspannung meine ich die Spannung, die auf dem Motor aufgedruckt ist. Also die 1,5 ... 5 Volt.

Aus der elektrischen Berechnung ergibt sich das niedrigere Drehmoment auch nicht, dazu muss man die Wicklung betrachten. Eine niedrigere Nennspannung kommt von einem geringeren Spulenwiderstand und der wird erreicht, indem man der Spule weniger Windungen gibt. Dickerer Draht bei gleicher Windungszahl geht nicht, das würde nicht ins Gehäuse passen.

Weniger Windungen bedeuten bei gleichem Strom ein geringeres Magnetfeld und damit weniger Drehmoment. Ganz unabhängig vom Regler. Irgend einen Nachteil muss man ja mit einem geringeren Widerstand haben, sonst würde man immer 0,0001 Ohm nehmen.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

mhh interessant so habe ich noch nicht drüber nachgedacht- also ist die qualität des Kupfers maßgeblich für das Verhältnis Drehmoment zu baulänge bzw Gewicht.

wenn ich den gedanken mal fortführe dann komme ich darauf, dass wenn ein Motor eine geringe Nennspannung hat, er dann weniger Windungen und eine niedrigere Impedanz hat. Dementsprechend landen sie spulen schneller, also der strom kann sich schneller ändern. Damit ist die max drehzahl höher. Oder habe ich den größeren Strom jetzt aus der rechnung gelassen

Ich denke, dass auch das E-eisen maßgeblich in die Qualität mit einspielt und die Magnetfeldführung wird auch Unterschiede verursachen.

Ich stelle mir mal wieder die Frage wie kann man die Qualität eines Speppers anhand seiner Daten Beurteilen?
Kenn da jemand Literatur zu dem Thema?


Im ausgangspost wurde ja ne Frage gestellt die wie ich glaube noch nicht beantwortet wurde

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mardy3d
Wie schaffe ich es also, dass ich den A4988 nutze, um Stepper mit einer benötigten Spannung von weniger als 8 bis 36V zu betreiben?

der A4988 kümmerst sich komplett elektrisch um den Motor.
Der Treiber wird wie Folgt angeschlossen

Quelle: [a.pololu-files.com]

Damit sich der Motor dreht musst du ihn an A1, A2, B1, B2 anschließen. Vmot und Vdd GND sind wohl klar.
Dann musst du mit nem Controller ein high für enable benutzen und eine richtung (Dir =high oder Low) vorgeben.
Jetzt kannst du mit einem impuls auf step den motor um einen Schritt drehen.
über MS1, MS2 und MS3 legst du das mircostepping fest.

Gruß
Kevin

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windiesel
mhh interessant so habe ich noch nicht drüber nachgedacht- also ist die qualität des Kupfers maßgeblich für das Verhältnis Drehmoment zu baulänge bzw Gewicht.

wenn ich den gedanken mal fortführe dann komme ich darauf, dass wenn ein Motor eine geringe Nennspannung hat, er dann weniger Windungen und eine niedrigere Impedanz hat. Dementsprechend landen sie spulen schneller, also der strom kann sich schneller ändern. Damit ist die max drehzahl höher. Oder habe ich den größeren Strom jetzt aus der rechnung gelassen

Ich denke, dass auch das E-eisen maßgeblich in die Qualität mit einspielt und die Magnetfeldführung wird auch Unterschiede verursachen.

Ich stelle mir mal wieder die Frage wie kann man die Qualität eines Speppers anhand seiner Daten Beurteilen?
Kenn da jemand Literatur zu dem Thema?

Yupp, das würde ich alles auch so sehen. Dazu noch die Qualität des Festmagneten im Rotor.

Mit den Daten ist das allerdings so eine Sache. Insbesondere bei den billigen Motoren wird ja eher angegeben, was der Kunde lesen will anstatt das, was tatsächlich vorliegt. Deswegen kann man da nur sehr grob unterscheiden.

Ist aber auch nicht ganz so wichtig. Ich würde zwischen schnellen und langsameren, kräftigeren Motoren unterscheiden. Die letzten 10% kann man bei Schrittmotoren ohnehin nicht ausreizen.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Da kann man noch mehr in den Raum werfen.

Blechqualität, Dicke der Statorbleche, Isolierung der Bleche, kornorientiert oder nicht, Packungsdichte der Wicklungen, Multifilarwicklung oder Single-Strand, luftspaltoptimiert oder nicht, Magnetklasse nach Temperatur und Flussdichte.....usw.

Da müsste man sicher nen extra Thread aufmachen...

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... man kann's aber auch deutlich kürzer schreiben - 'voodoo' ... oder als Zitat -- "... ist eine Technologie weit genug entwickelt, ist sie von Magie nicht mehr zu unterscheiden!"

Bei den Stepper-Motoren schaue ich mir die Daten für Strom, Drehmoment und in der Dynamik-Kurve die Verhältnisse von Drehmoment zur Drehzahl an - das sagt schon das meiste aus ... zumindest, wenn die Kurven nicht gefälscht sind

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Viktor
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