Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltanordnung, zur Speisung einer Erregerspule eines an eine elektrische Quelle angeschlossenen Schrittmotors, insbesondere auf eine Schaltung, welche den Erregungsstrom mit gutem Wirkungsgrad steuert, und welche sowohl das Funken wie auch ein von den Eigenschwingungen des Schrittmotors herrührendes Pendeln weitgehend vermeidet.
Im allgemeinen dreht sich der Rotor eines Schrittmotors schrittweise, dadurch dass ein pulsierender Erregungsstrom, also Erregersignale, den verschiedenphasigen Erregerspulen zugeführt wird. Werden diese Erregersignale in langsamer Folge zugeführt. dann besteht die Bewegung des Rotors aus einer Aufeinanderfolge von Drehungen und Stillständen.
Während der Drehung wird mechanische Energie auf eine äussere Last übertragen. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist es daher wünschenswert, dass der den Erregerspulen des Schrittmotors zugeführte Erregungsstrom während der Drehung des Rotors gross, während seines Stillstandes aber klein sei.
Zu diesem Zweck ist eine Schaltung bekannt, welche einen Erregungsstrom mit kurzer Anstiegszeit liefert. Dafür wird eine verhältnismässig hohe Spannung an einen Kreis mit verhältnismässig kleinem Widerstand angelegt, und der Erregungsstrom dann unterbrochen, wenn er einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wobei der über einen Zyklus bestimmte Mittelwert des Erregungsstromes auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Ganz allgemein steigt der Wirkungsgrad des Antriebes eines mittels elektrischer Pulse getriebenen Gerätes durch die Verwendung hoher Stromwerte in der Anfangsphase jedes Antriebsvorganges. Wird jedoch die Wiederholungsfrequenz jener Pulse hoher Spannung gross, dann tritt infolge der Eigenvibration des Gerätes eine Resonanz auf.
Des weiteren weist die bekannte Ausführung eines elektrischen Schrittmotors einen an seiner Achse angebrachten mechanischen Dämpfer auf, welcher das Pendeln verhindern soll. Dies ist den Anlauf- und Ansprech-Eigenschaften des Gerätes abträglich.
Weiterhin enthält die bekannte Schaltung zum Antrieb des Schrittmotors als Funkenlöschorgan eine Serieschaltung, bestehend aus einem Kondensator und einem Widerstand, oder einem Kondensator und einer Diode, wobei diese Serieschaltung parallel zur Erregerspule geschaltet ist. Zu demselben Zweck wird in bekannter Weise eine Schaltung bestehend aus einer Diode und einer Konstantspannungsquelle verwendet. Es sind jedoch alle eben angeführten Schaltungen wegen der damit verbundenen langen Zeitkonstanten den Ansprech- und Anlauf-Eigenschaften des Schrittmotors abträglich.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Schaltanordnung, welche die erwähnten Nachteile nicht aufweist.
Dies wird erreicht durch Zerhackermittel, um den aus der Quelle an eine Erregerspule fliessenden Strom so lange zu zerhacken, als ein Steuersignal an den Zerhackermitteln liegt, wobei der erste, während des Anstiegs des Steuersignals entstehende Stromimpuls von längerer Dauer ist, als die darauffolgenden.
Es können auch ein mit der Erregerspule verbundenes Schaltorgan und ein damit verbundener Strom-Messkreis mit nichtlinearer Kennlinie vorgesehen sein, welch letzterer so geschaltet ist, dass seine Stromwerte zu Beginn des Erregungszyklus' kleiner sind, wobei das Schaltorgan durch die im Strom-Messkreis ermittelten Stromwerte gesteuert wird.
In einer bevorzugten Ausführung kann die Steuerschaltanordnung gekennzeichnet sein durch ein mit der Erregerspule verbundenes Schaltorgan, einen mit letzterem verbundenen Strom-Messkreis und einen Regelkreis, welcher den Strom in Abhängigkeit des Anfangswertes des Steuersignals regelt.
wobei das Schaltorgan durch vom Strom-Messkreis ermittelte Stromwerte gesteuert wird.
Zudem kann die Steuerschaltanordnung vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein, dass sie einen Wandler aufweist, welcher die Frequenz des Steuersignals in eine dazu umgekehrt proportionale Spannung verwandelt, und dadurch, dass ein Steuerkreis des vom Strom-Messkreis ermittelten Stromes die am Ausgang des Wandlers auftretende Spannung zur Regelung des Mittelwertes des Erregungsstromes benützt.
Endlich ist eine vorteilhafte Ausführungsform gekennzeichnet durch Funkenlöschmittel, bestehend aus einem Integrierkreis, welcher einen Widerstand und einen Kondensator enthält und einer mit diesem Integrierkreis in Serie geschalteten Diode, wobei die Funkenlöschmittel parallel mit der Erregerspule geschaltet sind.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus nachfolgender Beschreibung, unter Bezugnahme auf die zuge hörigen Zeichnungen, hervor, ohne dass jedoch die Erfindung in irgendeiner Weise auf jene Beispiele beschränkt wäre. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung der Funktion des elektrischen Schrittmotors.
Fig. 2A und 2B Blockschema und Darstellung der Wellenform einer Ausführung der Steuerschaltung für den Antrieb eines elektrischen Schrittmotors nach vorliegender Erfindung.
Fig. 3 ein Schaltschema einer Steuerschaltung für eine Phase.
Fig. 4 eine Darstellung der Wellenform in der Schaltung der Fig. 3.
Fig. 5 ein Blockschema einer weiteren Steuerschaltung.
Fig. 6 ein Schaltschema der Steuerschaltung in Fig. 5.
Fig. 7 eine Darstellung der Wellenform in der Schaltung der Fig. 6.
Fig. 8 eine charakteristische Darstellung des Zusammenhanges zwischen Puls-Frequenz und Erregungsstrom bei einer bekannten Steuerschaltung.
Fig. 9 eine charakteristische Darstellung des Zusammenhanges zwischen Puls-Frequenz und Erregungsstrom bei der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 ein Schaltschema einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 ein Schaltschema für eine weitere Ausführungsform.
Fig. 12 die zur Erläuterung der Funktion der Schaltung von Fig. 11 nötigen Wellenformen.
Fig. 13 ein Blockschema der Steuerschaltung, in welchem die Schaltungen zum Funkenlöschen und zur Verhinderung des Pendelns verdeutlicht sind.
Fig. 14 eine Darstellung der Wellenform in der Schaltung der Fig. 13.
Fig. 15 eine Schaltung einer Phase der Figur 13.
Fig. 16 eine charakteristische Kurve zur Beschreibung des Zusammenhanges zwischen Impuls-Frequenz und Drehmoment bei einer bekannten Schaltung.
Fig. 17 eine charakteristische Kurve zur Beschreibung des Zusammenhanges zwischen Impuls-Frequenz und Drehmoment bei der vorliegenden Erfindung.
Fig. 18 und 19 Blockschemata einer weiteren Ausführung des in Fig. 11 Dargestellten.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Wellenform einer Phase des elektrischen Schrittmotors. Im Verlaufe eines seiner Schritte und seines darauffolgenden Stillstandes des Rotors, die beide in (a) angedeutet sind, wird der Erregerspule für den Schritt ein elektrischer Impuls E der geeigneten Breite zugeführt, und während des Stillstandes eine Reihe kurzer Impulse, wie in (b) gezeigt. Dementsprechend ist, wie in (c) gezeigt, die mittlere Spannung Em der Pulse beim Weiterschalten des Mo tors hoch und beim Stillstand niedrig. Wie in (d) gezeigt ist ausserdem der Strom I beim Weiterschalten gross und beim Stillstand klein. Dies entspricht einer Erregung der Spule mittels zweier elektrischer Quellen, einer mit hoher und einer mit niedriger Spannung. und verbessert den Wirkungsgrad des Antriebs wesentlich.
Weiterhin kann der Erregungsstrom mittels eines einzigen Schaltelementes pro Erregerspule geschaltet werden, wodurch der Aufbau der Schaltung besonders einfach und ihr Preis niedrig wird.
Figur 2A zeigt eine Ausführung der Steuerschaltung eines fünfphasigen Schrittmotors (EPM) 1. Die Erregerspulen (CA-CE) 2-6 jeder Phase sind mit je einer der Steuerschaltungen (DRA-DRE) 7-11 verbunden, welche als Schaltorgane wirken. Die Funkenlöschorgane (SKA-SKE) 12-16 sind mit je einer Erregerspule (CA-CE) verbunden. Des weiteren sind die Erregerspulen 2-6 mit der Spannungsquelle VB verbunden. Bezugnehmend auf die Figur 2A wird der in der Figur 2B dargestellte Steuerimpuls der zur Vorwärts Richtung gehörigen Klemme (CW) 17 oder der zur Rückwärts-Richtung gehörigen Klemme (CCW) 18 des Zwei-drei Phasen Erregungsstrom-Umformers (ESC) 19 zugeführt. Letzterer verteilt dann die Erregersignale über seine Ausgänge (a-c) dergestalt, dass die zweiphasige und die dreiphasige Erregung in vorbestimmter Phasenordnung alternieren.
Die Arbeitsphasen des Ausgangssignals an den Ausgängen (a-e) sind halbiert.
Wird beispielsweise - bezugnehmend auf Figur 2A - das am Ausgang a auftretende Ausgangssignal der Steuerschaltung 7 zugeführt, so wirkt es über einen Verstärker 20 auf ein Tor 21 und über einen Verstärker 22 auf ein Schaltorgan 23. Dann fliesst Strom von einer elektrischen Quelle VB zu einer Erregerspule 2. Der Stromfluss in der Erregerspule 2 wird von einer stromempfindlichen Regelschaltung 24 ermittelt, der ermittelte Stromwert einer integrierenden Schaltung 25 zugeführt, deren Ausgang das Tor 21 steuert. Dies bedeutet, dass wenn der von der stromempfindlichen Regelschaltung 24 ermittelte Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, der Fluss des Erregungsstromes in der Spule 2 durch das Schaltorgan 23 unterbrochen wird. Durch Wiederholung dieses Vorganges wird bewirkt, dass in der Spule 2 ein vorbestimmter mittlerer Strom fliesst.
Es wird der durch die stromempfindliche Regelschaltung 24 registrierte Strom durch die integrierende Schaltung 25 integriert. Daher wird beim erstmaligen Erreichen eines vorbestimmten Stromwertes während einer Erregungsperiode der Erregungsstrom vom Schaltorgan nicht unterbrochen. Der Erregungsstrom steigt exponentiell weiter, nach Massgabe der Zeitkonstante der Schaltung. Erreicht der integrierte Wert des Erregungsstromes einen vorbestimmten Wert, dann wird der Erregungsstrom durch das Schaltorgan 23 unterbrochen und danach so zerhackt, dass der Strom auf besagtem Mittelwert gehalten wird.
Figur 3 zeigt eine Steuerschaltung einer Ausführung des in Figur 2A Dargestellten. Es ist in Figur 3 der Eingang 26 mit den hintereinander geschalteten Widerständen 27 und 28 verbunden. Die Verbindung der Widerstände 27 und 28 ist mit der Basis des Transistors 29 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Der Kollektor des Transistors 29 ist über einen Widerstand 30 mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle VB verbunden. Ausserdem ist der Kollektor des Transistors 29 über eine Diode 31 mit der Basis eines Transistors 33 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Die Basis dieses Transistors 33 ist über einen Widerstand 32 geerdet, sein Kollektor über einen Widerstand 34 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle Vg verbunden und gleichzeitig über einen Widerstand 35 mit der Basis des Transistors 36.
Dessen Emitter ist einerseits mit der Basis des Transistors 38 verbunden und andererseits über einen Widerstand 37 geerdet. Die Kollektoren der Transistoren 36 und 38 sind mit einer Erregerspule 2 und der Quelle VB verbunden. Der Emitter des Transi stors 38 ist über einen Widerstand 39 geerdet. Die Verbindung zwischen dem Emitter des Transistors 38 und dem Widerstand 39 ist über einen Widerstand 40 mit einem Kondensator 41 verbunden, dessen anderer Ausgang geerdet ist.
Die gemeinsame Verbindung des Kondensators 41 und des Widerstandes 40 ist über eine Diode 42 mit der Basis des Transistors 33 verbunden.
Wenn das in (a) der Figur 4 dargestellte Steuersignal der Basis des Transistors 29 eingegeben wird, geht der Transistor 29 in den leitenden Zustand über, worauf das Potential des Kollektors des Transistors 29 sinkt und der Transistor 33 sperrt. Folglich werden die Transistoren 36 und 38 leitend und der Erregungsstrom fliesst von der Quelle VB zur Erregerspule 2. Dieser Erregungsstrom macht sich als ein Spannungsabfall über den Widerstand 39 bemerkbar, und der so ermittelte Wert wird durch den Kondensator 41 integriert. Da bei Beginn der Erregung die Ladespannung des Kondensators 41 null ist, lädt die über den Widerstand 39 bestehende Spannung den Kondensator 41 über den Widerstand 40 auf. Wenn diese Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Transistor 33 leitend und daher sperren die Transistoren 36 und 38.
Die Zeitkonstante des Kondensators 41 ist verhältnismässig gross gewählt. Wenn der Erregungsstrom wieder fliesst, wird demzufolge das am Widerstand 39 liegende Potential sofort an die Basis des Transistors 33 übertragen, weil in diesem Fall der Anfangswert der Spannung über den Kondensator 41 nicht null ist. Dann wird der Erregungsstrom unterbrochen, um den registrierten Wert auf den vorbestimmten Wert zu bringen.
Wie schon erwähnt, fliesst der Erregungsstrom auf die in (c) der Figur 4 dargestellte Weise, wenn ein Steuersignal von der in (a) der Figur 4 gezeigten Form an der Basis des Transistors 29 angelegt wird. Am Anfang des Erregungs-Zyklus' fliesst ein hoher Erregungs-Strom, und fällt allmählich auf einen vorbestimmten Stromwert zurück. Des weiteren zeigt (b) der Figur 4 die Variationen des zwischen Emitter und Kollektor des Transistors 38 bestehenden Potentialgefälles. In der erwähnten Ausführung wird die integrierende Schaltung dazu benützt, um eine nichtlineare Kennlinie des zur Ermittlung des Stromes benutzten Kreises zu erhalten.
Es können jedoch andere Typen von nichtlinearen Elementen zu diesem Zwecke verwendet werden. Insbesondere können anstatt des Widerstandes 39 - oder parallel dazu - ein Varistor oder ein Thermistor benutzt werden.
Figur 5 zeigt ein Blockschema einer weiteren Ausführung der Steuerschaltung aus Figur 2A. In Figur 5 wird das Steuersignal über einen Verstärker 43 dem Regelkreis (IDC) 44 zugeführt.
Die Ausgangswerte des Regelkreises 44 und des Strom Messkreises (IDT) 49 werden in der Zuleitung (COM) 45 superponiert, und der Ausgang dieser Zuleitung steuert das Tor 46. Der Ausgang dieses Tores 46 steuert, über einen Verstärker 47, das Schaltorgan 48, und damit den in der Spule 2 fliessenden Erregungsstrom. Der Wert des Erregungsstromes wird vom Strom-Messkreis (IDT) 49 bestimmt, dessen Ausgang, wie oben erwähnt, an der Zuleitung 45 angeschlossen ist.
Figur 6 zeigt ein Schaltschema der in Figur 5 dargestellten Ausführung. Es wird nunmehr der Unterschied zwischen der Schaltung von Figur 4 und derjenigen von Figur 6 beschrieben. Der Regelkreis 44 und die Zuleitung 45 sind zwischen dem Kollektor des Transistors 29 und der Basis von Transistor 33 geschaltet.
Der Regelkreis besteht aus einer Serie-Schaltung eines Condensators 50 und eines Widerstandes 51 und einer dazu parallel geschalteten Serie-Schaltung einer Diode 52 und indes Widerstandes 53. Ein Ende des Regelkreises ist mit lem Kollektor des Transistors 29 verbunden und das andere iber eine als Zuleitung benützte Diode 54 mit der Basis des rransistors 33. Die Verbindung des Emitters des Transistors
38 mit dem Widerstand 39 ist über einen Widerstand 55 und Eine Diode 56 mit der Verbindung zwischen dem Regelkreis Jnd der Diode 54 verbunden.
Fliesst Erregungsstrom über den Transistor 38 durch die
Erregerspule 2, so liegt das Potential des nicht geerdeten
Ausganges des Widerstandes 39, über den Widerstand 55 und die Dioden 56 und 54, an der Basis des Transistors 33.
Fällt der Erregungsstrom auf einen vorbestimmten Wert, so wird der Transistor 33 leitend und die Transistoren 36 und
38 sperren, was einen Unterbruch des Erregungsstromes be wirkt. Demzufolge sinkt das Potential am nicht geerdeten Ausgang des Widerstandes 39, der Transistor 33 sperrt, und es fliesst der Erregungsstrom wieder. Wie schon erwähnt, fliesst der so zerhackte Erregungsstrom durch die Erregerspule 2.
Im Anfangsstadium eines Erregungs-Zyklus ist der Kondensator 50 durch die Quelle VB über die Widerstände 30,
51, 32 und die Diode 54 geladen. Wird ein in (a) der Figur 7 dargestelltes Steuersignal am Eingang 26 eingegeben, so wird der Transistor 29 leitend. Das Potential der Basis des Transistors 33 sinkt nach Massgabe des Potentials des Kondensators 50 und der Transistor 33 sperrt, während die Transistoren 36 und 38 leitend werden und Erregungsstrom in der Erregerspule 2 fliesst. Dementsprechend steigt die Spannung über den Widerstand 39. Es steigt jedoch der Erregungsstrom weiterhin, bis die Ladespannung des Kondensators 50 auf den vorbestimmten Wert fällt.
Entlädt sich dieser
Kondensator über den Transistor 29, die Widerstände 51, 39, 55 und die Diode 56, dann erreicht die Spannung über den Widerstand 39 einen Wert, welcher den Transistor 33 leitend macht. und der Erregungsstrom wird unterbrochen. Danach wird der Erregungsstrom jedesmal unterbrochen, wenn er den vorbestimmten Wert erreicht, was bewirkt, dass der vorbestimmte Mittelwert eingehalten wird, wie in (c) der Figur 7 gezeigt. Es ist darin Tc die Zerhack-Periode im Normalzustand und Tb die Zerhack-Periode im Anfangs-Stadium des Erregersignals. Wie in (c) der Figur 7 dargestellt, fliesst am Anfang der Erregungsperiode ein grosser, schnell ansteigender Erregungsstrom, welcher nachher auf einen Strom mit vorgegebenem Mittelwert zurücksinkt. Die Variationen des Spannungsgefälles zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 38 sind in (b) der Figur 7 dargestellt.
Bezugnehmend auf Figur 6 sind die Diode 52 und der Widerstand 53 vorgesehen, um die Spannung über dem Kondensator 50 festzuhalten, und die oben erwähnte Funktionsweise wird durch das Weglassen dieser Elemente nicht beeinträchtigt.
Wenn die Wiederholungs-Frequenz des Erregersignals steigt, dann steigt, wie in Figur 9 dargestellt, der Mittelwert des Erregungsstromes ebenfalls, weil im Anfangsstadium der Erregung ein grosser Erregungsstrom fliesst, und das Zeitintervall, während welchem ein Erregungsstrom mit kleinem Mittelwert fliesst, abnimmt. In der bekannten Schaltung neigt der Mittelwert des Erregungsstromes dazu, mit zunehmender Wiederholungsfrequenz abzunehmen, wie in Figur 8 gezeigt wird.
In Figur 10 sind der Schaltung von Figur 6 ein Wandler (FV) 57, welcher die Wiederholungsfrequenz des Erregersignales in eine entsprechende Spannung umwandelt, und die Steuerschaltung (VR) 58, welche die am Widerstand 39 liegende Spannung kontrolliert, hinzugefügt worden. Der Wand ler 57 kann entweder aus einem Digital-analog-Wandler bestehen, oder aus einer auf einem Kondensator beruhenden integrierenden Schaltung. Die Steuerschaltung 58 kann beispielsweise eine Schaltung sein, welche mit Hilfe eines Transi stors einen variablen Widerstand steuert, usw. Steigt die Frequenz des Erregersignals, dann verwandelt der Wandler 57 diese Frequenz in eine zu besagter Frequenz umgekehrt proportionale Spannung. Diese Spannung wird an die Steuerschaltung 58 angelegt und steuert die vom Widerstand 39 her der Basis des Transistors 33 zugeführte Spannung.
Demzufolge fliesst der Erregungsstrom weiter, bis er einen den vorbestimmten Wert überschreitenden Wert annimmt, was eine Zunahme des Mittelwertes des Stromes zur Folge hat.
Steigt die Frequenz des Erregersignales weiter, dann wird der Erregungsstrom nicht mehr zerhackt. Ist weiterhin die Frequenz des Erregungsstromes bekannt, so kann der im Strom-Messkreis ermittelte Wert durch Benützung der in Figur 10 gezeigten Schaltung gesteuert werden.
Figur 11 zeigt die im elektrischen Schrittmotor effektiv verwendete Schaltung. Darin ist ein von 0,28 Ohm bis 0,38 Ohm variabler Widerstand 59 zwischen dem Emitter des Transistors 38 und der Erde geschaltet. Die Verbindung zwischen Emitter des Transistors 38 und Widerstand 59 ist über einen Widerstand 62 und eine Diode 63 mit einem Kondensator 60 verbunden, dessen anderer Anschluss geerdet ist. Ein Kondensator 61 ist zwischen der Verbindung der Kollektoren der Transistoren 36 und 38 und der Verbindung der Diode 63 mit dem Widerstand 62 geschaltet. Eine Diode 65 ist mit dem Widerstand 62 parallel geschaltet. Eine Die Verbindung zwischen dem Kondensator 60 und der Diode 63 ist über einen Widerstand 64 mit der Verbindung zwischen dem Widerstand 51 und der Diode 54 verbunden.
Wird die Spannungsquelle V0 an die in Figur 11 gezeigte Schaltung angeschlossen, so werden die Kondensatoren 50, 60 und 61 gleichzeitig aufgeladen. und der Transistor 33 wird leitend. Wird daraufhin ein Eingangssignal an der Eingangsklemme 26 eingegeben, so wird der Transistor 29 leitend, der Transistor 31 sperrt, und die Transistoren 36 und 38 werden leitend. In diesem Augenblick fangen die Kondensatoren 50, 60 und 61 gleichzeitig an. sich zu entladen, es fliesst ein Erregungsstrom in der Erregerspule 2. und das elektrische Potential in E steigt exponentiell. Nach Ende der Entladung in dem durch den Kondensator 61, den Transistor 38 und den Wiederstand 62 gebildeten Kreis, wird die Diode 63 infolge des Potentialanstieges in E leitend, und somit die Kondensatoren 50 und 60 aufgeladen.
Nachdem die Diode 63 leitend geworden ist, wird der Transistor 33 auch leitend und die Transistoren 36 und 38 sperren. Dadurch wird die erste Operation zur Unterbrechung des Erregungsstromes beendet. Danach wird der Kondensator 60 über den Kondensator 61 und die Diode 63 durch den Spannungsstoss geladen, welcher in dem Augenblick entsteht, da der Transistor 38 sperrt. Diese Ladung wird mit einer durch den Wiederstand 64 und den Kondensator 60 bestimmten Zeitkonstante entladen. Ist diese Entladung zu Ende, dann sperrt der Transistor 33, und die Transistoren 36 und 38 werden leitend. Demzufolge beginnt der Erregungsstrom in der Erregerspule 2 wieder zu fliessen und der Kondensator 61 fängt an, sich zu entladen.
Nach vollständier Entladung des Kondensators 61 bewirkt die erhöhte Spannung über dem Widerstand 59, dass die Dioden 63 und 54 leitend werden, ebenso wie der Transistor 33, während die Transistoren 36 und 38 sperren. Dies beendet die zweite Operation zur Unterbrechung des Erregungsstromes. Danach wiederholt sich der beschriebene Vorgang, solange am Eingang 26 ein Eingangssignal von der in (a) der Figur 12 gezeigten Form eingegeben wird, und es fliesst ein Erregungsstrom von der in (d) der Figur 12 gezeigten Form in der Erregerspule. Den zeitlichen Verlauf des annungsgefälles zwischen dem Kollektor von Transistor und der Erde zeigt (b) der Figur 12, und (c) derselben ur die über den Kondensator 60 liegende Spannung.
Es folgt die Erklärung der Schaltung zum Funkenlö ien. Wie in Figur 13 gezeigt, ist jeder Funkenlöscher paral mit einer der Erregerspulen 2 bis 5 des elektrischen lrittmotors 1 geschaltet Jeder Funkenlöscher besteht aus er der Dioden 65 bis 69, in Serie mit einer Parallelschal g, bestehend aus einem der Widerstaände 75 bis 79 und em der Kondensatoren 70 bis 74. Wenn der Funkenlö ier nicht mit der Erregerspule verbunden ist, bewirkt der 1 den Steuerschaltungen 7 bis 11 fliessende Strom eine ch die geg.en-elektromotorische Kraft bedingte Span g, welche in (a) und (c) der Figur 14 dargestellt ist.
In die
Figur ist T5 die Dauer der Funkenspannung, TD die Pele des Erregungsstromes, TL die Schwingungsperiode, VD
Funkenspannung und VL ein variabler Teil der Funken nnung. Man sieht, dass die Variation der Funkenspan Ig mit abnehmender Last zunimmt, und dass die Varia1 der Funkenspannung abnimmt, wenn die Last zunimmt.
-nn der Funkenlöscher mit den Erregerspulen 2 bis 6 ver ideen ist, nimmt die Funkenspannung, wie in (b) und (d)
Figur 14 gezeigt, ab. Die Zeitkonstante T der aus Wider 7d und Kondensator gebildeten Schaltung des Funkenlö ers wird auf folgende Weise gewählt: T > Ts T > TD T > T, mentsprechend wird die auf die Eigenschwingung zurückende Variation verschluckt, und verursacht kein Pendeln xIge langsamer Laständerung.
Bezugnehmend auf Figur 15 besteht die Ersatzschaltung r Erregerspule 2 für eine Phase aus einer Induktivität L, m Widerstand r und einem parallel dazu geschalteten kenlöscher, bestehend aus einer Diode 65, einem Wider od 71 und einem Kondensator 80. Die Spannungsquelle ist dieser Parallel-Schaltung über ein aus dem Transistor restehendes Schaltorgan angeschlossen. Die während des terbruches des Erregungsstromes entstehende Funken nnung wird über die Diode 65 an den integrierenden zis angelegt und durch den Kondensator 70 absorbiert, wo ch die Funkenspannung herabgesetzt wird.
Da weiterhin
Integrierkreis eine Zeitkonstante hat, welche länger ist die Eigenschwingung TL, wird die durch die Eigenschwin g bedingte momentane Variation vom Integrierkreis ab Diert. Dies bedeutet, dass besagter Integrierkreis als npfer für den Schrittmotor wirkt. Wenn der Wert der Ikenspannung unter demjenigen der am Kondensator 70 enden Spannung V sinkt, wird die Diode 65 umgekehrt gespannt und der Integrierkreis ist von der Erregerspule rennt. Als Folge davon wird die Zeitkonstante Ti des Stromfalls, d. h.
Tj'5 L/(RI + r) null. Also sinkt der Erregungsstrom rasch. Dernentspre- nd beeinträchtigt obgenannter Funkenlöscher die Ansprechnschaften der Erregerspule nich3. Es ist nämlich not zeigt das Maximum der Funkenspannung zu reduzieren, 1 zwar wegen möglichem Schaden am Transistor 80; er ist ein Funkenlöscher notwendig, obwohl dieser die zmabfali-Charakteristik des Erregungsstromes etwas nach g beeinflusst. Enthält der Funkenlöscher ausserdem Widerstände und Kondensatoren und bedingt er eine grosse Zeitkonstante des zeitlichen Abfalls des Erregungsstromes, so wird die Ansprecheigenschaft beeinträchtigt.
In vorliegender Ausführung hingegen werden die Ansprecheigenschaften durch den Funkenlöscher nicht beeinträchtigt, da Dioden in Serie mit den Integrierkreisen geschaltet sind.
Figur 16 zeigt den Zusammenhang zwischen der Wiederholungsfrequenz der Pulse (in KppS, d. h. 1000 Pulse pro Sekunde) und dem Drehmoment (in kg- cm) für die bekannte Antriebsschaltung für elektrische Schrittmotoren. Wie aus der Figur ersichtlich, weist die entsprechende Kurve grosse Schwankungen auf, welche der Eigenschwingung des elektrischen Motors zuzuschreiben sind. Bei vorliegender Erfindung hingegen bleiben die Schwankungen des Drehmomentes klein, wie in Figur 17 dargestellt.
Die Figuren 18 und 19 zeigen weitere Ausführungsbeispiele des Funkenlöschers. In Figur 18 besteht dieser aus einem Kondensator 86 und einem Widerstand 87, welche Elemente allen Erregerspulen 2 bis 6 gemeinsam sind, und die-ser Integrierkreis ist mit den Dioden 81 bis 85 verbunden.
Im Beispiel der Figur 19 wird im Funkenlöscher eine elektrische Quelle (V5) 88 verwendet. Diese Quelle 88 ist vorgesehen, um die Spannung V über den Kondensator C zu kompensieren, falls diese Spannung zu niedrig werden sollte.