Funktionsprinzip
Ein Schrittmotor teilt eine volle Umdrehung in eine feste Zahl gleicher Schritte und bewegt sich pro Treiberimpuls um genau einen Schritt. Ein Hybridschrittmotor kombiniert einen gezahnten Permanentmagnetläufer mit einem gezahnten Stator; der übliche Schrittwinkel beträgt 1,8 Grad, also 200 Schritte je Umdrehung. Da jeder Impuls einem bekannten mechanischen Winkel entspricht, wird die Position durch Impulszählen gesteuert — Geber und Regelkreis sind nicht erforderlich.
Haltemoment und Mikroschritt
Sind die Wicklungen bestromt, kommen aber keine Impulse, hält der Schrittmotor seine Position aktiv; das Moment, dem er standhält, bevor er einen Zahn überspringt, ist das Haltemoment — die Kennzahl jedes Datenblatts. Werden die beiden Phasen mit abgestuften Strömen statt nur ein/aus betrieben, kann der Treiber den Läufer zwischen Vollschritten positionieren. Dieser Mikroschritt glättet die Bewegung und dämpft Resonanzen, doch die Genauigkeit eines Mikroschritts ist weit schlechter als die eines Vollschritts.
Drehzahl, Chopper-Treiber und Schrittverluste
Begrenzend für die Schrittmotordrehzahl ist die Wicklungsinduktivität: Je schneller getaktet wird, desto weniger Zeit bleibt dem Strom zum Aufbau, sodass das Moment mit steigender Schrittrate abfällt. Chopper-Treiber wirken dem entgegen, indem sie aus einer Spannung weit oberhalb der Nennphasenspannung speisen und den Strom durch schnelles Schalten regeln, was die Eckdrehzahl deutlich anhebt. Verlangt die Last mehr Moment als bei dieser Drehzahl verfügbar, verliert der Motor lautlos Schritte — und da das System gesteuert und nicht geregelt ist, erfährt die Steuerung nie davon.
Einsatzgebiete
Schrittmotoren sind der Standardaktor für gesteuerte Positionierung: 3D-Drucker, CNC-Maschinen und Laserschneider, Flachbettscanner und Drucker, Kamera- und Teleskopmontierungen, Spritzenpumpen und Laborautomation. Sie sind günstig, präzise und brauchen keine Rückführung, ziehen aber auch im Stillstand vollen Strom, arbeiten bei hoher Drehzahl ineffizient — und wo Schrittverluste ein ernstes Risiko sind, weicht die Konstruktion auf einen geregelten Servoantrieb aus.