Elektrische Ansteuerung eines Schrittmotors

Bei der Auswahl einer Ansteuerungsmethode in Abhängigkeit von Motorwicklung und Auflösung gibt es ein anschauliches graphisches Verfahren. Jede Motorwicklung erzeugt einen Drehmomentanteil, welcher graphisch addiert werden kann. Dies ergibt einen Drehmomentvektor, der Auskunft über Rotorlage und Drehmoment gibt.
Die Ströme durch die Motorwicklungen haben unterschiedliche Amplituden (Betrag der Stromstärke) und unterschiedliche Wirkrichtungen im Motor. Ein sog. Drehmomentvektor wird durch eine Länge (Amplitude) und seine Richtung (Winkel) vollständig gekennzeichnet.

Für einen 2phasen Schrittmotor stellt man sich zwei um 90° versetzte Spulen vor, bei einem 5phasen Motor stellt man sich 5 um 72° versetzte Spulen vor. Um ein möglichst gleichmässiges Drehmoment zu bekommen, sollte der Drehmomentvektor zu jeder Zeit dieselbe Länge besitzen. Seinem Winkel sollte, entsprechend der gewünschten Position weiterschreiten. Aus der Analyse der einzelnen Vektoren kann ein optimales Ansteuermuster für die einzelnen Motorspulen gewonnen werden.

Ein 2phasen Schrittmotor besitzt 2 um 90° versetzte Motorspulen. Somit stehen die beiden Drehmomentvektoren beider Motorphasen im rechten Winkel zueinander. Um ein Drehfeld zu erzeugen gibt es mehrere Möglichkeiten.

Bei der graphischen Darstellung muss beachtet werden, dass der elektrische Schrittwinkel nicht mit dem tatsächlichen mechanischem Schrittwinkel verwechselt wird (siehe Seite Schrittwinkel). Die graphische Vektordarstellung ist ein mathematisches Modell für die Stärke und die Richtung des inneren Magnetfeldes welches die tatsächlichen Gegebenheiten im Motor näherungsweise beschreibt.

	Wave Drive Ansteuern von immer nur einer Stromphase. Links dargestellt der Vollschrittmodus. Das Ansteuermuster wiederholt sich jeweils nach 4 Schritten. Der Rotor des Schrittmotors wird sich in jedem Schritt entsprechend den gezeigten Vektor (elektrisch) ausrichten.
	Normal Mode Es werden immer zwei Motorphasen gleichzeitig angesteuert. Dies ergibt den selben Schrittwinkel aber ein um höheres Drehmoment wie beim Wave-Drive, jedoch um 45° verschoben. Der Name "Normal Mode" besagt bereits, dass dies die übliche Ansteuervariante für eine 2phasen Motor im Vollschritt ist.
	Halbschritt Betrieb Der Halbschrittbetrieb ist eine Kombination aus Wave-Drive und Normal-Mode. Allerdings erfolgt in den Schritten des Normal-Modes eine Stromabsenkung um . Ohne diese Maßnahme würde der Motor abwechselnd einen "weichen" und einen "harten" Schritt (mit erhöhtem Drehmoment) ausführen. Ohne diese Stromabsenkung hätte der Motor eine Drehmomentpulsation, was durch verstärkte Vibrationen und Motorgeräusche zum Ausdruck kommt.

Beim 5phasen Motor werden abwechselnd 4 oder 5 Motorphasen gleichzeitig bestromt, um ein hohes Motordrehmoment zu erhalten. Im Vollschritt sind 4 Phasen bestromt, im Halbschritt werden 5 Phasen bestromt.

Wird eine Motorphase bestromt, so bewirkt dies ein inneres Magnetfeld entsprechend ihrer typische Wirkrichtung. Die Motorspulen sind um 360°/5=72° versetzt angeordnet. Der Motor benötigt 10 Vollschritte mit jeweils 36° elektrisch für einen kompletten Umlauf. Der Motor hat zwar nur 5 Motorspulen, diese werden aber auch in negative Richtung bestromt. Dies ergibt insgesamt 10 Vollschritte oder 20 Halbschritte bis sich das Ansteuermuster der Steuerung wiederholt.

Die graphische Addition der einzelnen Drehmomentbeiträge ergibt jeweils den gestrichelt gezeichneten Gesamtdrehmomentbeitrages eines Schrittes. Im gezeigten Halbschrittmodus haben die resultierenden Drehmomente (gestrichelte Linien) unterschiedliche Längen. In den Vollschrittstellungen wird eine Länge von 3,07*I erreicht, in den Halbschrittstellungen wird eine Länge von 3,22*I erreicht. Der Drehmomentunterschied ist in der Praxis jedoch nicht relevant und wird nicht wie beim 2phasen Motor mit dem Stromregler kompensiert.