DE2340284C3 - Steuerschaltung für einen mehrphasigen Schrittmotor mit mehreren Antriebsspulen - Google Patents

Description

entsprechend hoch erregt wird, um dann nach dem Umschalten auf die andere Spule außer dem Induktionsstrom der ausgeschalteten Spule auch einen gewissen Reaktionsstroni aus der zuvor hoch erregten Hilfsinduktivität, an der jetzt noch ein Teil der Speisespannung liegt, durch die eingeschaltete Spule fließen zu lassen. Doch auch hier steht für eine Beschleunigung des Siromanstiegs in der eingeschalteten Spule nur der die Speisespannung übersteigende Anteil der Inc'jktionsspannu^gen zur Verfugung.

Andererseits ist aus der DT-OS 2152 054 eine Steuerschaltung für einen mehrphasigen Schrittmotor bekannt, bei der die Spannung der Stromquelle während des Erregens der Antriebsspule zerhackt wird und dieser Stromimpulse zugeführt werden, wobei die Länge des ersten Stromimpulses größer als die der folgenden Stromimpulse ist und so ein schneller Stromanstieg erfolgt, während danach der Zerhackerstrom bis zu einem gegebenen Mii'.eJvvort verringert wird. Hiermit soll die gleiche Wirkung erzielt werden, wie wenn die Erregung anfangs mittels einer Spannungsquelle hoher Spannung und dann einer solchen niedrigeren Spannung erfolgt. Zu diesem Zweck ist jeder Antriebsspule eine eigene Antriebssehaliiing zugeordnet, die den Erregerstrom für die betreffende Spule in der vorgesehenen Weise steuert. Außerdem ist jede Amriebsspule mit einer Funkenlösehschahung für die Aufnahme des bei der Stromunierbrechung auftretenden Induktionsstroms versehen, der hier also nicht für die Erregung der nächsten Amriebsspule mit herangezogen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerschaltung für einen mehrphasigen Schrittmotor zu schaffen, die einen rascheren Aufbau des Magnetfeldes in der eingeschalteten Amriebsspule bewirkt, als dies durch alleinige Ausnutzung von freiwerdender Feldenergie möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Steuerschaltung für einen mehrphasigen Schrittmotor der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Speisung der Antriebsspulen mit zerhacktem Erregerstrom nur ein Konstantstrom-Zerhacker in der Zuleitung oder je einer in der Zu- und Rückleitung der Antriebsspulen angeordnet ist, daß Drosselspulen zwischen der oder den Konstantstrom-Zerhackern und den Antriebsspulen in Serie geschaltet und die ersten Dioden an der Netzseiie des oder der jeweiligen Konstantstrom-Zerhacker angeschlossen sind.

Auf diese Weise wird erreicht, daß durch die Steuerung der Erregung mittels eines Zerhackers auf konstanten Strom an der jeweils eingeschalteten .so Antriebsspule eine von einem Spannungshöchstwert im Moment der Einschaltung allmählich abnehmende Spannung liegt und so für die größtmögliche Beschleunigung des Stromanstiegs gesorgt ist, wobei die in der ausgeschalteten Antriebsspule freiwerdende Feldenergie über den Zerhacker zur Erregung der eingeschalteten Spule mit herangezogen wird und so wiederum dem höheren Spannungsbedarf zu Beginn der Erregung zugute kommt, während für sämtliche Antriebsspulen nur ein bzw. ein Paar Konstantsirom-Zcrhacker to erforderlich ist.

Bei einer Steuerschaltung für einen 4-phasigen Schrittmotor, dessen Antriebsspulen in zwei gleiche Gruppen zusammengefaßt sind, sieht die Erfindung vor, daß die Antriebsspulen einerseits gruppenweise über je eine der Drosselspulen mit der Ausgangsseile des gemeinsamen, an dem einen Pol der Stromquelle liegenden Konstantstrom-Zerhackers verbunden und andererseits einzeln über je eine zweite Diode an den anderen Pol der Stromquelle anschaltbar und jeweils über eine der ersten Dioden mit der Eingangsseite des Konstantstrom-Zerhackers verbunden sind.

Ferner ist eine Steuerschaltung für einen 3-phasigen Schrittmotor erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Antriebsspulen der drei Phasen über je eine für den Erregerstrom durchlässige dritte Diode und eine der Drosselspulen an den Ausgang des .an dem einen Pol der Stromquelle liegenden ersten Konstantstrom-Zerhakkers und über je eine vierte Diode und eine der Drosselspulen an den Ausgang eines an dem anderen Poi der Stromquelle liegenden Konstantstrom-Zcrhakkers anschaltbar sind und über je eine der für den Indukiionsstrom durchlässigen ersten Dioden an die Eingangsseite des ersten und über je eine der gleichen ersten Dioden an die Eingangsseite des zweiten Konstantstrom-Zerhackers angeschlossen sind.

lsi der Schrittmotor der Erfindung mit Feldspulen zu versehen, so kann dies so geschehen, daß entu eder jede von zwei Feldspulen zwischen eine der Drosselspulen und die zugehörigen Antriebsspulen in Serie geschaltet ist, oder daß zwei Feldspulen in Serie unmittelbar zwischen die Pole der Stromquelle an der Eingangsseite des oder der Konstantstrom-Zerhacker geschaltet sind.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind; in diesen zeigt

Fig. 1 eine erste Steuerschaltung für einen 4-phasigen Schrittmotor mit einem Konstantstrom-Zerhacker an einem Po; ler Stromquelle,

F i g. 2 und 3 zwei weitere Steuerschaltungen ähnlich derjenigen der Fig. 1 mit Feldspulen für den Schrittmotor, die mit zerhacktem bzw. mit unzerhacktem Gleichstrom gespeist werden,

F i g. 4 eine erste Steuerschaltung für einen 3-phasigen Schrittmotor mit je einem Konstantsirom-Zerhakker an den beiden Polen der Stromquelle und

Fig. 5 eine Abwandlung der Steuerschaltung der F i g. 4.

Beim Au.,führungsbeispicl der Fig. 1 sind die Antriebsspulen eines Schrittmotors in vier Phasen unterteilt, die nacheinander erregt werden, wobei jedoch jeweils zwei beliebige Phasen entsprechende Antriebsspulen gleichzeitig erregt sind.

Im einzelnen wird hier Strom aus einer Wechselslromquelle 100 über einen Stromstöße absorbierenden Kreis, der Zenerdioden 101 - 103 und Kondensatoren 110-115 umfaßt, einem aus Dioden 104 - !09 bestehenden Gleichrichter zugeführt. Zur Glättung sind Drosseln 116 und 117, ein Widerstand 118 und ein Kondensator 119 vorgesehen, sowie ein Widerstand 130 und eine Diode 131 als Freilaufkreis für die Drossel 117. Sämtliche vorerwähnten Teile bilden einen Abschnitt 1 für Gleichstromspcisung.

Ein allgemein mit 2 bezeichneter Abschnitt für Regelung auf konstanten Strom umfaßt eine Zerhackersteuerung 200 und einen aus Transistoren 201 und 202 Widerständen 203 und 205 und einem Kondensator 204 bestehenden Konstantstrom-Zerhacker mit einen-Widerstand 206, von dessen Spannungsabfall ein durch den Zerhacker geregelter Stromwert abgeleitet wird Der Abschnitt 2 enthält ferner einen Freilaufkreis au; einer Diode 207, einem Kondensator 208 und einen-Widerstand 209 für die Aufnahme von Stromstößen ir den Impulspausen des Zerhackers, um so die Glättunf des Erregerstroms in den Antriebsspulen zu begünsti gen.

Mit 3 ist allgemein ein Abschnitt für Umschaltung der Antriebsspulen bezeichnet. Die Antriebsspulen 301 -304 sind einerseits zu zwei Gruppen 301, 302 und 303, 304 über je eine Drosselspule 305 bzw. 306 mit der Ausgangsseite des Konstantstrom-Zerhackers verbunden, der an dem einen Pol der Stromquelle liegt, uud andererseits einzeln über zweite Dioden 381-384 an den anderen Pol der Stromquelle anschaltbar sowie über erste Dioden 307-310 mit der Eingangsseite 116a des Konstantstrom-Zerhackers zwecks Rückführung des Induktionsstroms aus der jeweils ausgeschalteten Antriehsspule verbunden. Ein Umschaltkreis, der Transistoren 311-318, Widerstände 319-322 und 326-329 sowie Kondensatoren 323, 324, 325, 326 umfaßt, dient dem abwechselnden Ein- und Ausschalten der Antiicbsspulen mit Hilfe von Befehlssignalen, die von einer Basistreiberstufe 300 über Leitungen 3100 - 3102 abgegeben werden.

Wenn zum Beispiel Transistor 313 leitend ist und daher ein Strom /„ durch die Antriebsspulc 303 fließt, und dann Transistor 311 leitend wird, fließt auch Strom durch die Antriebsspule 301. Dieser Zustand bleibt für eine halbe Periode bestehen. Wenn dann ein elektrischer Winkel von 180" nach dem Leitendwerden von Transistor 313 vergangen ist, wird Transistor 314 leitend, und der Strom /„ fließt jetzt durch die Antriebsspule 304. Beim Umschalten von der Antriebsspulc 303 auf die Antriebsspule 304 fließt ein Induktionsstiom aus der Antriebsspule 303 über Diode 309 zum Punkt 116a zwecks Wiederverwendung der Resienergic für den nächsten Einschaltvorgang. Dann wird eine halbe Periode nach dem Leitendwerden von Transistor 311 statt dessen Transistor 312 durchlässig und Restenergie aus der Antriebsspule 301 wird zum Punkt 116<i zurückgeführt, und so fort.

Somit befinden sich zwei der Antriebsspulen, die zwei der vier Phasen entsprechen, jederzeit in erregtem Zustand, das heißt, es werden zum Beispiel die Antriebsspulen 301 und 303, 301 und 304, 302 und 304 und so fort nacheinander erregt, so daß ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird, das den Schrittmotor umlaufen läßt.

Das Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung gemäß Fig. 2 ist gegenüber demjenigen der Fig. 1 dahin abgewandelt, daß der Schrittmotor mit Feldspulen 330 und 331 versehen ist, die je in Reihe zwischen eine Drossel 305 bzw. 306 und zwei Antriebsspulen 301, 302 bzw. 303, 304 geschaltet sind. Dadurch ergibt sich, daß der pulsierende Gleichstrom ;„ auch durch die Feldspulen 330 und 331 fließt, die so zur Glättung desselben beitragen.

Die abgewandelte Steuerschaltung gemäß F i g. 3 unterscheidet sich von derjenigen der F i g. 1 dadurch, daß Feldspulen 330' und 33Γ für den Schrittmotor und ein Widerstand 332 in Reihe zwischen dem positiven Pol, am Punkt 116;i, und dem negativen Pol der Stromquelle, also an der Ausgangsseitc des Abschnitts 1 liegen. Demnach fließt durch die Feldspulen 330' und 33Γ ein vom Strom /,, abweichender Gleichstrom, der durch die Größe des Widerstands 332 bestimmt ist.

In der Steuerschaltung gemäß Fig.4, die einem 3-phasigen Schrittmotor zugeordnet ist, sind zwei Konstantstrom-Zerhacker im Anschluß an den positiven und den negativen Pol der Gleichstromquelle des

ίο Abschnitts 1 vorgesehen. Die beiden Zerhacker sind ähnlich wie in Fi g. 1 aus je zwei Transistoren 201', 202' bzw. 211, 212 sowie zwei Widerständen 203', 205' bzw. 213, 215 und einem Kondensator 204' bzw. 214 gebildet. Ein Basisireiber 220 dient der Steuerung der Transistorcn der beiden Zerhacker auf konstanten Erregerstrom für die Antriebsspulen.

Außerdem sind die Konstantstrom-Zerhacker durch ihre Eingangs- und Ausgangsseiten über Kreuz verbindende Dioden 209' und 210' so überbrückt, daß Freilaufkreisc gebildet werden, die bei unterbrochenen Zerhackern Ausgleichsströme durchzulassen und so die Glätiungdes Erregerstroms zu verbessern vermögen.

Der Schrittmotor weist Antriebsspulen 332, 333, 334 und Feldspulen 330" und 331" auf. Die Antriebsspulen sind über dritte Dioden 371-373, Feldspule 330" und Drosselspule 305' bzw. über dritte Dioden 374-376. Feldspule 331" und Drosselspule 306' an die am positiven und negativen Pol liegenden Konstantstrom-Zerhacker an- und abschaltbar. Dieser Umschaltung der Antriebsspulen dient ein dreiphasiger Schaltkreis, der Transistoren 341-352, Widerstände 353-358 und 365 - 370 sowie Kondensatoren 359 - 364 umfaßt. Diese Transistoren sind mit Basistreibern 377 — 379 versehen, deren Impulsverteilung über Leitungen 3804-3809 durch eine Logikschaltung 380 so gesteuert ist, daß von den Antriebsspulen ein Drehfeld erzeugt wird.

Die Antriebsspulen 332-334 sind ferner über erste Dioden 335-337 und 338-340, die für die Induktionsströme der jeweils ausgeschalteten Antriebsspule durchlässig sind, mit den Eingangsseiten der beiden Konstantstrom-Zerhacker verbunden, um eine Rückführung und Wiederverwendung der in den ausgeschalteten Antriebsspulen freiwerdenden Feldenergie /u erreichen.

F.ine Abwandlung der vorstehenden Steuerschaltung für einen 3-phasigen Schrittmotor zeigt Fig. 5. Während in F i g. 4 die Eingangs- und Ausgangsseiten der beiden Konstantstrom-Zerhacker durch die Dioden 209' und 210' über Kreuz verbunden sind, sind in Fig. 5 die Ausgangsseilen der Zerhacker durch eine Diode 207". einen Kondensator 208" und einen Widerstand 209" in der dargestellten Weise überbrückt. Hierdurch ist wiederum ein Freilaufkreis für den pulsierenden Erregerstrom gebildet, wenn die Transistoren der Konstantstrom-Zerhacker undurchlässig werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung für einen mehrphasigen Schrittmotor mit mehreren Antriebsspulen, die über steuerbare Schalter nacheinander an eine Gieichstromquelle an- und abschaltbar sind, wobei der beim Ausschalten auftretende Induktionsstrom über an dem schalterseitigen Spulenende in Durchlaßrichtung angeschlossene erste Dioden der anschließend einzuschaltenden Antriebsspule zur Beschleunigung des Stromanstiegs zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung der Antriebsspulen mit zerhacktem Erregerstrom nur ein Konstantstrom-Zerhacker (201-205; 20Γ-205', 211 —215) in der Zuleitung oder je einer in der Zu- und Rückleitung der Antriebsspulen (301—304; 332 — 334) angeordnet ist, daß Drosselspulen (305, 306; 305', 306') zwischen der oder den Konstantstrom-Zerhackern und den Antriebsspulen in Serie geschaltet und die ersten Dioden (307-310; 335 — 340) an der Netzseite des oder der jeweiligen Konstanistrom-Zerhacker angeschlossen sind.

2. Steuerschaltung für einen 4-phasigen Schrittmotor nach Anspruch 1, dessen Antriebsspulen in zwei gleiche Gruppen zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspulen (301 -304) einerseits gruppenweise über je eine der Drosselspulen (305, 306) mit der Ausgangsseite des gemeinsamen, an dem einen Pol der Stromquelle (1) liegenden Konstants'.rom-Zerhackers (201-205) verbunden und andererseits einzeln über je eine zweite Diode (381-384) an den anderen Pol der Stromquelle anschaltbar und jeweils über eine der ersten Dioden (307-310) mit der Eingangsseite (116a) des Konstantstrom-Zerhackers verbunden sin·'(F ig. 1 bis 3).

3. Steuerschaltung fur einen j-phasigen Schrittmotor nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspulen (332-334) der drei Phasen über je eine für den Erregerstrom durchlässige dritte Diode (371 -373) und eine der Drosselspulen (305') an den Ausgang des an dem einen Pol der Stromquelle liegenden ersten Konstantstrom-Zerhackers (201'-205') und über je eine vierte Diode (374-376) und eine der Drosselspulen (306') an den 4s Ausgang eines an dem anderen Pol der Stromquelle liegenden Konstantstrom-Zerhackers (211-215) anschaltbar sind und über je eine der für den Induktionsstrom durchlässigen ersten Dioden (335-337) an die Eingangsseite des ersten und über je eine der gleichen ersten Dioden (338-340) an die Eingangsseile des zweiten Konstantstrom-Zerhakkers angeschlossen sind (F i g. 4,5).

4. Steuerschaltung für Schrittmotoren mit Feldspulen nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede von zwei Feldspulen (330, 331; 330", 331") des Schrittmotors zwischen eine der Drosselspulen (305, 306; 305', 306') und die zugehörigen Antriebsspulen (301 -304; 332-334) in Serie geschaltet ist (F-" i g. 2,4).

5. Steuerschaltung für Schrittmotoren mit Feldspulen nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Feldspulen (330', 33Γ) des Schrittmotors in Serie unmittelbar zwischen die Pole der Stromquelle an der Eingangsseite des oder der Konstantstrom-Zerhacker (201-205; 20Γ-205', 211 -215) geschaltet sind (F i g. 3).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltun: für einen mehrphasigen Schrittmotor mit mehrerei Antriebsspulen, die über steuerbare Schalter nacheinan der an eine Gleichstromquelle an- und abschaltbar sine wobei der beim Ausschalten auftretende Induktions strom über an dem schalterseitigen Spulenende ii Durchlaßrichtung angeschlossene erste Dioden de anschließend anzuschaltenden Antriebsspule zur Be schlcunigung des Stromanstiegs zuführbar ist.

Eine derartige Steuerschaltung ist aus der US-P5 35 30 347 bekannt. Dort sind jeweils zwei wechselseitig ein- und auszuschaltende Antriebsspulen über Dioden ir der angegebenen Weise miteinander gekoppelt bzw verbunden. In diesem Sinne sieht eine erste Ausfüh lungsform vor, daß jede Diode einerseits an das schalterseitige Ende ihrer Antriebsspule und andererseits über die eine oder andere der beiden Wicklunger eines Transformators an das andere Ende ihrer Antriebsspule angeschlossen ist, so daß durch den Induktionssirom der ausgeschalteten Antriebsspule über die induktive Kopplung im Transformator der eingeschalteten Antriebsspule ein Stromstoß zugcführ, wird, der sich dem von der Stromquelle gelieferten Erregerstrom überlagert.

Bei einer zweiten Ausfuhrungsform dieser bekannten Steuerschaltung ist jede Diode einerseits an das schalterseitige Ende einer Antriebsspule und andererseits an das andere Ende der anderen Antriebsspule angeschlossen, welchem außerdem der Speisestrom über eine weitere Diode zugeführt wird, so daß in diesem Fall der Induktionsstrom der ausgeschalteten unmittelbar durch die eingeschaltete Antriebsspule fließen kann, um sich dem Speisestrom derselben zu überlagern. Somit kann zwar in beiden bekannten Schaltungen die beim Feldabbau in der einen Antriebsspule freiwerdende Energie eine Beschleunigung des Stromanstiegs in der anderen Spule bewirken, doch mir insoweit als die abklingende Induktionsspannung die normale Speisespannung zu Beginn des Feldabbaus übersteigt.

Ähnlich wie im Fall des vorerwähnten zweiten Ausführungsbeispiels liegen die Verhältnisse bei der Steuerschaltung der DT-AS 16 13 272, in der zusätzlich ein Widerstand mit jeder der für den Induktionsstrom durchlässigen Dioden in Reihe liegt und außerdem ein gemeinsamer Vorwiderstand den beiden Antriebsspulen in der Speiseleitung vorgeschaltet ist. Dieser Vorwiderstand setzt zwar die Zeitkonstante des jeweiligen Einschaltkreises herab, macht jedoch eine entsprechend höhere Speisespannung erforderlich und ist mit einem Energieverlust durch Joule'sche Wärme verknüpft. Obendrein erfahren die Induktionsspannungen an den Serienwiderständen der Dioden einen Spannungsabfall, um den die Spannung an der eingeschalteten Antriebsspule herabgesetzt wird.

Bei der aus der GB-PS 9 95 902 bekannten Steuerschaltung, die vorzugsweise der wechselseitigen Betätigung von zwei Magnetspulen zum schrittweisen Fortschalten und Stillsetzen eines Lochstreifens dienen soll, ist jeder Spule eine Hilfsinduktivität vorgeschaltet und eine Diode nachgeschaltet und sind die Endpunkte der beiden Reihenschaltungen aus Spule und Diode über Kreuz verbunden. Dadurch wird bewirkt, daß die der eingeschalteten Spule vorgeschaltete Hilfsinduktivität im Endeffekt einen Vorwiderstand darstellt, der eine entsprechend höhere Speisespannung voraussetzt, andererseits die der ausgeschalteten Spule zugeordnete Hilfsinduktivität, die an der vollen Speisespannung liegt.