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• Rastmoment
Das bei Schrittmotoren konstruktionsbedingt oft stark ausgeprägte Rastmoment kann in einem motor- und
lastabhängen Drehzahlbereich zu einer verhältnismäßig starken Eigenresonanz führen. Eine erhöhte
Massenträgheit führt in Bezug auf das Rastmoment oft zu einer weniger stark ausgeprägten Resonanz und
einer höheren Laufruhe.
• Massenträgheitsmoment
Im Standard Betrieb ist der wesentliche Parameter des mechanischen Systems das Massenträgheitsmoment
J
. Es setzt sich im Wesentlichen aus dem Massenträgheitsmoment des Schrittmotorrotors J
Σ
Massenträgheitsmoment der angeschlossenen Last J
Trägheitsmoment eines Encoders J
J
≈ J
+ J
Ʃ
M
L
Das Verhältnis zwischen Lastmoment und Motormoment wird über die Konstante k
k
≈ J
/ J
J
L
M
Abb. 1: Vereinfachte Darstellung der Massenträgheitsmomente
Die Kopplung der einzelnen Massen über die Rotorwelle kann in erster Näherung als Zweimassenschwinger
modelliert werden. Die Resonanzfrequenz zwischen Motor und Encoder liegt dabei in einem relativ hohen
Frequenzbereich, der bei Schrittmotorantrieben in der Regel nicht relevant ist und wird antriebsintern durch
Tiefpassfilterung unterdrückt. Die Resonanzfrequenz zwischen Motor und Last liegt häufig im Bereich
zwischen 20 und 500 Hz. Sie liegt damit oft im Betriebsbereich der Antriebsregelung. Eine Reduzierung des
Einflusses der Lastresonanz kann konstruktionstechnisch über ein kleines Lastverhältnis k
möglichst steife Kopplung der Motorwelle zur angeschlossenen Last erreicht werden.
• Resonanzen
In bestimmten Drehzahlbereichen zeigen Schrittmotoren einen mehr oder weniger rauen, unrunden Lauf.
Dieses Phänomen ist besonders ausgeprägt, wenn der Motor ohne angekoppelte Last läuft; unter
Umständen kann er dabei sogar stehen bleiben (im Standard Betrieb). Die Ursache ist in Resonanzen zu
sehen. Grob kann man unterscheiden zwischen
• Resonanzen im unteren Frequenzbereich bis ca. 250 Hz und
• Resonanzen im mittleren bis oberen Frequenzbereich.
Die Resonanzen im mittleren bis oberen Frequenzbereich resultieren im Wesentlichen aus den elektrischen
Kenngrößen wie Induktivität der Motorwicklung und Zuleitungskapazitäten. Sie sind über eine hohe Taktung
der Regelung relativ einfach in den Griff zu bekommen.
Die Resonanzen im unteren Bereich resultieren im Wesentlichen aus den mechanischen Kenngrößen des
Motors. Sie bewirken im Allgemeinen außer dem rauen Lauf, teilweise einen recht erheblichen
Drehmomentverlust, bis hin zum Schrittverlust des Motors und sind also in der Anwendung besonders
störend.
Der Schrittmotor stellt im Grunde ein schwingungsfähiges System dar, vergleichbar mit einem Masse-
Federsystem, bestehend aus dem sich bewegenden Rotor mit Trägheitsmoment und einem magnetischen
Feld, das eine Rückstellkraft auf den Rotor erzeugt. Beim Auslenken und Loslassen des Rotors wird eine
gedämpfte Schwingung erzeugt. Entspricht die Ansteuerfrequenz der Resonanzfrequenz, wird die
Schwingung verstärkt, so dass der Rotor im ungünstigsten Fall den Schritten nicht mehr folgt und zwischen
zwei Rastungen hin und her schwingt.
EP7047-1032 verhindert diesen Effekt durch die Feldorientierte Regelung (Extended Operation Modes) bei
allen Beckhoff Schrittmotoren.
20
zusammen. Reibmomente J
L
werden in erster Näherung vernachlässigt.
Enc
Version: 1.0
und dem
M
und das
Reib
angegeben.
J
und eine
J
EP7047-1032
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