Stappenmotor Microstap grootte vs koppel

Ik heb een vraag over een afstelling van een stappenmotor. Deze drijft een aanslag van een machine aan. dit werkt nu goed, maar ik zou graag de topsnelheid nog wat omhoog hebben. Wanneer ik echter de snelheid hoger instel gaat hij in een soort vibratie en stop de motor. Met andere woorden: de stappenmotor kan de pulsen niet bijhouden. Onbelast doet hij dit wel.

Aansturing: S7-1200 Siemens PLC. Uitgangen die gebruikt worden zijn Step en Dir.

Driver: http://stappenmotor.nl/Datasheets/microstapdrivers%20info/MSD-50-5.6.h…

Stappenmotor: http://stappenmotor.nl/Datasheets/ShiMotoren/34SM%20SB%20Serie.pdf

Ik heb de driver ingesteld op:
4000 pulsen per omwenteling
Half current bij stilstand
Current op 5,6A piek

De stappenmotor is Bipolair Parallel aangesloten.

Vraag 1: is het koppel te verhogen met deze configuratie?
Vraag 2: heeft de pulsen/omwenteling instelling invloed op het koppel?

Lambiek

Special Member

Op 4 juli 2017 13:47:07 schreef Rob Scherpenzeel:
Vraag 1: is het koppel te verhogen met deze configuratie?

Ja, dan moet je met je spanning omhoog, maar weet niet of dat voldoende resultaat geeft in jou geval.

Vraag 2: heeft de pulsen/omwenteling instelling invloed op het koppel?

Ja, hoe groter je de stap resolutie kiest hoe meer koppel je verliest.

Stappenmotor: http://stappenmotor.nl/Datasheets/ShiMotoren/34SM%20SB%20Serie.pdf

Deze motor staat er niet bij, dus wat is het houdkoppel van jou motor?

Wanneer ik echter de snelheid hoger instel gaat hij in een soort vibratie en stop de motor.

Dat klopt, je motor gaat stappen missen.

Ik heb de driver ingesteld op: 4000 pulsen per omwenteling

Hoe kom je aan 4000 stappen per omwenteling, of mis ik nu iets? Heb je nog ergens een extra vertraging zitten?

Wat is de spanning die je gebruikt voor je driver?

Er zijn ook systemen met een terugkoppeling van je stappenmotor, die zijn wel iets duurder maar ook veel beter.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

4000 stappen kan ik aanpassen, dit heeft geen reden. het is instelbaar op de driver en in de PLC. ik zal dit aanpassen en testen.

De stappenmotor drijft met een overbrenging een kogelomloopspindel aan. De overbrenging is 1 omwenteling = 4,58mm verplaatsing.

Spanning voor de driver is 24VDC

Het systeem werkt nu in principe goed, maar ik ben nog op zoek naar wat optimalisatie als het mogelijk is. dus ik ga de stappen per omwenteling aanpassen en testen.

Op 4 juli 2017 13:53:13 schreef Lambiek:
[...]
Ja, dan moet je met je spanning omhoog, maar weet niet of dat voldoende resultaat geeft in jou geval.

Nee, met de stroom.

Het KAN zijn dat bij de huidige snelheid de boel z'n stroom niet haalt door de tegen-EMK. dan moet je om de stroom te KUNNEN verhogen met de spanning omhoog.

Ja, hoe groter je de stap resolutie kiest hoe meer koppel je verliest.

Ja, die las ik gisteren ook ergens. Ik DENK dat dit er op gebaseerd is dat je niet meer dan 1 microstap van de "gewenste positie" mag afwijken door het koppel van de belasting. Maar er is geen enkele reden waarom een hogere microstepping resolutie het koppel zou reduceren als je kan leven met een sub-hele-stap afwijking in de positie (mogelijk alleen TIJDENS het bewegen).

In jou geval zal 1 stap 1/200e van een omwenteling zijn. 23 micrometer. Dus als je 4000 pulsen per omwenteling configureert had je een positionerings resolutie van iets meer dan 1 micrometer kunnen hopen, maar als je de boel gaat belasten, dan haal je dat niet meer. Op maximale belasting kan ie er tot wel 10 micron naast komen te zitten. Mwah, ik denk dat je dat kan hebben.

Vraagje. Doe je netjes een snelheidsprofiel? Dus accellereren tot een snelheid dan een tijdje op de "max" snelheid blijven en dan weer afremmen naar nul? Dat sheelt behoorlijk.

Trouwens, als het met die 5.6A niet lukt, het datasheet wat je linkte kwa stappenmotoren noemt er drie waarvan de heftigste 3.1A mag hebben. Of zie ik het verkeerd? Oh! Wacht! Je hebt de wikkelingen parallel gezet. Dan heb je dubbele stroom halve spanning nodig. Dan is 24V ruim voldoende. Als je de gewenste snelheid dan nog niet haalt, dan kan je het wel vergeten.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Lambiek

Special Member

Als je een hoger toerental wil halen moet de stroom en spanning omhoog, en niet alleen de stroom.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Neen. Om koppel te leveren moet je stroom hebben. Om stroom te kunnen hebben heb je IETS aan spanning nodig. Die spanning loopt op naarmate het toerental omhoog gaat.

Hij draait een 3V stappenmotor op 24V zou dat niet ongeveer genoeg moeten zijn?

Ik denk dat:
* De verwachtingen onrealistisch zijn. Een stappenmotor kan nu eenmaal niet zo hard. Merk op dat 30 jaar geleden de state-of-the-art 300 steps per seconde was. Dat is dan 1.5 omwenteling per seconde. Hier iets van 7mm/sec! Ik kan me voorstellen dat je dit langzaam vind.
* Er mogelijk direct, zonder accelleratie op de gewenste snelheid gepulsed wordt. Dan haal je met belasting al heel snel maar heel weinig.

Anderzijds... Eventueel tijdelijk de boel met 40V voeden moet kunnen.

Ah! Wacht! Ik heb een manier bedacht om te meten of het zin gaat hebben zonder dat je 40V hoeft te regelen. Wat is de stroom uit de voeding als de boel op hoge snelheid draait? (net voordat ie het niet meer kan bijbenen)?

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Lambiek

Special Member

Op 4 juli 2017 22:48:24 schreef rew:
Neen. Om koppel te leveren moet je stroom hebben. Om stroom te kunnen hebben heb je IETS aan spanning nodig. Die spanning loopt op naarmate het toerental omhoog gaat.

Als je naar de Industriële drivers kijkt, die werken allemaal met een spanning van 150V en hoger. Dit is alleen om hogere toerentallen te halen met nog een redelijk koppel. Met de driver die de TS heeft gaat dat niet lukken, het zijn leuke drivers maar ze hebben een beperking.

Hij draait een 3V stappenmotor op 24V zou dat niet ongeveer genoeg moeten zijn?

Blijkbaar niet, maar het zou mij niet verbazen als dat gewoon de max is voor dit setje.

Ik denk dat:
* Er mogelijk direct, zonder accelleratie op de gewenste snelheid gepulsed wordt. Dan haal je met belasting al heel snel maar heel weinig.

Ja, dat is zo. Je hebt ook rampup en rampdown nodig om hogere toerentallen te halen, ik weet niet of de TS daar gebruik van maakt.

Anderzijds... Eventueel tijdelijk de boel met 40V voeden moet kunnen.

Dat kan hij proberen.

Maar ik weet ook niet op welke stapfrequentie hij zit, en op hoeveel microstappen de driver staat ingesteld.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

20 microstappen per (full)step dat heeft ie al gezegd....

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Lambiek

Special Member

O, dat heb ik even gemist dan. 20 microstappen zit niet op de driver, maar met een extra vertraging zou dat kunnen. :)

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.
four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Lambiek

Special Member

Ja, je hebt gelijk. Ik had bij stappenmotor punt nl gekeken naar het type driver, en daar stond bij microstappen 2-128 dus ik ging ervan uit dat het max een 128ste stap was. Maar de datasheet laat wat anders zien.
http://www.stappenmotor.nl/Stappenmotor/Microstapdrivers/Drivers%20glo…

Het is trouwens wel makkelijk die hele getallen, als je een spindel hebt die bij één omwenteling 1 of 5mm verplaatsing heeft.
Kun je lekker 1000, 2000, 4000, 5000, enz. stappen aanhouden.

Ben benieuwd of Rob het nog iets beter krijgt.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

-> Het maximale toerental van een steppermotor is recht evenredig met de voedingsspanning van de driver. Dit omdat je inductie van je wikkelingen moet overwonnen worden. Een stepper met een lagere inductie kan dus ook een oplossing zijn.
Tegen EMK en koperverliezen vormen vaak <10% van de nodige voedingsspanning en worden dus vaak achterwege gelaten.

-> Hoe hoger de microstepping hoe lager het koppel. Bij 1/16 stepping heb je maar 10% koppel meer over. Google op microstepping versus torque

Ter info, hoe hoger de voedingsspanning, hoe meer koppel bij dezelfde maximale stroominstelling. Iets met spoelen en stijgtijd van de stroom ...

mvg Rudy

Op 6 juli 2017 21:25:23 schreef Bat85:
-> Het maximale toerental van een steppermotor is recht evenredig met de voedingsspanning van de driver. Dit omdat je inductie van je wikkelingen moet overwonnen worden.

Nee, het belangrijkste is de BACK EMF. (maar de inductie ook iets)

Een stepper met een lagere inductie kan dus ook een oplossing zijn.

Ja, deze moderne stappenmotoren worden op 12V geruikt (met driver) terwijl ze "nominaal 2.5-3.1V zijn. Dat zijn dus al "low inductance" en "low back-EMF" motoren.

Tegen EMK en koperverliezen vormen vaak <10% van de nodige voedingsspanning en worden dus vaak achterwege gelaten.

Hier wordt dus een 3.1V motor op 24V gebruikt. De berekening 3.1/24 is simpel genoeg om te zeggen dat het meer dan 10% is.

-> Hoe hoger de microstepping hoe lager het koppel. Bij 1/16 stepping heb je maar 10% koppel meer over. Google op microstepping versus torque

Dat is de onzin die ik heb geprobeerd te ontkrachten in mijn eerste posting. Als je gaat microsteppen om grote positionele nauwkeurigheid te halen, dan heb je een punt. Maar je kan ook andere redenen hebben. Bijvoorbeeld zoals lambiek suggereert: "het zou makkelijk zijn voor de software om precies 1000 stapjes in een omwenteling te hebben". Dan is het helemaal niet zo'n probleem om onder belasting 2 microstappen van de nominale positie af te wijken.

Ter info, hoe hoger de voedingsspanning, hoe meer koppel bij dezelfde maximale stroominstelling. Iets met spoelen en stijgtijd van de stroom ...

Nee, het gaat om de WERKELIJKE stroom. Als de inductie (en/of BEMF) zodanig is dat je een hoge spanning nodig hebt om die stroom te laten lopen dan heb je inderdaad een hoge spanning nodig.

Mijn stagebegeleider 3 decennia geleden had het ook over die inductie. Kennelijk verschillen we van mening over hoe belangrijk die effecten zijn ten opzichte van mekaar.

Maar toen (30 jaar geleden) waren er "12V stappenmotoren". Nu hebben we 3V stappenmotoren. Dus neem een 3V 2A stappenmotor, deel die ene draad op in 4 kwarten (over de lengte!). Due staan nu parallel, maar zet ze daarna in serie. Nu heb je ineens een 12V 0.5A stappenmotor. Maar omdat er 4 keer zoveel wikkelingen zijn, heb je 4x de BEMF en ook 4x of 16x de inductie.

edit: Ik heb nog even de eerste drie verhalen op google over microstepping gelezen. De derde begint inderdaad met het "weinig torque" verhaal, maar als je het uitleest (heb ik niet gedaan) zullen ze wel tot de verduidelijking komen dat je met een paar stappen achterlopen best kan microstappen op haast de full-torque.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Resonantie heeft met massa en veer te maken. Resonantiefrequentie kan je verhogen: een lichtere/kleinere poelie (transmissie) maakt de bewegende massa kleiner.
Waarschijnlijk doet hij het daardoor "onbelast" (zonder transmissie?) wel goed.

Lambiek

Special Member

Op 8 juli 2017 00:09:22 schreef Spog2:
Resonantie heeft met massa en veer te maken. Resonantiefrequentie kan je verhogen: een lichtere/kleinere poelie (transmissie) maakt de bewegende massa kleiner.
Waarschijnlijk doet hij het daardoor "onbelast" (zonder transmissie?) wel goed.

Als je het zover laat komen dat je een kleinere poelie moet nemen om het goed te laten werken, dan zit je al op het randje van wat je motor aan koppel kan leveren. Dan ben je in mijn ogen niet goed bezig, en moet je een motor kiezen die een groter koppel kan leveren.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Ik heb het geprobeerd (eindelijk) maar een andere instelling voor het aantal microstappen had geen invloed. Bij een bepaalde snelheid gaat hij stappen missen.

ik denk inderdaad dat de oplossing is om een zwaardere hardwarematige configuratie te kiezen, maar voorlopig houden we het zo.

bedankt voor de reacties, het lijkt niet zo simpel als ik eerst dacht :-)

Wat je nog zou kunnen proberen is een digitale stepperdriver zoals een Leadshine DM556 of een Leadshine AM882.
Deze doen het behoorlijk beter dan de niet digitale.
Ze zijn oa te verkrijgen bij
https://www.hardware-cnc.nl
Nog een paar vragen:
Wat voor toerental haal je nu.
Je schrijft dat het voor het verstellen van een aanslag is, dan lijkt mij een NEMA 34 motor een behoorlijke overkill.

[Bericht gewijzigd door floppy op maandag 16 oktober 2017 10:33:18 (27%)

Dit topic heb ik eerder gemist, blijkbaar.

Volgens mij hebben zowel REW als Bat85 gedeeltelijk gelijk; neem nu de middelste motor van dan die datasheet (aangezien de motor van de TS er niet bij lijkt te staan):

1.8 graden per stap, dus 200 stappen per omwenteling -> 200Hz bij 1 omw/sec voor elke spoel, het stappenpatroon veranderd daar niets aan.

3.5mH, 0.85 ohm, en 3.1A nominaal.

De spanning voor de weerstand is 3.1 * 0.85 = 2.64V, lijkt me verwaarloosbaar.

De spanning die je nodig hebt voor de inductie, is uiteraard afhankelijk van het toerental. Voor 1 omwenteling per seconde, dus 200 stappen per seconde, heb je 5ms per hele periode nodig, dus 2.5ms aan en 2.5ms uit. Als je stelt dat het acceptabel is om de stroom in 1ms op te bouwen (best lang, maar het rekent zo gemakkelijk), moet je dus een dI/dt halen van 3.1A / 0.001s = 3100A/s. Met een inductie van 3.5mH heb je daar dus 0.0035H * 3100A/s = 10.85V voor nodig. Als het toerental omhoog moet, gaat die spanning dus ook proportioneel omhoog.

Daarbij heb je ook nog een tegen-EMK, maar die is niet gespecificeerd in de datasheet, dus hoeveel dat is, valt moeilijk te zeggen. Een motor met een lagere tegen-EMK geeft je minder koppel per Ampère, en als daardoor de stroom omhoog moet, krijg je weer meer last van die inductie. De truc is om de tegen-EMK juist hoger te maken, zodat je voor een gegeven stroom meer koppel krijgt, zodat de inductie omlaag kan. Dit kun je doen, niet door meer windingen te leggen, maar door sterkere permanente magneten te gebruiken.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Hoe zit je acceleratie in elkaar?
Als ik zo snel lees wil je ook instant van 0 naar x pulsen/s
Dan moeten die motors ook een belachelijk koppel proberen te leveren. (en dus niet van hun plek komen, of stukken missen)
Ook in 3d printers ed. zie je, als je je curves fatsoeneert je topsnelheid ook makkelijk omhoog kan (als het gewicht in beweging is).

Ps zelfde bij afremmen natuurlijk

Lambiek

Special Member

Op 16 oktober 2017 10:07:36 schreef floppy:
Wat je nog zou kunnen proberen is een digitale stepperdriver zoals een Leadshine DM556 of een Leadshine AM882.
Deze doen het behoorlijk beter dan de niet digitale.

De getoonde driver van de TS of de leadshine maakt niet uit, ze zijn beide digitaal.

Of je moet de closed loop drivers hebben van leadshine, dan wordt het een ander verhaal.

Je schrijft dat het voor het verstellen van een aanslag is, dan lijkt mij een NEMA 34 motor een behoorlijke overkill.

Je weet niet voor welke machine het is, als het bijv. voor een metaal zaagbank is dan kan dat best een zware aanslag zijn.

Op 16 oktober 2017 14:13:28 schreef SparkyGSX:
Dit kun je doen, niet door meer windingen te leggen, maar door sterkere permanente magneten te gebruiken.

Dat is natuurlijk onbegonnen werk, je rotor is in dit geval je magneet.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Op 16 oktober 2017 14:35:25 schreef Lambiek:
[...]
De getoonde driver van de TS of de leadshine maakt niet uit, ze zijn beide digitaal.

Er zal vast wel een microprocessor in die msd-50 zitten maar dat maakt hem nog geen digitale stepperdriver. De door mij genoemde drivers kunnen digitaal getuned worden om resonanties te onderdrukken.

Op 16 oktober 2017 14:35:25 schreef Lambiek:
[...]
Dat is natuurlijk onbegonnen werk, je rotor is in dit geval je magneet.

Ik bedoelde natuurlijk dat de ontwerper van de motor dat had kunnen doen, het lijkt me duidelijk dat het voor de meeste gebruikers niet mogelijk is om zoiets te veranderen.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Lambiek

Special Member

Op 16 oktober 2017 15:32:05 schreef floppy:
Er zal vast wel een microprocessor in die msd-50 zitten maar dat maakt hem nog geen digitale stepperdriver.

Hij is wel degelijk digitaal, het enige verschil met de leadshine is dat je de leadshine aan de PC kan hangen om hem in te stellen en die van de TS moet je via dipswitches instellen.

Heb al verschillende drivers in machines gebouwd "waaronder dit type" en er is helemaal niets mis met die drivers. Je moet alleen goed uitzoeken hoeveel koppel je nodig hebt voor een besturing, dat doe je niet met een natte vinger. En van leadshine heb ik de closed loop drivers ook al eens gebruikt, zijn ook prima dingen.

Op 16 oktober 2017 17:02:11 schreef SparkyGSX:
Ik bedoelde natuurlijk dat de ontwerper van de motor dat had kunnen doen, het lijkt me duidelijk dat het voor de meeste gebruikers niet mogelijk is om zoiets te veranderen.

Ze zijn er ook wel, de langere motoren hebben veel meer koppel dan de korte.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Op 16 oktober 2017 08:18:37 schreef Rob Scherpenzeel:
Ik heb het geprobeerd (eindelijk) maar een andere instelling voor het aantal microstappen had geen invloed. Bij een bepaalde snelheid gaat hij stappen missen.

Hey. Vraagje. Waar heb je de maximale versnelling op ingesteld? Of doe je gewoon ineens beginnen met stappen? Dat scheelt enorm in de snelheid die je kan halen.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Op 16 oktober 2017 18:59:47 schreef Lambiek:
[...]
Hij is wel degelijk digitaal, het enige verschil met de leadshine is dat je de leadshine aan de PC kan hangen om hem in te stellen en die van de TS moet je via dipswitches instellen.

Ik heb net de datasheet van de MSD50 door zitten lezen maar daar wordt met geen woord gerept over digitaal en ook niet over een dipswitch toggelen. http://www.motioncontrolproducts.com/pdfs/msd556-microstepping-driver.….
Er bestaat wel een digitale versie maar die heet DMD556
http://www.motioncontrolproducts.com/drives/digital-stepper-drive-dmd5…
Met digitaal bedoel ik natuurlijk dat er een DSP gebruikt wordt die resonanties probeert te voorkomen.