Kleinantriebe

Zusammenfassung

Grundsätzlich sind die Schrittmotoren Sonderbauformen von unsymmetrischen Synchronmaschinen. Es gibt drei Grundtypen, den Reluktanz-Schrittmotor, den PM-SM-Schrittmotor und den Hybrid-Schrittmotor. Im Gegensatz zu den Synchronmaschinen in Kapitel 6, die im stationären Betrieb eine kontinuierliche Drehbewegung ausführen, erfolgt bei den Schrittmotoren die Bewegung in Winkelschritten. Die Winkelschrittweite ergibt sich aus den Unterschieden der Zahnteilung des Rotors zu der Polteilung des Stators. Durch eine definierte Einprägung des Statorstroms wird ein definierter örtlicher Verlauf des Stator-Magnetfeldes über den nachfolgenden Statorpol erzeugt. Der Rotor wird sich nun so einstellen, dass sich für die Konfiguration Position des Rotorzahns zum nachfolgenden Statorpol ein magnetischer Kreis mit dem geringsten magnetischen Widerstand ausbildet. Der Rotor wird somit eine neue Winkelposition einnehmen, die durch den definierten örtlichen Verlauf des Stator-Magnetfeldes und somit durch die örtliche Position des nachfolgenden Statorpols vorgegeben wird. Der Rotorzahn hat sich somit in die Winkelposition des nachfolgenden Statorpols bewegt. Der Übergang von einer Winkelposition zur nachfolgenden Position wird beeinflusst durch die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Komponenten, die aufeinander abgestimmt werden müssen, um die Anstiegszeit so klein wie möglich sowie die Überschwingweite und die technische Beruhigungszeit in den zulässigen Grenzen zu halten. In dem Beitrag werden die Eigenschaften der drei Grundtypen der Schrittmotoren, die Gegenüberstellung von Drehfeld zu Schrittfeld, der statische Drehmomentverlauf, die Einzelschritt-Fortschaltung, bei der die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Antriebssystems sich gegenseitig beeinflussen, den Grenzkennlinien, deren Überschreitung zum Winkelfehler oder sogar zum Stillstand des Schrittmotors führt, die Betriebskennlinien, die Betriebsarten Voll-, Halb- und Mikroschrittbetrieb, die Positioniergenauigkeit und der Schrittwinkelfehler, das Drehzahlverhalten und die mechanischen Resonanzfrequenzen sowie die Dämpfung, die leistungselektronische Stromversorgung mit der unipolaren und der bipolaren Speisung der Statorwicklungen. Bei den Kleinantrieben werden sich somit die resonanten elektrischen und mechanischen Effekte beeinflussen, ein weiterer wichtiger Aspekt bei elektrischen Antrieben.