Wie entstehen beim Betrieb eines Schrittmotors elektromagnetische Störungen?

Eine der Hauptquellen elektromagnetischer Störungen ist die schnelle Stromänderung innerhalb der Motorwicklungen. Wenn Strom in den Wicklungen ein- und ausgeschaltet wird, führt dies zu einer starken Änderung des Magnetfelds. Dieses sich schnell ändernde Magnetfeld strahlt elektromagnetische Wellen aus und erzeugt so elektromagnetische Störungen.
Zweitens entstehen durch den Kontakt- und Trennungsprozess zwischen den Bürsten des Motors und dem Kommutator auch Funkenentladungen. Diese Funken setzen augenblicklich eine große Menge hochfrequenter elektromagnetischer Energie frei und werden zu einem erheblichen Faktor bei elektromagnetischen Störungen.
Darüber hinaus kann der Eisenkern im Inneren des Schrittmotors unter dem Einfluss eines Magnetfelds eine magnetische Sättigung erfahren. Wenn der Eisenkern die magnetische Sättigung erreicht, ändert sich seine Permeabilität, was zu einer ungleichmäßigen Magnetfeldverteilung führt und zusätzliche elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Darüber hinaus können auch Vibrationen und Reibung zwischen der mechanischen Struktur des Motors und den Komponenten elektromagnetische Störungen auslösen. Beispielsweise können Rotorunwucht und Lagerverschleiß zu Instabilität während des Motorbetriebs führen, was zu unregelmäßigen elektromagnetischen Signalen führt. In praktischen Anwendungen, am Beispiel von CNC-Werkzeugmaschinen, können starke elektromagnetische Störungen (EMI), die von den darin verwendeten Schrittmotoren erzeugt werden, die umliegenden elektronischen Geräte wie Sensoren und Encoder im Steuerungssystem beeinträchtigen, zu Fehlern oder Instabilitäten bei der Signalübertragung führen und somit die Bearbeitungsgenauigkeit und Zuverlässigkeit der Werkzeugmaschine beeinträchtigen.

Schnelle Stromänderungen in den Motorwicklungen sind eine der Hauptursachen für elektromagnetische Störungen. Wenn Strom in den Wicklungen ein- und ausgeschaltet wird, führt dies zu einer starken Änderung des Magnetfelds. Dieses sich schnell ändernde Magnetfeld strahlt elektromagnetische Wellen aus und erzeugt so elektromagnetische Störungen.

Zweitens entstehen durch den Kontakt- und Trennungsprozess zwischen den Bürsten des Motors und dem Kommutator auch Funkenentladungen. Diese Funken setzen augenblicklich eine große Menge hochfrequenter elektromagnetischer Energie frei und werden zu einem erheblichen Faktor bei elektromagnetischen Störungen.

Darüber hinaus kann der Eisenkern im Inneren des Schrittmotors unter dem Einfluss eines Magnetfelds eine magnetische Sättigung erfahren. Wenn der Eisenkern die magnetische Sättigung erreicht, ändert sich seine Permeabilität, was zu einer ungleichmäßigen Magnetfeldverteilung führt und zusätzliche elektromagnetische Strahlung erzeugt.

Darüber hinaus können auch Vibrationen und Reibung zwischen der mechanischen Struktur des Motors und den Komponenten elektromagnetische Störungen auslösen. Beispielsweise können Rotorunwucht und Lagerverschleiß zu Instabilität während des Motorbetriebs führen und unregelmäßige elektromagnetische Signale erzeugen.

In praktischen Anwendungen, am Beispiel von CNC-Werkzeugmaschinen, können starke elektromagnetische Störungen durch die darin verwendeten Schrittmotoren die umliegenden elektronischen Geräte wie Sensoren und Encoder im Steuerungssystem beeinträchtigen und zu Fehlern oder Instabilitäten bei der Signalübertragung führen, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit und Zuverlässigkeit der Werkzeugmaschine beeinträchtigt wird.

Ein weiteres Beispiel sind medizinische Geräte, beispielsweise hochpräzise bildgebende Diagnosegeräte. Übermäßige elektromagnetische Störungen durch Schrittmotoren können die normalen Erkennungs- und Diagnoseergebnisse des Geräts beeinträchtigen.

Um dies intuitiver zu verstehen, können wir uns den Motor als „elektromagnetische Welle“ vorstellen. Im Betrieb wirken interne Stromänderungen, Bürstenfunken, magnetische Kernsättigung und mechanische Vibrationen wie ein „Startknopf“, der kontinuierlich elektromagnetische Wellen aussendet, die die umgebende elektronische Umgebung stören.

Um die elektromagnetischen Störungen, die Schrittmotoren im Betrieb erzeugen, zu reduzieren, können wir verschiedene Maßnahmen ergreifen. Beispielsweise die Optimierung des Motordesigns durch die Verwendung geeigneter Wicklungsstrukturen und Kernmaterialien; Hinzufügen von Filterkomponenten zur Schaltung, um hochfrequente Komponenten des Stroms zu reduzieren; Bereitstellung einer geeigneten Abschirmung zur Verhinderung elektromagnetischer Strahlung; und Sicherstellen, dass die Installations- und Betriebsumgebung des Motors den Anforderungen der elektromagnetischen Verträglichkeit entspricht.

Kurz gesagt ist es entscheidend, die Ursachen elektromagnetischer Störungen beim Betrieb von Schrittmotoren zu verstehen, um deren Auswirkungen wirksam zu unterdrücken und zu reduzieren. Dies trägt nicht nur zur Verbesserung der eigenen Leistung und Zuverlässigkeit des Motors bei, sondern gewährleistet auch seinen stabilen Betrieb in verschiedenen komplexen elektronischen Systemen und fördert so die kontinuierliche Entwicklung und den Fortschritt in Industrie und Technologie.