Elektrische Zeitkonstante in Schrittmotoren: Einfluss auf den Stromanstieg und die Leistungsfähigkeit

Die elektrische Zeitkonstante (τ_el) ist ein wichtiger Faktor im Zusammenhang mit dem Stromanstieg in Schrittmotoren. Dieser Artikel erläutert die Bedeutung der elektrischen Zeitkonstante und wie sie den Stromfluss und die Leistungsfähigkeit von Schrittmotoren beeinflusst.

Stromanstieg und elektrische Zeitkonstante:

Die elektrische Zeitkonstante τ_el in Schrittmotoren entsteht aufgrund der Phaseninduktivität, die von der Wicklungsausführung abhängig ist. Aufgrund dieser Induktivität erreicht der Strom in den Phasenwicklungen nicht sofort seinen maximalen Wert, sondern steigt verzögert an. Die Zeitkonstante τ_el setzt sich aus dem Verhältnis von Phaseninduktivität (L_PH) zu Phasenwiderstand (R_PH) zusammen.

Einfluss von Induktivität und Betriebsspannung:

Die Kurve des Stromanstiegs kann grafisch als Fläche dargestellt werden, die durch die Zeitdauer des Stromflusses, die konstante Stromhöhe (I_Phconst) und die Stromanstiegskurve gebildet wird. Diese Fläche ist ein Maß für die eingespeiste Strommenge und somit für die Leistungsfähigkeit des Schrittmotors.

Induktivität:

Je größer die Phaseninduktivität bei gleicher Betriebsspannung ist, desto langsamer wird der Stromanstieg sein. Dies liegt daran, dass die höhere Induktivität den Stromfluss verzögert.

Betriebsspannung:

Erhöht man bei gleicher Phaseninduktivität die Betriebsspannung (und damit auch den maximalen Strom I_max), kann der Stromanstieg ebenfalls verlangsamt werden. Dies liegt daran, dass die höhere Spannung den Stromfluss begrenzt.

Einschaltdauer und Schrittfrequenz:

Die elektrische Zeitkonstante ist auch im Verhältnis zur Einschaltdauer und Schrittfrequenz zu betrachten. Eine kürzere Einschaltdauer oder höhere Schrittfrequenz führt zu einem kleineren Stromfluss und somit zu einer kleineren Stromflächenkurve im Diagramm.

Optimierung der Leistungsfähigkeit:

Um die Leistungsfähigkeit eines Schrittmotors zu optimieren, sind verschiedene Ansätze möglich. Bei hohen Schrittfrequenzen und hoher Leistungsfähigkeit kann entweder ein Motor mit niedriger Induktivität gewählt werden oder die Betriebsspannung bei gegebener Induktivität erhöht werden. Dies ermöglicht einen schnelleren Stromanstieg und somit eine bessere Leistung bei hohen Frequenzen.

Schlussfolgerung:

Die elektrische Zeitkonstante ist ein wichtiger Faktor, der den Stromanstieg in Schrittmotoren beeinflusst. Sie hängt von der Phaseninduktivität und der Betriebsspannung ab. Die Wahl der Induktivität und Betriebsspannung kann dazu genutzt werden, den Stromanstieg zu optimieren und die Leistungsfähigkeit des Motors bei unterschiedlichen Schrittfrequenzen zu verbessern.