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Dieses Buch vermittelt Kenntnisse über: Aufbau, Wirkungsweise und Betriebsverhalten sämtlicher gängigen Schrittmotorarten – Grundlagen und praktische Hinweise über elektronische Ansteuerschaltungen und Signalverarbeitung – Kenntnisse über Untersuchungsmöglichkeiten des dynamischen Verhaltens und der Stabilität von Schrittmotorantrieben in Phasenebene – Auslegungskriterien für den optimalen Entwurf von Schrittmotorantrieben und deren Komponenten – Kenntnisse über verschiedene Messmethoden und Messeinrichtungen zur Ermittlung statischer und dynamischer Motor- bzw. Antriebsparameter –…mehr
Dieses Buch vermittelt Kenntnisse über: Aufbau, Wirkungsweise und Betriebsverhalten sämtlicher gängigen Schrittmotorarten – Grundlagen und praktische Hinweise über elektronische Ansteuerschaltungen und Signalverarbeitung – Kenntnisse über Untersuchungsmöglichkeiten des dynamischen Verhaltens und der Stabilität von Schrittmotorantrieben in Phasenebene – Auslegungskriterien für den optimalen Entwurf von Schrittmotorantrieben und deren Komponenten – Kenntnisse über verschiedene Messmethoden und Messeinrichtungen zur Ermittlung statischer und dynamischer Motor- bzw. Antriebsparameter – Anwendungsbeispiele und praktische Hinweise für den optimalen Einsatz von Schrittmotoren.
Der Autor: Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Erich Rummich, Institut für Elektrische Antriebe und Maschinen, Technische Universität Wien
Inhaltsangabe
1 Grundlagen der Schrittantriebe 1.1 Einführung 1.2 Grundtypen von Schrittmotoren 1.2.1 Reluktanzschrittmotoren 1.2.2 Permanentmagnetisch erregte Schrittmotoren 1.2.3 Hybridschrittmotoren 1.3 Erzeugung des Schrittfeldes 1.3.1 Gegenüberstellung Drehfeld - Schrittfeld 1.3.2 Ständerwicklungen für Schrittmotoren 1.3.3 Vollschrittbetrieb 1.3.4 Halbschrittbetrieb 1.3.5 Mikroschrittbetrieb 1.3.6 Bestromungstabellen 1.3.7 Unipolare und bipolare Anspeisung der Ständerwicklung 1.4 Statischer Drehmomentenverlauf 1.4.1 Haltemoment der PM-Motoren 1.4.2 Haltemoment bei VA-Motoren 1.5 Einzelschritt-Betrieb 1.6 Berechnung des magnetischen Kreises 1.7 Energetische Betrachtungen, Ermittlung des statischen Drehmomentes 1:8 Kennlinien bei variabler Schrittfrequenz im Stationärbetrieb 1.9 Schrittmotorantrieb 2 Reluktanzmotoren und Sonderbauarten 2.1 Reluktanzmotoren 2.1.1 Einständerbauweise 2.1.2 Mehrständerausführung 2.1.3 Schrittwinkel und Ausführbarkeitsbedingungen 2.1.3.1 Einständer-VA-Motoren mit Einzelzähnen im Ständer 2.1.3.2 Einständer-V A-Motoren mit hoher Schrittauflösung 2.1.4 Optimale Zahn- und Nutform 2.1.5 Betriebsarten von Reluktanzmotoren 2.2 Scheibenmagnet-Schrittmotoren 2.3 Einsträngige PM-Schrittmotoren 2.4 Linearschrittantriebe 2.4.1 Elektromagnetische Linearschrittantriebe 2.4.2 Piezoelektrische Schrittmotoren 3 Permanentmagnetisch erregte Schrittmotoren 3.1 Einleitung 3.2 Aufbau der Schrittmotoren mit Wechselpolläufer 3.3 Klauenpolschrittmotor 3.3.1 Konstruktive Details 3.3.2 Magnetqualität 3.3.3 Drehmoment und Schrittwinkelbereich 3.4 Schrittmotor mit Polwicklung 3.5 Funktionsweise 3.5.1 Vollschritt-Halbschritt-Minischrittbetrieb 3.5.2 Steuerschaltungen des Schrittmotors 3.5.3 Haltemoment 3.5.4 Positioniergenauigkeit 3.5.5 Betriebskennlinien 3.5.6 Messung der Betriebskennlinien 3.6 Klauenpolschrittmotor mit Lagegeber 3.7 Anwendungsgebiete 4 Hybrid-Schrittmotoren 4.1 Einleitung 4.2 Aufbau und Funktion des Hybrid-Schrittmotors 4.2.1 Grundfunktion - Erhöhung der Schrittzahl 4.2.2 Klauenpolprinzip - Aufbau des Rotors 4.2.3 Stator des Hybrid-Schrittmotors 4.2.4 Einfluß der Strangzahl 4.2.5 Magnetisches Modell 4.3 Eigenschaften von 2-Phasen- und 5-Phasen-Schrittmotoren 4.3.1 Anzahl der Schrittpositionen 4.3.2 Haltemoment - Zeigerdarstellung 4.3.3 Vergleich der Haltemomente 4.3.4 Rastmoment 4.3.5 Schrittmotor als schwingungsfähiges System 4.3.5.1 Parametererregte Pendelungen 4.3.5.2 Selbsterregte Pendelungen 4.4 Kennlinien und Kenngrößen 4.4.1 Darstellung der Betriebskennlinien 4.4.2 Lastwinkel/Schleppfehler 4.4.3 Verhältnis von Geschwindigkeit zu Auflösung Liste der verwendeten Formelzeichen und Symbole 5 Leistungselektronik und Signalverarbeitung 5.1 Einleitung 5.2 Betrieb von Schrittmotoren 5.2.1 Elektrisches Ersatzschaltbild 5.2.2 Aufbau des Stromes 5.2.3 Betriebsarten von Schrittmotoren 5.2.4 Ansteuerschaltungen 5.2.5 Grundschaltungen von Fünfphasen-Schrittmotoren 5.2.6 Mikroschrittbetrieb 5.3 Komponenten des Schrittmotorantriebs 5.3.1 Leistungsansteuerung 5.3.2 Schaltungsbeispiele 5.3.3 Pulserzeugung 5.4 Schrittmotor im geschlossenen Lageregelkreis 5.4.1 Motivation 5.4.2 Erfassung der Rotorlage 5.4.3 "Drehüberwachung 5.4.4 Stellgrößen zur Beeinflussung des Drehmoments 5.4.5 Schrittmotor im geregelten Betrieb Liste der verwendeten Formelzeichen und Symbole 6 Untersuchung der Bewegungsvorgänge von Schritt- antrieben in der Phasenebene 6.1 Nichtlineare Bewegungsgleichung 6.2 Bewegungsvorgänge in der Phasenebene 6.3 Phasenporträt des nichtlinearen Schwingers 6.4 Einzelschritt-Fortschaltung 6.5 Bewegungsvorgänge bei Schrittsequenzen 6.6 Stabilitätsgrenze bei Schrittsequenzen 6.7 Resonanzzonen im Stationärbetrieb 7 Auslegung von Schrittmotorantrieben 7.1 Einleitung 7.2 Grundsätzliche Vorgehensweise bei der Motorauswahl 7.2.1 Abschätzung des Antriebs 7.2.2 Umrechnung der Lastdaten 7.2.3 Ermittlung der Start/Stop-Frequenz 7.2.4 Wahl der Fahrgeschwindigkeit bei linearer Rampe 7.2.5 Getriebe 7.3 Optimierung des Antriebs 7.3.1 Rampen für hohe Fahrgeschwindigkeit 7.3.2 Optimierung der Schrittfolge für kurze Wege 7.3.3 Einfluß von Strom, Spannung und Wicklung auf das Betriebsverhalten 7.3.4 Einfluß der Schaltungsart 7.3.5 Erwärmung von Schrittmotoren 7.4 Praktische Hinweise 7.4.1 Temperaturmessung bei der Inbetriebnahme 7.4.2 Ankupplung von Schrittmotoren 7.4.3 Lebensdauer 8 Messung und Optimierung von Schrittantrieben 8.1 Einleitung 8.2 Statische Momente am Schrittmotor 8.2.1 Selbsthaltemoment Ms 8.2.2 Haltemoment MH 8.2.3 Statischer Lastwinkel 8.3 Dynamische Momente am Schrittmotor 8.4 Einzelschrittverhalten (Single step response) 8.5 Schrittwinkeltoleranzen 8.6 Dynamischer Lastwinkel 8.7 Optimierung von Schrittprogrammen Literaturverzeichnis Sachregister Autorenverzeichnis
"Grundlagen der Schrittantriebe - Reluktanzmotoren und Sonderbauarten - Permanentmagnetisch erregte Schrittmotoren - Hybrid-Schrittmotoren - Leistungselektronik und Signalverarbeitung - Untersuchung der Bewegungsvorgänge von Schrittantrieben in der Phasenebene - Auslegung von Schrittmotorantrieben - Messung und Optimierung von Schrittantrieben"
"Grundlagen der Schrittantriebe - Reluktanzmotoren und Sonderbauarten - Permanentmagnetisch erregte Schrittmotoren - Hybrid-Schrittmotoren - Leistungselektronik und Signalverarbeitung - Untersuchung der Bewegungsvorgänge von Schrittantrieben in der Phasenebene - Auslegung von Schrittmotorantrieben - Messung und Optimierung von Schrittantrieben"
1 Grundlagen der Schrittantriebe 1.1 Einführung 1.2 Grundtypen von Schrittmotoren 1.2.1 Reluktanzschrittmotoren 1.2.2 Permanentmagnetisch erregte Schrittmotoren 1.2.3 Hybridschrittmotoren 1.3 Erzeugung des Schrittfeldes 1.3.1 Gegenüberstellung Drehfeld - Schrittfeld 1.3.2 Ständerwicklungen für Schrittmotoren 1.3.3 Vollschrittbetrieb 1.3.4 Halbschrittbetrieb 1.3.5 Mikroschrittbetrieb 1.3.6 Bestromungstabellen 1.3.7 Unipolare und bipolare Anspeisung der Ständerwicklung 1.4 Statischer Drehmomentenverlauf 1.4.1 Haltemoment der PM-Motoren 1.4.2 Haltemoment bei VA-Motoren 1.5 Einzelschritt-Betrieb 1.6 Berechnung des magnetischen Kreises 1.7 Energetische Betrachtungen, Ermittlung des statischen Drehmomentes 1:8 Kennlinien bei variabler Schrittfrequenz im Stationärbetrieb 1.9 Schrittmotorantrieb 2 Reluktanzmotoren und Sonderbauarten 2.1 Reluktanzmotoren 2.1.1 Einständerbauweise 2.1.2 Mehrständerausführung 2.1.3 Schrittwinkel und Ausführbarkeitsbedingungen 2.1.3.1 Einständer-VA-Motoren mit Einzelzähnen im Ständer 2.1.3.2 Einständer-V A-Motoren mit hoher Schrittauflösung 2.1.4 Optimale Zahn- und Nutform 2.1.5 Betriebsarten von Reluktanzmotoren 2.2 Scheibenmagnet-Schrittmotoren 2.3 Einsträngige PM-Schrittmotoren 2.4 Linearschrittantriebe 2.4.1 Elektromagnetische Linearschrittantriebe 2.4.2 Piezoelektrische Schrittmotoren 3 Permanentmagnetisch erregte Schrittmotoren 3.1 Einleitung 3.2 Aufbau der Schrittmotoren mit Wechselpolläufer 3.3 Klauenpolschrittmotor 3.3.1 Konstruktive Details 3.3.2 Magnetqualität 3.3.3 Drehmoment und Schrittwinkelbereich 3.4 Schrittmotor mit Polwicklung 3.5 Funktionsweise 3.5.1 Vollschritt-Halbschritt-Minischrittbetrieb 3.5.2 Steuerschaltungen des Schrittmotors 3.5.3 Haltemoment 3.5.4 Positioniergenauigkeit 3.5.5 Betriebskennlinien 3.5.6 Messung der Betriebskennlinien 3.6 Klauenpolschrittmotor mit Lagegeber 3.7 Anwendungsgebiete 4 Hybrid-Schrittmotoren 4.1 Einleitung 4.2 Aufbau und Funktion des Hybrid-Schrittmotors 4.2.1 Grundfunktion - Erhöhung der Schrittzahl 4.2.2 Klauenpolprinzip - Aufbau des Rotors 4.2.3 Stator des Hybrid-Schrittmotors 4.2.4 Einfluß der Strangzahl 4.2.5 Magnetisches Modell 4.3 Eigenschaften von 2-Phasen- und 5-Phasen-Schrittmotoren 4.3.1 Anzahl der Schrittpositionen 4.3.2 Haltemoment - Zeigerdarstellung 4.3.3 Vergleich der Haltemomente 4.3.4 Rastmoment 4.3.5 Schrittmotor als schwingungsfähiges System 4.3.5.1 Parametererregte Pendelungen 4.3.5.2 Selbsterregte Pendelungen 4.4 Kennlinien und Kenngrößen 4.4.1 Darstellung der Betriebskennlinien 4.4.2 Lastwinkel/Schleppfehler 4.4.3 Verhältnis von Geschwindigkeit zu Auflösung Liste der verwendeten Formelzeichen und Symbole 5 Leistungselektronik und Signalverarbeitung 5.1 Einleitung 5.2 Betrieb von Schrittmotoren 5.2.1 Elektrisches Ersatzschaltbild 5.2.2 Aufbau des Stromes 5.2.3 Betriebsarten von Schrittmotoren 5.2.4 Ansteuerschaltungen 5.2.5 Grundschaltungen von Fünfphasen-Schrittmotoren 5.2.6 Mikroschrittbetrieb 5.3 Komponenten des Schrittmotorantriebs 5.3.1 Leistungsansteuerung 5.3.2 Schaltungsbeispiele 5.3.3 Pulserzeugung 5.4 Schrittmotor im geschlossenen Lageregelkreis 5.4.1 Motivation 5.4.2 Erfassung der Rotorlage 5.4.3 "Drehüberwachung 5.4.4 Stellgrößen zur Beeinflussung des Drehmoments 5.4.5 Schrittmotor im geregelten Betrieb Liste der verwendeten Formelzeichen und Symbole 6 Untersuchung der Bewegungsvorgänge von Schritt- antrieben in der Phasenebene 6.1 Nichtlineare Bewegungsgleichung 6.2 Bewegungsvorgänge in der Phasenebene 6.3 Phasenporträt des nichtlinearen Schwingers 6.4 Einzelschritt-Fortschaltung 6.5 Bewegungsvorgänge bei Schrittsequenzen 6.6 Stabilitätsgrenze bei Schrittsequenzen 6.7 Resonanzzonen im Stationärbetrieb 7 Auslegung von Schrittmotorantrieben 7.1 Einleitung 7.2 Grundsätzliche Vorgehensweise bei der Motorauswahl 7.2.1 Abschätzung des Antriebs 7.2.2 Umrechnung der Lastdaten 7.2.3 Ermittlung der Start/Stop-Frequenz 7.2.4 Wahl der Fahrgeschwindigkeit bei linearer Rampe 7.2.5 Getriebe 7.3 Optimierung des Antriebs 7.3.1 Rampen für hohe Fahrgeschwindigkeit 7.3.2 Optimierung der Schrittfolge für kurze Wege 7.3.3 Einfluß von Strom, Spannung und Wicklung auf das Betriebsverhalten 7.3.4 Einfluß der Schaltungsart 7.3.5 Erwärmung von Schrittmotoren 7.4 Praktische Hinweise 7.4.1 Temperaturmessung bei der Inbetriebnahme 7.4.2 Ankupplung von Schrittmotoren 7.4.3 Lebensdauer 8 Messung und Optimierung von Schrittantrieben 8.1 Einleitung 8.2 Statische Momente am Schrittmotor 8.2.1 Selbsthaltemoment Ms 8.2.2 Haltemoment MH 8.2.3 Statischer Lastwinkel 8.3 Dynamische Momente am Schrittmotor 8.4 Einzelschrittverhalten (Single step response) 8.5 Schrittwinkeltoleranzen 8.6 Dynamischer Lastwinkel 8.7 Optimierung von Schrittprogrammen Literaturverzeichnis Sachregister Autorenverzeichnis
"Grundlagen der Schrittantriebe - Reluktanzmotoren und Sonderbauarten - Permanentmagnetisch erregte Schrittmotoren - Hybrid-Schrittmotoren - Leistungselektronik und Signalverarbeitung - Untersuchung der Bewegungsvorgänge von Schrittantrieben in der Phasenebene - Auslegung von Schrittmotorantrieben - Messung und Optimierung von Schrittantrieben"
"Grundlagen der Schrittantriebe - Reluktanzmotoren und Sonderbauarten - Permanentmagnetisch erregte Schrittmotoren - Hybrid-Schrittmotoren - Leistungselektronik und Signalverarbeitung - Untersuchung der Bewegungsvorgänge von Schrittantrieben in der Phasenebene - Auslegung von Schrittmotorantrieben - Messung und Optimierung von Schrittantrieben"
Rezensionen
"Neben Spezialthemen erhält der Leser einen guten Überblick über das gesamte Gebiet." Mechatronik F& M "Die anschauliche Darstellungsweise ermöglicht dem Leser ein problemloses Eindringen in dieses Gebiet." Elektropraktiker "Das vorliegende Werk ist leicht fasslich geschrieben, jedoch lässt es keinen Wunsch an Gründlichkeit offen. Es ist jedem Elektrotechniker, der sich mit moderner Positionierungstechnik beschäftigt, aufrichtig zu empfehlen, zumal man sich sehr rasch einliest und auch in einzelnen Kapiteln gut nachschlagen kann." Konstruktiv "Der Leser erhält nicht nur Antwort auf unterschiedliche Spezialfragen, sondern auch einen guten Überblick über das gesamte Gebiet; das Buch ist somit sowohl Praktikern wie auch Studierenden bestens zu empfehlen." Elektrotechnik + Informationstechnik Buchvorstellung auch erschienen im "SPS Magazin - Zeitschrift für Automatisierungstechnik".
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