Welches Netzteil ist erforderlich ?
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Durch den verlustarmen Schaltbetrieb (Choppersteuerung bzw. PWM) zur Stromregulierung bei allen Schrittmotor-Treibern der Serie SMC xx braucht man den angegebenen Phasenstrom nicht mehr mit zwei zu multiplizieren. Stattdessen muss die Ausgangsleistung der Netzgeräte mit der mech. Leistung des Motors P = Md* n * π / 30 zuzüglich des Wirkungsgrades von Motor, Steuerung und Netzgerät berechnet werden.
Bestimmung der Netzteilgröße (in W)
Die gesamte aufzubringende Leistung des Netzteils setzt sich also zusammen aus der Bewegungsenergie (Produkt des gerade erforderlichen Drehmoment in Nm bei der gewünschten Drehzahl in U/min und dem Faktor π / 30) sowie der Verlustleistung von Motor, Leistungsendstufe und Netzgerät:
Pges = Pmech + Pv (Motor + Endstufe + Netzteil)
Beispiele aus den jeweiligen Drehmomentkennlinien
- a) Motorgröße 42mm – ST4118M1206 (2000 U/min bei 48V 1Wdg.) = 36 W
- b) Motorgröße 56mm – ST5918M3008 (2000 U/min bei 48V parallel) = 140 W
- c) Motorgröße 56mm – ST5918M3008 (1000 U/min bei 48V parallel) = 90 W
- d) Motorgröße 86mm – ST8918L6708 (1000 U/min bei 72V parallel) = 315 W
Die Verlustleistungen sind proportional zum Phasenstrom des Motors (I² * R) und sind in der Regel gegenüber der Bewegungsenergie mit max. 5-7% zu berücksichtigen.
Das heißt am Beispiel a) (Motorgröße 42): Bewegungsenergie * 1,07= 36 * 1,07 = 38 W.
Da nur gewisse Standardgrößen am Markt angeboten werden, wählt man hier ein Netzgerät von 50W. Hier kann evtl. noch ein weiterer Verbraucher angeschlossen werden.
Während in Beispiel b) evtl. ein 150W Netzteil ausreichend sein müsste, denn bei einer Schrittmotor-Antriebslösung sollte ohnehin eine Leistungsreserve von ca. 25% eingeplant werden. Das würde eine reelle Leistungsaufnahme von 0,67 Nm * 0,75 * 2000 * 3,14 / 30 = 105W bedeuten.
Ein Netzteil mit 150W wäre also hier zu empfehlen.
Mit einer gewissen Leistungsreserve bleibt nicht nur der Motor, sondern auch das Netzgerät eher handwarm. Sind die endgültigen Drehzahl- und Drehmomentwerte noch nicht bekannt, aber das Netzteil sollte zusammen mit dem Motor geliefert werden, genügt in erster Annäherung die einfache Richtzahl = Phasenstrom * (0,7-0,8) * Versorgungsspannung, dass heißt für einen Motor mit 1A Phasenstrom *0,7 * 24V = 16,8W, das entspricht somit einem Standard-20W-Netzteil.
Sicherung
Der Wert für die Sicherung (Ausführung träge) sollte mindestens um den Faktor 1,5 des Motor-Phasenstroms verwenden werden.
Art und Typ des Netzteils
Aufgrund des besseren Wirkungsgrades sowie der Baugröße und des Gewichts gegenüber Netzgeräten mit Trafo, Gleichrichter und Siebung über Kondensatoren (diese haben zudem oft das Problem einer zu hohen Leerlaufspannung) werden heute überwiegend Schaltnetzteile (Power Supply) eingesetzt.
Der Überlastschutz (Overlast Protection) von 105-150% bedeutet, dass eine Überlastspitze in diesem Bereich erkannt wird und zu einer Strombegrenzung führt. Der Kunde muss jedoch sicherstellen, dass es nicht zu einer dauerhaften Überlast kommt (eine dauerhafte Überlast von ca. 120% könnte evtl. nicht erkannt werden und würde die Lebensdauer des Netzteils stark reduzieren.
Ladekondensator
Der Ladekondensator sollte so ausgelegt werden, dass der Spannungsrippel kleiner als 2,5Vss bleibt und die Mindestkapazität sehr grob bei 2000 µF / A liegt. Die Mindestkapazität hängt aber auch von der Differenz der zulässigen Spannung des Treibers minus der Versorgungsspannung sowie der Delta-Bremszeit und der Größe der externen Schwungmasse ab. Die Kapazität sollte auf jeden Fall so groß gewählt werden, dass die rückspeisende Energie beim Verzögern, Bremsen oder plötzlichen Halten vom Kondensator aufgenommen werden kann, ohne dass sich dabei die Spannung gegenüber der zulässigen Spannung des Leistungstreibers nennenswert erhöht.
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