Fråga om stegmotorer.

[SeniorLemuren]

Jag har 4 st unipolära stegmotorer 2-fas med mittuttag. Dom borde väl även kunna köras som bipolära motorer om man bara skippar mittuttagen. Dom skulle väl i så fall köras på 8.2 volt i stället för 4.1 volt som är angivet på motorskylten. Det skulle väl isåfall ge motorn dubbel effekt i och man utnyttjar hela lindningen. Eller?

Fördelar, nackdelar?

[X-IL]

Ja du kan köra dem bipolärt utan mittavtappningen. Hur mycket starkare de bli vet jag inte. Kolla ett datablad för andra liknande motorer hur de anger hållmoment vid olika kopplingar. Kom upp en tråd om ett långtidsprojekt för ett par dagar sedan, på de motorerna var det angivet ganska bra. Du kommer ju att få dubbel resistans också, så effekten fördubblas inte gentemot att köra halvsteg på den unipolära.

[SeniorLemuren]

Ja, efter lite mer googlande så har jag kommit fram till att om man kör en 6-trådig 2-fas stegmotor som unipolär så bibehåller den sitt vridmoment över ett betydligt större varvtalsområde än vid bipolär drivning.

Vid bipolär drivning får man däremot ett vridmoment som är upp till 40-50% högre vid låga varvtal men som droppar mycket snabbare vid högre varvtal än vid unipolär drivning.

Hade man däremot haft 8 uttag från motorn, dvs. båda ändarna på mittenuttaget framdragna. så kunde man parallellkopplat dom i stället för seriekoppla och på så vis få i stort sett samma egenskaper som vid unipolär drivning när det gäller varvtal visavi vridmoment, samtidigt som man får det större vridmomentet.

Så slutsatsen blir att ska man använda 6-trådig 2-fas stegmotor i en applikation som inte kräver ett brett varvtalsregister så ska man välja bipolär drivning.

Behöver man däremot kunna variera varvtalet över ett större område så är det unipolär drivning som gäller.

Off topic
( f...n vad trött jag blir, stavningskontrollen markerar felstavat och föreslår vrid moment, parallell kopplat och varv tal som korrekt, jag hatar sär skrivning, det är inte svenskt), snart godkänner den väl bara lödade och lödat i stället för lödde och lött också.

[kimmen]

Vid bipolär drivning får man däremot ett vridmoment som är upp till 40-50% högre vid låga varvtal men som droppar mycket snabbare vid högre varvtal än vid unipolär drivning.

Vid konstantspänningsdrift blir det så. När man går över till bipolär drift måste man sänka strömmen till 70% av vad den var från början för samma förlusteffekt och det betyder att man kan öka spänningen med 40%. Antalet ampervarv blir då 40% högre och vridmomentet vid låga varv därefter.

Men då man sänkt spänningen per varv kommer den tappa vridmoment snabbare mot höga varv.

Kör du däremot en konstantströmsdrivning, t.ex. en chopper och höjer matningsspänningen så kommer du kunna får 40% mer vridmoment med bipolär koppling över ett mycket brett varvtalsområde. Den unipolära kopplingen har där endast fördelen att drivelektroniken (i vissa fall!) kan bli enklare om man kan tolerera att prestandan blir sämre. Det kan ju också ha betydelse om man redan har en viss bestämd matningsspänning att utgå ifrån.

[SeniorLemuren]

Intressant, vart hämtar du den informationen från? Jag fattade det som att det är den större induktansen i lindningen som ställer till det vid höga varval=frekvens.
http://www.probotix.com/stepper_motors/ ... r_bipolar/

[kimmen]

Ja det är det, men med en konstantströmsdrivning kan man ju se till att ha hög spänning att tillgå för att motverka det.

Med konstantspänningsdrift blir tidskonstanten (L / R) för den unipolära kopplingen kortare än för den bipolära kopplingen och därför fungerar den unipolära bättre vid höga varv. Seriekopplar man den bipolära motorn med ett motstånd och höjer drivspänningen kan man få lika bra eller till och med bättre vridmoment med den bipolära kopplingen. Ju större motståndet är desto närmare kommer man konstantströmsdrift.

Innan man kan säga vad som är bättre eller sämre i någon mening så behöver man veta mer än bara hur fort motorn skall snurra. Huruvida det är konstantspänningsdrift eller någon form av konstantströmsdrift har stor betydelse men också om matningspänningen är opåverkbar, särskilt i konstantspänningsfallet. Sedan behövs ju dubbelt så många transistorer för att driva en bipolär motor som en unipolär vilket kan ha betydelse!

Om man dubblar matningsspänningen när man går från "Bipolar parallell" till "Bipolar series" är t.ex. deras prestanda identisk, men gör man det inte kommer man tappa vridmoment.

[sm7tjc]

Jag passar på att kasta in en liten fråga som förbryllat mig ett tag. Om jag har förstått saken rätt så drar en stegmotor samma effekt oberoende av varvtal. Det är därför som vridmomentet sjunker med ökar varvtal. Men en servomotor ger samma vridmoment oavsett varvtal, vilket innebär högre effektförbrukning med högre varvtal.

Anledningen att mata stegmotorn med högre spänning, via chopperstyrning, är ju att kompensera induktansens "motvillighet" (mot-EMK?). Men om jag då har en motor som är på 5V och 5A och matar den med 50V så borde den genomsnittliga strömförbrukningen hamna på 0,5A (Effekten är ju oförändrad).
Det jag vill komma fram till är att det inte borde behövas så kraftiga nätaggregat som oftast förespråkas. Med en kondensator som kan försörja strömtopparna så kan man spara in en hel del på nätaggregatet.
Eller är det jag som missuppfattat?

[SeniorLemuren]

@kimmen Aha. Så du menar att det Probotix påstår i sina diagrammen är felaktigt, och att det visst går att köra en motor bipolärt lika bra vid höga varv som unipolärt och dessutom tillgodogöra sig det högre vridet som en unipolär drivning ger, med hjälp av lite konstgjord andning utifrån? Jag frågade vart du inhämtat underlaget för dina påståenden ifrån.

Finns det underlag och labbtester som visar att de teorier du presenterar stämmer? I så fall vore det intressant att ta del av det. Eller är det bara dina egna teorier som kanske inte är direkt labbtestade du framför. I så fall föredrar jag att tro på Probotix diagram och utgår i från det när jag väljer drivsätt.

[kimmen]

Nej. Var har jag påstått att diagrammet skulle vara felaktigt? Probotix diagram ser rätt ut om det gäller konstantströmsdrift (t.ex. chopper) med samma matningspänning för alla fyra kopplingarna.

Att man kan få bättre prestanda ur en motor om man inte fyller halva lindningsutrymmet med strömlös koppartråd (som vid unipolär drivning) är helt uppenbart, men man måste ju anpassa drivförhållandena till motorn!

I det här fallet skall matningsspänningen dubblas när man går från "unipolar" till "series bipolar" eftersom antalet varv dubblats och induktansen fyrdubblats. Eftersom resistansen dock endast dubblats (i stället för att ha blivit fyra gånger så stor) blir förlusterna vid samma ineffekt lägre. Man kan därför öka strömmen till mer än hälften av vad man hade i det unipolära fallet, närmare bestämt till "NamePlate X 0.707" precis som de skriver på Probotix för samma lindningsförluster. Därmed blir vridmomentet 1.414 ggr så stort som från början.

Huruvida de två bifilärt lindade spolarna kopplas i parallell eller serie ger endast en impedansskalningsfaktor. Har man en låg matningsspänning kan parallellkopplingen vara att föredra för att skjuta upp området där varvtalet börjar falla, men har man en tillräckligt hög drivspänning kan seriekopplingen vara att föredra för att den ger halverade strömmar (vid samma vridmoment) vilket gör att man kan använda klenare transistorer.

Den här skillnaden är helt analog med den mellan serie- och parallellkoppling av de dubbla sekundärerna på en transformator. Man får ut samma effekt i båda fallen men vid olika spänning (och ström). Unipolär drift av en stegmotor kan jämföras med att endast använda ena sekundärlindningen på en transformator med dubbla sekundärlindningar vilket minskar den maximala effekt som går att ta ut.

Det är alltså för en FIXERAD matningsspänning diagrammet kommer att se ut som hos Probotix, men de matningsspänningar man brukar använda på 50V+ är ju höga just av den anledningen att vridmomentet inte ska hinna falla av betydligt vid det högsta varvtal som man har tänkt att motorn skall arbeta vid.

Kör man å andra sidan med en hjärndöd konstantspänningsdrift där man måste anpassa den maximala drivspänningen till vad motorn vill ha vid den lägsta hastighet som den skall arbeta vid (t.ex. stillastående) får man däremot katatstrofalt dålig höghastighetsprestanda i jämförelse med alla sorters konstantströmsdrivningar!

[kimmen]

Anledningen att mata stegmotorn med högre spänning, via chopperstyrning, är ju att kompensera induktansens "motvillighet" (mot-EMK?). Men om jag då har en motor som är på 5V och 5A och matar den med 50V så borde den genomsnittliga strömförbrukningen hamna på 0,5A (Effekten är ju oförändrad).
Det jag vill komma fram till är att det inte borde behövas så kraftiga nätaggregat som oftast förespråkas. Med en kondensator som kan försörja strömtopparna så kan man spara in en hel del på nätaggregatet.
Eller är det jag som missuppfattat?

Om (en tvåfasig bipolär) motor är specad 5V och 5A per fas innebär det normalt att fasen drar 5A när man lägger på 5V och motorn står still, alltså att lindningsresistansen är 1 ohm. Förlusteffekten blir då 25W per fas, dvs 50W totalt om den är specad för att båda faserna skall få drivas samtidigt med den strömmen.

Den kommer alltså dra 1A från 50V-strömförsörjningen tack vare choppern när den står still med full ström i båda faslindningarna. Eftersom strömmen kommer att vara konstant (vid tillräckligt låga varvtal) kommer den hela tiden att ha 50W lindningsförluster (vid helstegsdrift) men mekanisk effekt levereras ju också. I det här fallet kommer ineffekten då att vara mekanisk effekt ut + kärnförluster + 50W lindningsförluster. Vid höga varvtal kommer den mekaniska effekten ut vida överstiga förlusterna och effektbehovet från kraftkällan blir därefter!

För konstantspänningsdrift, då spänningskällan skulle ha varit på 5V, skulle däremot motorn aldrig kunna dra mer än 50W från och vridmomentet skulle falla snabbt mot höga varvtal.

Den höga drivspänningen behövs inte bara för att "ladda" induktanserna snabbt men också för att permanentmagneterna i motorn (om den har sådana) inducerar en spänning i lindningarna som även den måste övervinnas.