Sind hohe Mikroschrittauflösungen > 32/1 sinnvoll?
FAQ » Schrittmotorsteuerungen
Die Verlockungen sind oft unwiderstehlich einen Schrittmotor Treiber zu kaufen der eine möglichst hohe Mikroschritt Einstellung ermöglicht um dadurch eine hohe Auflösung und somit auch eine hohe Genauigkeit zu erreichen. Das Ziel ist in der Tat verlockend, wenn man z.B. einen Treiber mit einer Auflösung von 1/128 (entspricht rechn. bei einem 1,8° Schrittmotor = 0,0140625° / Schritt = 25600 Schritte/U) bestellt und dann im Test hinsichtlich Genauigkeit einen starken Rückschlag erleidet.
Maßgeblich ist die Drehmomentreserve im Mikroschritt zum aktuellen Lastwinkel oder zur aktueller Position (je kleiner die Drehmomentreserve desto größer die Abweichung im Mikroschritt).
Ohne Mikroschritt-Stromkompensation reduziert sich das Haltemoment bzw. die Drehmomentreserve gegenüber den Vollschritt 1/1=100%, Halbschritt ½=70,7%, Viertelschritt ¼=38%, 1/8=19,5%, 1/16=10%, 1/32=5%, 1/64=2,5%, 1/128=1,25%.
Das heißt, bei einem Mikroschritt von 1/64 bzw. 1/128 ändert sich der Strom nur um 2,5% bzw. 1,25% vom Nennstrom. Diese kleine Stromänderung bewirkt ohne Stromkompensation kaum eine Winkelveränderung an der Motorwelle, da schon die Polfühligkeit (statisches Haltemoment) größer ist als die vom Differenzstrom herbeigeführte Magnetflussänderung bzw. dem Kraftfeld im Statorfeld.
Beim Drehrichtungswechsel bzw. reservieren wird der Fehler noch größer, da hier zunächst viele Mikroschritte benötigt werden bevor die Motorwelle sich überhaupt zurück drehen beginnt um anschließend einen großen Sprung zu machen, wenn die Mikroschritte sich auf ca. 1/8 oder ¼ Schritt Werte bewegen.
Ohne Stromkompensation ist also der Mikroschrittbetrieb noch einigermaßen mit guter Genauigkeit bis zum ½ und evtl. ¼ Schrittbetrieb reproduzierbar, darüber hinaus dient er eigentlich nur zur Reduzierung der Resonanzen und Laufgeräusche sowie besseres Laufverhalten bei kleinen Drehzahlen, wobei über den 1/16 und 1/32 Schrittmode auch hier keine signifikanten Vorteile mehr erkennbar sind.
Als erstes sollte man beim günstigen Anbieter von Mikroschritt Treiber mit hohen Auflösungsvermögen hinterfragen, ob diese Steuerung eine integrierte Stromkompensierung beinhaltet um Geld und vor allem Zeitaufwand zu vermeiden.
Neben der Stromkompensation bilden die Schrittmotoren selbst keine wahre Sinuskurve über 360° ab. Die verzerrten Sinuskurven der Motoren (haben weder eine wahre oder echte Sinusform noch sind sie exakt um 90° zueinender Phasen verschoben) beeinträchtigen ebenso die Genauigkeit des Schrittwinkels und dies vor allem den Mikroschritt.
Nanotec hat die Stromkurven seiner neuen Treiber den etwas verzerrten Sinuskurven seiner Motoren angepasst und dadurch können reduzierte Schrittwinkelfehler von < 3% erreicht werden. Bei den Plug & Drive Motoren können sogar die Schrittwinkelfehler, auch die im Mikroschritt nochmals verbessert werden, da die Stromkurve der Sinuskurve des Motors angepasst wird, da sie ja eine Einheit bilden.
