Stromversorgung, Mikrocontroller(Schrittmotor)

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo ihr Lieben,

ich habe von Elektrotechnik leider nicht so viel Ahnung, es interessiert mich aber sehr, gerade wegen meinem Hobby. Ich habe einen Arduino Mega (also ein Mikrocontroller) den ich mit einem Motortreiber(EasyDriver von Schmalzhaus) verbunden habe, der wiederum einen Schrittmotor(von Mercury, Modelltyp: SM-42BYG011-25) ansteuert.

Hier habe ich mal ein paar technische Hinweiße für euch:
Motortreiber (am besten schaut ihr unten bei Features):
https://www.sparkfun.com/products/10267

Schrittmotor:
https://www.sparkfun.com/datasheets/Robotics/SM-42BY…

Ich will einen kleinen autonomen Roboter bauen, der durch den Ultraschallsensor (http://www.amazon.com/Ultrasonic-Module-HC-SR04-Dist…) Objekte erkennt und dementsprechend reagiert. Das ganze klappt auch mehr oder weniger ich bin nur nicht mit der Leistung meines Schrittmotors zufrieden. Der läuft laut Datenblatt über 12V zur Zeit habe ich ein AC/DC Adapter als externe Energiequelle für den Motortreiber mit den Werten, 11V; 1,5VA und somit ca. 136mA. Nun habe ich in eine Forum gelesen, dass man für eine anständige Ansteuerung des Motors eine zwei- bis dreifache Spannung zur Verfügung stellen sollte also ca. 24V bis 36V, wobei der EasyDriver max. 30V unterstützt.

Meine erste Frage ist nun:
Wie viel Ampere darf ich denn in den EasyDriver einspeisen? Ich habe nämlich 24V Adapter gesehen die zwischen 500mA und 2A liefern können. Ich würde eher zu dem 500mA tendieren, z.B. der hier:
http://www.elektronik-24.de/Festspannung-Schaltnetzt…

Nun meine zweite Frage:
Da der Roboter auch wie gesagt autonom werden soll und ich dem kleinen nicht immer seine Stromversorgung nachtragen will :smile: suche ich einen passenden Akku dazu. Das einzigen 24V Akkus die ich über die Google-Suche fand waren Ersatzakkus für Akkuschrauber etc., damit kann ich natürlich nicht richtig arbeiten. Hat jemand eine Idee wo ich was passendes finde?

Liebe Grüße Matthias

#2

Zum einen bestimmt die Last die Stromaufnahme (wenn die Spannung fest liegt), nicht das Netzteil. Zum anderen steht im Datenblatt zum Motorbaustein das dieser eine Stromregelung zwischen 150 und 750mA hat.

Von der Theorie her könntest du also ein Netzteil mit der Nennspannung nehmen, das darf dann auch 1KA liefern… die Stromregelung und die Last bestimmen dann die Stromaufnahme.

Aber ich würde eines auf jeden Fall vorschlagen: Eine Feinsicherung kann nie schaden!

#3

Hallo,

ich bin ein wenig verwirrt.

Der Schrittmotor will 12 V, nicht mehr und nicht weniger!

In der Regel kannst du zwar Schrittmotoren mit einer höherer Spannung als spezifiziert betreiben, oftmals produzierst du aber eher Wärme.

Grundsätzlich wäre ein Steckernetzeil mit 12V und 1500mA absolut ausreichend.

Zu:

„Ich bin nur nicht mit der Leistung meines Schrittmotors zufrieden“

Was heißt das konkret? Wenn er dir grundsätzlich zu schwachbrüstig ist, mußt du halt ein anderes Modell nehmen. Berücksichtige bitte auch die Eigenheiten des Motortreibers und dessen Ansteuerung.

Denke auch dran: Je höher die Geschwindigkeit, je geringer „die Kraft“.

Einige Hinweise findest du z.B. hier:

http://bildr.org/2011/06/easydriver/

Damit hat sich dir Frage nach dem Akku auch beantwortet. 12 oder 13,8 Volt.

Grüße

godam

#4

Hallo godam,

vielen Dank für diene Hilfe. Was den Schrittmotor angeht; wenn ich mich nicht verlesen habe steht in dem Datenblatt, welches ich auch als Link im ersten Post angegeben habe, dass der Motor 12V Spannung und 0,33A also 333mA benötigt.

Mit „Ich bin nur nicht mit der Leistung meines Schrittmotors zufrieden“ wollte ich sagen, dass er zu schwach ist. Bei dem Link den du mir geschickt hast, ist unten auch ein Video. Dort ist der Schrittmotor viel schneller als meiner.

Und das du sagtest:
Denke auch dran: Je höher die Geschwindigkeit, je geringer „die Kraft“, dachte ich mir, dass der Motor doch wenigstens Stärker sein sollte.

Was ich noch fragen wollte, wiegesagt ich habe nicht sehr viel Ahnung von Elektronik, wenn auch ungünstig bei dem Hobby aber ich will es ja lernen.
Also ich kann mir den Sinn der Spannung nicht ganz erklären. Ich weiß dass man mit Ampere die Stromstärke und mit Volt die Spannung angibt. Nun denke ich mir mal, bitte verbessere mich wenn es nicht stimmt, dass die Stromstärke das Drehmoment am Motor regelt, also quasi wie fest ich die Welle des Motors halten müsste um ein drehen zu verhindern. Wenn das so ist, kann man dann sagen, dass die Spannung die Geschwindigkeit regelt?

Ich war heute morgen in einem Elektroladen und habe mir, wie du vorgeschlagen hast ein 12V mit 1500mA Netzteil gekauft, mit dem klappt das auch ganz gut, ich glaube nur, dass ich andere Zahnräder benötige. ich habe nun auch die Übersetzung geändert jetzt läuft er wenigsten schneller. Viel Kraft wär mir aber lieber aber das machen meine Zahnräder nicht mit. Ich mir mit meinen alten Lego-Technik Bauteilen ein Prototyp :smile: gebaut.

Liebe Grüße Matthias

#5

Hallo Andre,

auch dir möchte ich für deine schnelle Antwort helfen. Dass der Motortreiber einen eingebauten Poti hat, habe ich auch gelesen nur habe ich mich gefragt ob es dann falsch ist mehr als 750mA einzuspeisen. Klar das eine hat mit dem andern nicht direkt etwas zu tun, doch trotzdem war ich mir unsicher.

Wenn ich dich also richtig verstanden habe nimmt sich der Treiber so viel Ampere wie er braucht. Wenn es also so was wie 12V und 10A geben würde könnte ich den ohne bedenken dran machen. Wenn das so stimmt, ist der Motor dann auch stärker? Besser gesagt, bedeutet das, je mehr Ampere desto mehr Kraft und schadet das auch nicht dem Motor, da doch dort nur etwas von 333mA steht.

Liebe Grüße Matthias

#6

Hallo godam,

ich bin ein wenig verwirrt.
Der Schrittmotor will 12 V, nicht mehr und nicht weniger!

Scheinbar hast du dich noch nicht wirklich mit Schrittmotoren befasst.

Bei Schrittmotoren wird meist die maximale DC-Spannung an der Spulen angegeben und die beträgt oft nur wenige Volt.
Dies ist aber nicht die benötigte Betriebsspannung!

Praktisch ist aber ein Schrittmotor eine recht grosse Induktivität, welche gerne mal mit einer Frequenz im Bereich von 1-10kHz betrieben werden soll. Um unter diesen Umständen noch einen genügenden Strom hinzubekommen, muss man entsprechende Spannungen anlegen.

Grundsätzlich ist ein Elektromagnet stromgesteuert, für die Kenngrösse braucht man nur den Strom und die Anzahl Windungen, die Spannung kommt in der Formel gar nicht vor!

Ein Schrittmotor wird deshalb richtigerweise über Stromquellen angesteuert.
Früher verwendete man dazu meist Wiederstände und bei komplexeren Schaltungen umschaltbare Spannungen. Heute wird ein Schrittmotor über PWM angesteuert um die entsprechende Stromkennlinie zu erhalten.

MfG Peter(TOO)

Schrittmotor mit welchem Shield betreiben
#7

Hallo Bryan,

vorab: ich bin auf diesem Gebiet leider kein „echter“ Experte. Neben mir liegen zwar 4 Schrittmotoren und diverse Arduinos, es fehlte mir bisher aber an Zeit und Kraft, mich intensiv mit dieser Thematik zu beschäftigen. Kurz: Es gibt diesbezüglich sicherlich klügere Köpfe als meiner einer.

Zu:

„Dort ist der Schrittmotor viel schneller als meiner“

Da tippe ich doch mal ganz spontan auf einen Fehler in deinem Sketch.

Die Spannung von 12V braucht er, um überhaupt „Guten Tag“ sagen zu können (Ausnahmen bestätigen jede Regel). Diese ist gegeben, da dieser Motor eben 12V will. Er wird nicht automatisch schneller, wenn du ihm mehr Spannung zuführst.

Den Strom braucht er eben. Ende und aus. Er säuft nicht mehr, als er braucht.

Zu:

„Wenn das so ist, kann man dann sagen, dass die Spannung die Geschwindigkeit regelt?“

Wohl weniger.

Bei einem Schrittmotor dieser Bauart (Peter möge mich korrigieren), wird das Verhalten - sofern Spannungsversorgung 12V und entsprechend Strom zur Verfügung steht - ausschließlich durch die Ansteuerung seitens des Arduino bestimmt.

Wenn du mit dem Verhalten des Schrittmotors nicht zufrieden bist, wirf einen Blick auf den Code.

Dazu kann man aus der Ferne naturgemäß wenig sagen, den wir kennen den Code/Sketch ja nicht.

Arbeitest du mit einer Bibliothek/Library? Für die ersten Schritte immer wieder nett:

http://arduino.cc/en/Reference/Stepper?from=Tutorial…

Grundsätzlich solltest du dich über den Unterschied zwischen Strom und Spannung informieren. Ich habe das Gefühl, daß du diesbezüglich relativ unsicher bist.

Übersetzung und Zahnräder:

Wenn jetzt dein Schrittmotor extrem leistungsfähig wäre, würden es die Lego-Zahnräder „nicht mitmachen“. Alle Komponenten müssen sich vertragen und - um ein optimales Ergebnis zu erziehlen - aufeinander abgestimmt sein.

Du solltest dich einmal mit

http://en.wikipedia.org/wiki/Torque

auseinandersetzen. Habe Geduld, auch ich habe noch nicht alles verstanden und arbeite an einem 1 Meter großen Kampfroboter.

Im übrigen empfehle ich dir, ein Buch zu kaufen (und zu lesen), in dem diese Grundlagen erklärt werden. Spart Geld (Einkauf nicht geeigneter Komponenten) und soooo viel Zeit und Frust.

Hab Spaß und Willkomen im Team!

godam

#8

Hallo Peter,

da haben sich unsere Mails überschnitten (s.u.).

Zu:

„Scheinbar hast du dich noch nicht wirklich mit Schrittmotoren befasst“

Zu wenig.

„Heute wird ein Schrittmotor über PWM angesteuert um die entsprechende Stromkennlinie zu erhalten.“

Eines der wenigen Dinge, die ich weiß.

Allein:

Der Ursprungsposter hat ein Modell genannt. Wohl ein Nema-17-Derivat.

Ich lerne - und dies ist durchaus ernst gemeint - immer wieder gerne dazu. Einer der Gründe, warum ich dieses Forum besuche und Beträge wie die deinen als bereichernd empfinde.

Bei meiner Antwort auf die Frage des Ursprungsposters wollte ich nur ausdrücken, daß mehr Spannung nicht automatisch mehr Leistung bringt.

Sicherlich ist dir auch bekannt, daß es bei Schrittmotoren durchaus unterschiedliche Ausführungen gibt.

Zur Ansteuerung - er steuert ja das Ding über einen Arduino und PMW - habe ich doch einen entsprechenden Link benannt.

Was habe ich also wieder mal falsch gemacht?

Stets lernfähig

godam

#9

Hallo godam,

Was habe ich also wieder mal falsch gemacht?

Das mit der Spannung :wink:

Die angegeben Spannung ist diejenige DCC-Spannung welche als Gleichstrom angelegt werden kann (Haltemoment), wenn der Motor steht.

Beim Betrieb mit konstanter Spannung nimmt das Drehmoment mit der Schrittfrequenz ab, da auch der Strom abnimmt.

Wir haben vor rund 30 Jahren 3V-Schrittmotore dynamisch mit bis zu 100V betrieben um Schrittfrequenzen im kHz-Bereich erreichen zu können.

MfG Peter(TOO)

#10

Hallo,

immerhin ein Smiley … Weiß ich zu schätzen.

Hat aber aber alles nichts mit der Ursprungsfrage zu tun. 'Und haben wir uns nicht hier alle versammelt, um Fragen zu beantworten? Na ja, zumindest du und ich und noch einige andere.

Zu:

„Wir haben vor rund 30 Jahren 3V-Schrittmotore dynamisch mit bis zu 100V betrieben um Schrittfrequenzen im kHz-Bereich erreichen zu können.“

Glaube ich dir unbesehen. Hat aber auch nichts mit dem Problem des Fragenden zu tun, oder?

Grüße

godam

#11

Nein, da der Ausgangsstrom nachgeregelt wird. Mal anders erklärt: Ob du eine Glühbirne bei dir zu hause an 230V betreibst oder direkt im Kraftwerk an einer 230V Steckdose… sie brennt gleich hell! Egal ob der Netztrafo 400KVA oder 600MVA hat.

#12

Nun zum Akku
Ich habe nun mal ein wenig nach 12 Volt Akkus gegooglet. Dort steht allerdings nichts von Ampere nur von Amperestunden und wenn ich mich nicht Irre ist doch Ah die Kapazität.

Folgender Satz steht bei Wikipedia im Bereich Amperestunden:
„Eine Amperestunde ist die Ladungsmenge, die innerhalb einer Stunde durch einen Leiter fließt, wenn der elektrische Strom konstant 1 A beträgt.“

Mein Netzteil hat allerdings 1,5 Ampere und wenn ich Andre richtig verstanden habe, könnte ich auch ein Netzteil oder Akku mit viel mehr z.B. 10A benutzen, ohne dass es negative folgen hat. Ich Schätze mal, dass geringere Stromstärken nicht zu empfehlen sind.?

Aber wie komme ich nun von Amperestunden[Ah] auf Ampere[A]? Jetzt sagt bitte nicht ich soll durch Stunde[h] teilen :smile: dann gäbe es ja kaum Akkus oberhalb von 2A.?

Liebe Grüße Matthias

#13

Dein Netzteil liefert 1,5A. Jetzt, in 10 Minuten, in einem Tag und mit etwas Glück auch noch in zwei Jahren. Diese Leistung ist also unter optimalen Bedingungen immer abrufbereit, steht zur Verfügung, kann „verbraucht“ werden.

Zu:

„Aber wie komme ich nun von Amperestunden[Ah] auf Ampere[A]?“

Genau so, wie von dir zitiert:

„Eine Amperestunde ist die Ladungsmenge, die innerhalb einer Stunde durch einen Leiter fließt, wenn der elektrische Strom konstant 1 A beträgt.“

Wenn also deine Konstruktion 1 Ampere verbraucht, hält ein Akku mit einer Kapazität von 1Ah genau eine Stunde (vereinfachte Darstellung), ein Akku mit einer Kapazität von 10Ah 10 Stunden usw.

Und: Schwund gibts immer.

Peter II hat doch schon einiges zu dieser Problematik gesagt.

Ich wiederhole meine Empfehlung: Kauf dir ein vernünftige Buch zu diesem Themenkomplex. Es lohnt sich.

Hier EIN lesenswertes Werk:

http://macherzin.net/blogpost125

Grüße

godam

#14

Hallo godam,

Danke nochmals für deine Antwort. :smile:
Ich habe schon zwei Aruduinobücher:

  1. Die elektronische Welt mit Arduino entdecken
  2. Physical Computing für Bastler, Designer & Geeks

In dem ersten habe ich auch schon seht viel gemacht, doch größere Projekte sind dort nicht drin. Was ich sehr gut an den Büchern finde ist, dass man auch sehr viel über Elektronik erfährt, aber nunmal nicht alles und außerdem kann man das Buch nichts fragen :smile:

Noch eine letzte Frage:
Dann kann ich doch auch bestimmt eine „Rollerbatterie“ mit 12V und z.B. 5Ah benutzen, ohne dass irgendwas kaputt geht, oder? Die ist zwar ziemlich schwer aber immer noch leichter als eine Autobatterie.

Liebe Grüße Matthias

#15

Hallo,
da der Fragesteller noch so viele Defizite hat, vermute ich mal, daß er auch nicht weiß, wovon die Drehzahl eines Schrittmotors wirklich abhängt.
Bisher ging es doch nur um den Schlupf bei unzureichender Ansteuerung / Stromversorgung. Oder habe ich was überlesen?
Gruß
Bernd

#16

Hallo Bernd,

danke für deine Aufmerksamkeit, es ist richtig elektrich gesehen weiß ich es nicht auf das Programm bezogen denke ich aber schon.

Also je größer der delay in dem Programm desto mehr Zeit verstreicht zwischen den einzelnen Schritten.
Um mechanisch gesehen die Drehzahl zu erhöhen, was zur Folge hat dass die Kraft sinkt, könnte ich am Motor ein größeres Zahnrad anbringen als an der Achse, an der die Räder befestigt sind.
Beim Radnarbenmotor bzw. beim LHC ist es ja so, dass Magnete einzeln elektrisch an- und abgeschaltet werden können. Somit kann man z.B. beim LHC einzelne Atomteilchen sehr schnell durch „ziehen“ der Teilchen, eine Vorwärtsbewegung erreichen. Bei der geringen Masse und fast Vakuum geht diese „Vorwärtsbewegung“ auch asymptotisch zur Lichtgeschwindigkeit. Doch um das auch mit meinem Motor zu erreichen fehlen leider nicht nur mir die passenden Akkus :smile:

Nun würde es mich mal interessieren wie der Strom dafür sorgt, dass sich die Welle am Motor schneller oder langsamer bewegt. Das hat doch bestimmt etwas mit der Spannung zu tun, oder?

Liebe Grüße Matthias

#17

Hallo Matthias,

Nun würde es mich mal interessieren wie der Strom dafür sorgt,
dass sich die Welle am Motor schneller oder langsamer bewegt.
Das hat doch bestimmt etwas mit der Spannung zu tun, oder?

Nein, beim Schrittmotor hat die Drehzahl gar Nichts mit der Spannung oder dem Strom zu tun!

http://de.wikipedia.org/wiki/Schrittmotor

MfG Peter(TOO)