Trinamic Schrittmotoren, Verständnisfrage

Moin Leute,

ich les hier (und im Wiki) schon nen paar Wochen, wollte aber jetzt doch ne Absicherung/Einschätzung von euch haben.

Es geht um die Auswahl der Schrittmotoren. Im englischen Wiki Teil hab ich ne Liste von empfohlenen Motoren gefunden. Z.B. Wantai 42BYGHW609 [www.wantmotor.com]
Der hat:
V_rated: 3,4V
A_rated: 1,7A
R_rated: 2 Ohm
Holding Torque: 40Ncm

Wenn ich den jetzt mit nem Trinamic QSH4218-51-049 vergleiche ( [cdn-reichelt.de] ):
U_rated: 5 V
I_rated: 1 A
R_rated: 5 Ohm
Holding Torque: 49Ncm

Spricht dann was gegen den Trinamic (außer der Preis)?
Im Datenblatt (S.7) kann man ca 37Ncm für 24V ablesen. Beim Wantai +-32Ncm. (Beides abgelesen für ehr niedrige Drehzahlen.)
Was bedeutet das wenn man den Motor mit 12V betreibt? Im Datenblatt von Trinamic steht, dass man die Werte der x-Achse halbieren soll, also dass das Drehmoment an sicht nicht schwächer wird, sondern nur schneller bei höherer Drehzahl abfällt?
Der Wantai soll "stark genug" für den Wade Extruder sein. Gilt das somit auch für den Trinamic?

Hier hab ich noch gelesen, dass I_rated und die Induktion am wichtigsten sind: [reprap.org]
Da wäre der Trinamic dann ja wieder deutlich hintendran.


Nach meinem jetztigen Verständnis ist der Trinamic Motor dennoch mindestens so gut wie der Wantai oder seh ich was falsch?

Oder kennt ihr evtl. noch nen guten Schrittmotor(-hersteller), der etwas mehr Dokumentation liefert als Wantai (s.o.)? (Bei Conrad, Reichelt und Voelkner finde ich fast nur Trinamic und Emis.)


Danke schonmal fürs lesen.

Für unsere 3D-Drucker brauchst du im Idealfall einen Motor mit geringer Induktivität oder auch wenig Spulenwiderstand.

Der Trinamic hat 8mH, während der Wantai nur 3mH hat. 1:0 für Wantai
Der Trinamic kann nur bis 1A, der Wantai bis 1,7A. Unsere Treiber arbeiten in der Regel im Bereich bis 1,7A. 2:0 für Wantai

Kauf dir einfach einen 5er oder 10er Pack bei ebay (klick) für, da machst du nix falsch.

Edit: hier noch mal was ausführlicher, aus meiner Projektarbeit:



2-mal bearbeitet. Zuletzt am 02.05.16 16:44.

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Der 3D-Druck ist tot, lang lebe der 3D-Druck!

Schreibt mich nicht mehr an, ich hab das drucken an den Nagel gehängt.

Danke für die schnelle Antwort. Der Ausschnitt aus deiner Arbeit ist sehr hilfreich. Danke dafür.

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Skimmy
Edit: hier noch mal was ausführlicher, aus meiner Projektarbeit:

"NEMA17" ist kein Motorentyp, sondern eine Motorengrösse. Genauer, die Grösse des Montageflansches. Wie viel Drehmoment ein Motor mit solch einem Flansch hat, hängt stark vom Typ ab. Das geht von 5 Ncm bis über 60 Ncm. Getriebemotoren, die auch "NEMA17" sein können, noch nicht eingerechnet.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

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Skimmy
Edit: hier noch mal was ausführlicher, aus meiner Projektarbeit:

Man wählt eine niedrige Induktivität nicht wegen irgend einer "Stromanstiegsgeschwindigkeit", sondern wegen der geringeren Gegeninduktion. Also wegen der Spannung, die im Motor dadurch induziert wird, dass er sich dreht, und die der Versorgungsspannung entgegen wirkt. Ist diese induzierte Spannung höher als die Differenz zwischen Nennspannung und Versorgungsspannung, kann der Strom nicht mehr gehalten werden und das Drehmoment sinkt.

Keine Ahnung, aus welchen Lehrbüchern so Dinge wie "Stromanstiegsgeschwindigkeit" oder "schneller Einschwingen" (im anderen Thread) oder "Höherer Drehmomentaufbau durch schnelleres Microstepping" (auch dort) kommen.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Er meint eher die Zeit, die benötigt wird, das Magnetfeld in den Spulen aufzubauen.
Hier spielt die Versorgungsspannung bei höheren Drehzahlen schon eine Rolle.
Lassen wir mal die Ummagnetisierungsverluste außen vor und reden nur über den Ummagnetisierungsprozess ansich.

Dann ist es schon so....dass der Aufbau des Magnetfeldes in voller Stärke in der kurzen Zeit nur mit einer höheren Spannung möglich ist.

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Power is nothing.....without control!

Traumflug, wie man ihn kennt.

- Den Text überfliegen: check
- alles zuvor darin gennante ignorieren: check
- um dann einen Satz aus dem Zusammenhang zu reißen: check
- Zusatzpunkte für: sich ein "Unwort" selber zusammenreimen: check

Wenn du den Text nicht nur überflogen hättest, wäre dir aufgefallen, dass es um zeitliche Zusammenhänge geht.

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Der 3D-Druck ist tot, lang lebe der 3D-Druck!

Schreibt mich nicht mehr an, ich hab das drucken an den Nagel gehängt.

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Skimmy
Wenn du den Text nicht nur überflogen hättest, wäre dir aufgefallen, dass es um zeitliche Zusammenhänge geht.

Wenn Du mal in ein Lehrbuch schauen würdest, dann würdest Du darin nichts von diesen "zeitlichen Zusammenhängen" finden, denn sie spielen keine Rolle. Das ändert sich auch dann nicht, wenn man den Text zehn Mal liest.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Wieder was gelernt. Das sich die halbe Menschheit nur so irren kann. Wann kriegst du deinen Nobelpreis?

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Der 3D-Druck ist tot, lang lebe der 3D-Druck!

Schreibt mich nicht mehr an, ich hab das drucken an den Nagel gehängt.

Sag mal, ausser persönlichen Anfeindungen hast Du nichts zu bieten, oder? Eigentlich hätte ich mir jetzt ein paar Zitate aus einschlägiger Fachliteratur gewünscht. Müsstest Du ja bereits vorliegen haben, wenn Du eine Projektarbeit darüber verfasst hast.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Ich diskutiere mit dir nicht mehr. Du verdrehst Sachverhalte so, wie sie dir passen oder steigst einfach aus, wenn du merkst, dass...

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Schreibt mich nicht mehr an, ich hab das drucken an den Nagel gehängt.

Ich merke vor Allem, dass das oben Geschriebene nicht zum Lehrbuchwissen passt. Jetzt kannst Du Dir überlegen, wer hier was "verdreht".

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

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Traumflug
Ich merke vor Allem, dass das oben Geschriebene nicht zum Lehrbuchwissen passt. Jetzt kannst Du Dir überlegen, wer hier was "verdreht".

di / dt = U / L

wofür steht deiner Meinung nach das t? Telekom? Telekinese? Tretroller?

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Schreibt mich nicht mehr an, ich hab das drucken an den Nagel gehängt.

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Skimmy

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Traumflug
Ich merke vor Allem, dass das oben Geschriebene nicht zum Lehrbuchwissen passt. Jetzt kannst Du Dir überlegen, wer hier was "verdreht".

di / dt = U / L

wofür steht deiner Meinung nach das t? Telekom? Telekinese? Tretroller?

technischkorrekteraufbauzureinbringungvoneierschalensollbruchstellen

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Schreibt mich nicht mehr an, ich hab das drucken an den Nagel gehängt.

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Skimmy
di / dt = U / L

Wie ich schon oben beschrieben habe, hat das nichts mit dem Drehmoment oder der Drehzahl des Motors zu tun. Wäre das so, könnte der Motor beliebig schnell drehen, denn U / L geht ja nie auf Null.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

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Traumflug

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Skimmy
di / dt = U / L

Wie ich schon oben beschrieben habe, hat das nichts mit dem Drehmoment oder der Drehzahl des Motors zu tun. Wäre das so, könnte der Motor beliebig schnell drehen, denn U / L geht ja nie auf Null.

Nein nein nein, nicht wieder Dinge verdrehen. Du hast geschrieben:

Quote
Traumflug
[...] würdest Du darin nichts von diesen "zeitlichen Zusammenhängen" finden, denn sie spielen keine Rolle [...]

Beantworte die Frage: wofür steht deiner Meinung nach das t?

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Der 3D-Druck ist tot, lang lebe der 3D-Druck!

Schreibt mich nicht mehr an, ich hab das drucken an den Nagel gehängt.

Da ist nichts verdreht. Du gibst da eine Formel an, in der Zeit und Induktivität vorkommt. Das bedeutet noch lange nicht, dass diese Formel auch die Grenzdrehzahl oder das Drehmoment angibt.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Edit: Wobei ich bei dem gif von Dewey lachen muss

2-mal bearbeitet. Zuletzt am 03.05.16 15:59.

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Der 3D-Druck ist tot, lang lebe der 3D-Druck!

Schreibt mich nicht mehr an, ich hab das drucken an den Nagel gehängt.

die Max Drehzahl ist begrenzt dadurch, dass der Treiber den Strom nicht mehr schnell genug in die Spule bekommt, also quasi von der Stromanstiegszeit oder auch die Zeitliche Änderung des Stromes dI/dt und die Gleichung steht wirklich in jedem Lehrbuch [de.wikipedia.org]
Auch wenn ich kein wirklich tiefes Verständniss von Steppern habe weiß ich doch das die Gegeninduktivität ein 10^-7 vor dem Integral stehen hat und damit sehr klein ist.

Quote
Traumflug
Man wählt eine niedrige Induktivität nicht wegen irgend einer "Stromanstiegsgeschwindigkeit", sondern wegen der geringeren Gegeninduktion.

Keep cool.., das sind ganz einfach zwei Seiten derselben Medaille.
Schon Albert Einstein sagte: Alles ist relativ!
Wenn man z.B. mit dem Kopp gegen 'ne Wand rennt sieht das ein Betrachter aus einem anderen Winkel so, als ob die Wand einem vor den Kopp knallen würde - die Ermüdung in den Beinen mögen die Mediziner abklären.

Quote
Zyzz12
Im Datenblatt (S.7) kann man ca 37Ncm für 24V ablesen. Beim Wantai +-32Ncm. (Beides abgelesen für ehr niedrige Drehzahlen.)
Was bedeutet das wenn man den Motor mit 12V betreibt? Im Datenblatt von Trinamic steht, dass man die Werte der x-Achse halbieren soll, also dass das Drehmoment an sicht nicht schwächer wird, sondern nur schneller bei höherer Drehzahl abfällt?
Der Wantai soll "stark genug" für den Wade Extruder sein. Gilt das somit auch für den Trinamic?

Ich kenne das Datenblatt des Trinamic Motors nicht, das des Wantai'S ist ziemlich tief vergraben.
1. Mit steigender Drehzahl sinkt selbstverständlich das Drehmoment, unabhängig von Typ/Bauweise.
Irgendwann bleibt er einfach stehen und irgendwann später schmilzt der Isolationslack.
Für diejenigen, die sich nur durch Tabellen, Zahlen und Bilderchen überzeugen lassen hatte der "Willy" dazumal eine Grafik fürs WIKI ausgearbeitet.
2. Je höher Induktivität/Masse, desto schneller geht sie bei Drehzahlerhöhung in den Keller.

Unterm Strich heißt das:
Schrittmotoren sind nicht für hohe Geschwindigkeiten geeignet und lassen sich nur sehr eingeschränkt beschleunigen.
Die max. mögliche Beschleunigung ist sehr von der Bauweise abhängig und läuft dem max Haltemoment zuwider.
Ein Motor mit relativ hohem Haltemoment lässt sich nicht so stark beschleunigen wie der mit dem geringeren.

Quote
Zyzz12
Nach meinem jetztigen Verständnis ist der Trinamic Motor dennoch mindestens so gut wie der Wantai oder seh ich was falsch?

Es gibt kein absolutes mindest so gut, besser oder schlechter!
Es gibt nur eine relative Eignung für den konkreten Einsatz und da kommen mehrere Faktoren zusammen.

Für den Anfang bist Du mit einem Standard-Nema17-Würfel gut bedient, also 42x42x(38...45), 1,2A/1,7A.

Quote
windiesel
die Max Drehzahl ist begrenzt dadurch, dass der Treiber den Strom nicht mehr schnell genug in die Spule bekommt, also quasi von der Stromanstiegszeit oder auch die Zeitliche Änderung des Stromes dI/dt und die Gleichung steht wirklich in jedem Lehrbuch [de.wikipedia.org]

Netter Versuch. Die Quelle beschreibt eine stehende Spule ausserhalb eines Magnetfelds und damit nicht einen bewegten Elektromotor mit Permanentmagneten.

Quote
windiesel
Auch wenn ich kein wirklich tiefes Verständniss von Steppern habe weiß ich doch das die Gegeninduktivität ein 10^-7 vor dem Integral stehen hat und damit sehr klein ist.

Komisch nur, dass sie hoch genug ist, um einen Motor sinnvoll als Generator betreiben zu können.

Das hier kommt der Sache schon näher: [www.goetz-automation.de]

Quote
bianchifan
Wenn man z.B. mit dem Kopp gegen 'ne Wand rennt sieht das ein Betrachter aus einem anderen Winkel so, als ob die Wand einem vor den Kopp knallen würde - die Ermüdung in den Beinen mögen die Mediziner abklären.

Willst Du Dich jetzt hier auch am Bashing beteiligen? Sehr schwache Argumente, wenn es um Physik geht.

Quote
bianchifan
Es gibt nur eine relative Eignung für den konkreten Einsatz und da kommen mehrere Faktoren zusammen.

Sehr schön. Das ist mal richtig. Spindeln (Z-Achse) brauchen ein kleines Drehmoment, dafür viel Drehzahl. Extruder, insbesondere Direktextruder, brauchen Drehmoment. Die Riemenantriebe liegen irgendwo dazwischen.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Hallo :-)

Das mit U/L=di/dt stimmt genau genommen auch nur für eine Spule die eine konstante Induktivität aufweist, keinen Innenwiderstand hat und keine durch Bewegung induzierte Gegenspannung bereitstellt.
Da sich immer ein Widerstand einstellt sollte ein Index am "U" helfen, dann wird die Welt schneller klarer

Am rotierenden Motor wird die Sache ein klein bisschen schwieriger, da die Linearität der idealen Spule einer Exponentialfunktion der widerstandsbehafteten Spule weicht.
Zudem kommt der Spannungsfall am Widerstand hinzu sowie die Tatsache, dass die tatsächlich wirksame, den Strom treibende Spannung, die Differenz aus anliegender Spannung und
induzierter Spannung an der Motorwicklung ist.

Aus der simplen Gleichung für die Spannung an einer reinen Induktivität U_L=L*di/dt wird dann (leider) zunächst:
U_ges=L*di/dt+R*i

Die tatsächlich wirksame Spannung unter Einbeziehung der Gegen-EMK U_ind ist bei einer Versorgungsspannung U_DC:
U_ges=U_DC-U_ind und die Gegen-EMK wächst in erster Linie linear mit der Umlauffrequenz des Motors. Kennt man
den magnetischen Fluß p der Permanentmagneten ergibt sich die Spannung U_ind aus
U_ind=L*dp/dt. Der magnetische Fluss der Permanentmagneten ist konstant, bei einer Umlauffrequenz des Motors von w=2Pi*n [n]=1/s ergibt sich
U_ind=w*p.

Damit wird vollständig:
U_DC-w*p=L*di/dt+R*i
Soweit zur Spannungsfrage

Die Beschleunigung des Motors ist dem Drehmoment proportional.
Das Drehmoment des Motors ist dem magnetischen Feld proportional.
Das magnetische Feld ist dem Motorstrom proportional.
Die Änderung des Drehmomentes - der Ruck - ist der Änderung des magnetischen Feldes bzw. der Stromänderung proportional

Um den Strom möglichst schnell von einem Wert I₀ auf einen Wert I₁ zu ändern bedarf es des größtmöglichen di/dt.
Das hängt bei gegebener Induktivität davon ab, wieviel größer als die Gegen-EMK die vom Treiber angelegte Spannung ist.

Damit kann man erstmal festhalten:
Die maximal erreichbare Geschwindigkeit hängt zuallererst von der zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung der Treiber ab; limitierend wirkt hier eigentlich nur
die Isolationsfestigkeit der Motorwicklung. Bei hinreichend schneller Stromregelung kann man einen Motor mit den Angaben 1.8V / 2.6A durchaus mit einem
Treiber fahren der 90V auswerfen kann. Ich hab' schon Stepper dieser Bauart mit über 5000 U/min laufen sehen

Die Beschleunigung hängt zwar von der Möglichkeit ab, möglichst schnell einen Strom in den Motor einzuprägen, sie ist aber durch die Trägheit des Systems
begrenzt und der Tatsache, dass ein zu hoher Strom den Motor thermisch überlastet.
Eine hohe Stromanstiegsgeschwindigkeit (das heißt tatsächlich so) di/dt bedarf einer möglichst kleinen Induktivität - faktisch auch richtig.
Die Induktivität ist aber der treibende Faktor hinter dem magnetischen Feld ( B ) und damit dem Drehmoment.
Gesucht ist also eher eine Maschine, die eine möglichst große Fläche in einem i/B-Diagramm aufspannt (Figure of Merrit).
Weil kleine Induktivität auch kleine Feldstärken bedeuten brauchen solche Motorn üblicher Weise relativ hohe Ströme um die anvisierten Feldstärken zu erreichen,
den höheren Strom erreichen dauert aber wieder länger . Ein Motor der "einen hohen Strom darf" ist also nicht unbedingt die bessere Wahl.
Man kann durchaus Bauformen bekommen, die bei 400mA das gleiche Drehmoment liefern wie andere bei 1.7A.
MIt der höheren Induktivität geht allerdings auch mehr Draht und damit auch ein höherer Widerstand einher. Der kleinere Strom führt aber wegen P=I²R trotzdem zu kleineren Verlustleistungen in der Wicklung
(uups - Nebenkriegsschauplatz)

Damit zu Skimmys Einschätzung:

Quote
Skimmy
Der Trinamic hat 8mH, während der Wantai nur 3mH hat. 1:0 für Wantai

Die Aussage ist in dieser Form kaum zu halten. Im Gegenteil schafft der Trinamic eben wegen der höheren Induktivität das höhere Drehmoment bei kleinerem Strom.
Mit 1A Nennstrom an 5Ohm erzeugt der Motor 5W Verlustleistung pro Wicklung.
Der Wantai mit 2 Ohm an 1.7A erzeugt aber schon 5.8W. In Zahlen nicht so riesig, ist das ein Wachstum von knapp 16%
Die Zeitkonstante L/R die die Anstiegsgeschwindigkeit darstellt ist für den Trinamic 8mH/5Ohm=1.6ms, für den Wantai 3mH/2Ohm=1.5ms.
Ein Plus beim Wantai von 6%.
Da der Trinamic ein um mehr als 20% höheres Drehmoment liefert schafft er auch bei kleinerem Strom die höhere Beschleunigung.
In meinen Augen kein 1:0 sondern ein klares 0:1.

Quote
Skimmy
Der Trinamic kann nur bis 1A, der Wantai bis 1,7A. Unsere Treiber arbeiten in der Regel im Bereich bis 1,7A. 2:0 für Wantai

Klar können die Treiber bis 1.7A aber ein Pololu wird dabei schon muckelig warm und schreit nach Lüftern und forcierter Kühlung.
Bei 1A reicht dem Treiber, mit einem brauchbaren Kühlkörper ausgestattet, die reine Konvektion zur Kühlung; auf Lüfter kann verzichtet werden und die Lebendsauer der Elektronik steigt.
Warum also mehr Strom fahren als zwingend erforderlich?
In meinen Augen ein klares 0:2

Da du allerdings mindestens 4 Motoren brauchst spielt der Preis ggf. eine erhebliche Rolle und der Trinamic ist nun mal kostspieliger.
Damit dann 1:2 wenns hoch kommt.

Gruß - 4of4

Ja ne is klar. Das man bei 8mH ne viel höhere Motorspannung braucht um die angegebenen Leistungsdaten zu erreichen, ist dir schon bewusst, oder?

Grob übern Daumen braucht man bei 8mH etwa 90V Motorspannung, um den angegebenen Drehmoment des Datenblatts zu erreichen. Bei 3mH sind es nur etwa 55V. Mit mittlerweile üblichen 24V liegt man hier deutlich näher (1/2 zu 1/4) an der optimalen Motorspannung, auch wenn man hier die angegebenen Daten ebenfalls nicht erreicht.

Auch anzunehmen, dass 1A Motorstrom für alle Drucker ausreichend sein sollte... ich zitiere: "Die Aussage ist in dieser Form kaum zu halten".

Ich bleibe dabei, dass in unserem Anwendungszenario ein 1,7A Motor mit 3mH Induktivität besser ist als ein 1A Motor mit fast der dreifachen Induktivität.

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Der 3D-Druck ist tot, lang lebe der 3D-Druck!

Schreibt mich nicht mehr an, ich hab das drucken an den Nagel gehängt.