CS249979B1

CS249979B1 - Wiring for stepper motor stepping control

Info

Publication number: CS249979B1
Application number: CS138084A
Authority: CS
Inventors: Jaksa Reljic
Original assignee: Jaksa Reljic
Priority date: 1984-02-28
Filing date: 1984-02-28
Publication date: 1987-04-16

Abstract

Zapojení spadá do oboru řízení krokových motorů a jeho podstatná funkce je charakterizovaná připínáním odstupňovaných a předem daných úrovní napětí elektronickými spínacími prvky k bifilárním vinutím fází krokového motoru. Střídavé vývody bifilárních vinutí každé fáze jsou připojeny na vstupy paralelně spojených elektronických spínacích prvků, jejichž výstupy, jsou propojeny ' a připojeny na kladný napěťový zdroj. Elektrické spínací prvky jsou ovládány závisle na spínání vinutí jednotlivých fází spínacími tranzistory logiky krokového moťoru.The circuit falls within the field of stepper motor control and its essential function is characterized by the application of graded and predetermined voltage levels by electronic switching elements to the bifilar windings of the phases of the stepper motor. The alternating terminals of the bifilar windings of each phase are connected to the inputs of parallel-connected electronic switching elements, the outputs of which are interconnected and connected to a positive voltage source. The electrical switching elements are controlled depending on the switching of the windings of the individual phases by the switching transistors of the stepper motor logic.

Description

Vynález se týká zapojení přo řízení krokování krokového motoru současným stupňovitým spínáním předem určených úrovní napájecího napětí, sestávající z bifilárních vinutý nejméně dvou fází motoru a spínacích prvků.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a wiring for controlling stepper motor stepping by simultaneous stepwise switching of predetermined supply voltage levels, consisting of bifilar wound at least two motor phases and switching elements.

Počet kroků krokových motorů na jednu otáčku je dán počtem fází statorů a zubovým dělením statoru a rotoru, tedy mechanickou konstrukční úpravou. Z hlediska umístění vinutí statoru a zubového dělení je počet fází i zubů omezen. Vyrábějí se nejvýše pětlfázové krokové motory s 50, zřídka 100 zuby na obvod rotoru resp. statoru.The number of steps of stepper motors per revolution is given by the number of phases of the stators and the tooth division of the stator and rotor, ie mechanical design modification. In terms of stator winding placement and toothing, the number of phases and teeth is limited. They produce a maximum of five-phase stepper motors with 50, rarely 100 teeth per rotor perimeter respectively. stator.

Pak se u čtyřfázového krokového motoru o 50 zubech při posloupnosti napájení jednotlivých fází Al, Bl - A2, B2, Al, B2 dociluje 200 kroků na jednu otáčku. Je tedy natočení základního kroku 360° : 200 » 1,8°.Then, for a four-phase 50-tooth stepper motor, 200 steps per revolution are achieved in the sequence of feeding the individual phases A1, B1 - A2, B2, A1, B2. Thus, the basic step rotation is 360 °: 200 »1.8 °.

Maximální zvýšení počtu kroků na jednu otáčku se provádí tzv. hybridním způsobem napájení fází, v němž se střídá jedno a dvoufázové napájení podle následující posloupnosti Al - A1B1B1 -A2B1 - A2 - A2B2 - B2 - A1B2.The maximum increase in the number of steps per revolution is carried out by the so-called hybrid phase power supply, in which one and two-phase power alternating according to the following sequence A1 - A1B1B1 - A2B1 - A2 - A2B2 - B2 - A1B2.

U známého zapojení čtyřfázového krokového motoru připojují spínací tranzistory, řízené logikou krokového motoru, postupně k vinutím fáze motoru zdroj napájecího napětí. Během jedné otáčky se tak 4x změní magnetizační tok vinutím motoru a při 50 zubech uskuteční krokový motor 200 kroků.In the known circuit of a four-phase stepper motor, the switching transistors, controlled by the logic of the stepper motor, gradually connect the power supply to the windings of the motor phase. In one revolution, the magnetizing flux changes 4x by winding the motor, and at 50 teeth, the stepper motor takes 200 steps.

Omezený počet kroků na jednu otáčku je nevýhodný a v mnoha případech, zejména při použití k pohonu obráběcích strojů, je nutno konstruovat kombinované převody pro docílení malých úhlů li natáčení obrobků.A limited number of steps per revolution is disadvantageous and in many cases, especially when used to drive machine tools, it is necessary to design combined gears to achieve small angles of rotation of the workpieces.

Jsou známá i zapojení na zvýšení počtu kroků na jednu otáčku motoru stupňovitými změnami magnetické indukce ve vinutí každé z fází a to pomocí přídavných vinutí na statorových pólech.There are also known connections for increasing the number of steps per revolution of the motor by the stepwise changes of the magnetic induction in the windings of each phase by means of additional windings on the stator poles.

Nevýhodou těchto zapojení jsou nutné a obtížně uskutečnitelné konstrukční změny, zejména pokud se týkají potřebného prostoru pro přídavná vinutí. U stávajících krokových motorů by bylo nutno změnit celou konstrukci.The disadvantages of these connections are the necessary and difficult constructional changes, especially in relation to the space required for additional windings. For existing stepper motors, the entire design would need to be changed.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zapojení pro řízení krokování krokového motoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že středový vývod bifilárních vinutí první fáze krokového motoru je přes první ochranný odpor, přemostěný první diodou, připojen na vstupy paralelně spojených elektronických spínacích prvků první fáze motoru.The above drawbacks eliminate the stepping control circuit of the stepper motor according to the invention, which is characterized in that the bipolar winding of the first phase of the stepper motor is connected via a first protective resistor bridged by the first diode to the inputs of parallel connected electronic switching elements of the first motor phase.

Středový vývod bifilárních vinutí druhé fáze krokového motoru je přes druhý ochranný odpor, přemostěný druhou diodou, připojen na vstupy paralelně spojených elektronických spínacích prvků druhé fáze motoru.The second terminal of the bipolar windings of the second phase of the stepper motor is connected to the inputs of parallel connected electronic switching elements of the second motor phase via a second protective resistor bridged by the second diode.

Výstupy elektronických spínacích prvků první a druhé fáze motoru jsou vzájemně propojeny a připojeny na první výstup kladného napěťového zdroje, na jehož druhý a třetí výstup jsou analogicky paralelně připojeny výstupy elektronických spínacích prvků první a druhé fáze krokového motoru.The outputs of the electronic switching elements of the first and second phases of the motor are interconnected and connected to the first output of the positive voltage source, to whose second and third outputs analog outputs of the electronic switching elements of the first and second phases of the stepper motor are connected in parallel.

Největší výhodou vynálezu je zvýšení počtu kroků na jednu otáčku bez jakýchkoliv zásahů do konstrukce motoru a dosavadní řídicí logiky, zvýšením počtu kroků motoru odpadne například u obráběcích strojů nutnost používání převodovek a při konstantním i vstupním řídicím kmlto-s·· čtu krokového motoru lze měnit jeho rychlost.The greatest advantage of the invention is the increase of the number of steps per revolution without any interference with the engine design and the existing control logic, increasing the number of steps of the engine eliminates the need for machine tools for gearboxes and constant and input control speed.

Zapojení pro řízení krokování krokového motoru je znázorněno na přiložených výkresech, kde je na obr. 1 konkrétní zapojení pro současné stupňovité spínání předem určených úrovní napájecího napětí dvou fází motoru podle vynálezu, na obr. 2 grafické znázornění stupňovitých změn vektoru magnetického toku dvou fází čtyřfázového krokového motoru podle vynálezu.The wiring for controlling the stepper motor stepping is shown in the attached drawings, where in Fig. 1 is a specific wiring for simultaneous stepwise switching of predetermined voltage levels of two motor phases according to the invention, Fig. 2 graphical representation of stepwise changes of magnetic flux vector engine according to the invention.

Jak je patrno z obr. 1, je středový vývod bifilárníoh vinutí Al, A2 první fáze A krokového motoru přes první ochranný odpor Rl, přemostěný první diodou 171, připojen na vstupy paralelně spojených elektronických spínacích prvků' TI,' T2, T3 první fáze A motoru.As can be seen from FIG. 1, the center terminal of the bipolar winding A1, A2 of the first phase A of the stepper motor is connected to the inputs of the parallel connected electronic switching elements' T1, T2, T3 of the first phase A via the first protective resistor R1. engine.

Středový vývod bifilárních vinutí Bl, B2 druhé fáze B krokového motoru je přes druhý ochranný odpor R2, přemostěný druhou diodou D2, připojen na vstupy paralelně spojených elektronických spínacích prvků Til, T21, T31 druhé fáze B motoru.The central outlet of the bipolar windings B1, B2 of the second phase B of the stepper motor is connected to the inputs of the parallel connected electronic switching elements T1, T21, T31 of the second motor phase B via a second protective resistor R2 bridged by the second diode D2.

Výstupy elektronických spínacích prvků TI, Til první a druhé fáze A, B motoru jsou vzájemně propojeny a připojeny na první výstup U1 kladného napětového zdroje U. Na jeho druhý a třetí výstup U2, U3 jsou analogicky paralelně připojeny výstupy elektronických spínacích prvků T2, T21 a T3, T31 první a druhé fáze A, B krokového motoru.The outputs of the electronic switching elements T1, Til of the first and second phases A, B of the motor are interconnected and connected to the first output U1 of the positive voltage source U. The outputs of the electronic switching elements T2, T21 and T3, T31 of the first and second phases A, B of the stepper motor.

Podstatná funkce vynálezu je charakterizovaná přepínáním odstupňovaných a předem daných úrovní napětí elektronickými spínacími prvky TI, T2, T3 k bifilárním vinutím Al, A2 první fáze A krokového motoru, resp. spínacími prvky Til, T21, T31. k bifilárním vinutí Bl, B2 druhé fáze B, ovládanými závisle na spínání bifilárního vinutí Al, A2, Bl, B2 motoru.An essential function of the invention is characterized by switching the staged and predetermined voltage levels by the electronic switching elements T1, T2, T3 to the bipolar windings A1, A2 of the first phase A of the stepper motor, respectively. switching elements Til, T21, T31. to the bipolar winding B1, B2 of the second phase B, controlled dependent on the switching of the motor bifilar winding A1, A2, B1, B2.

Současné spínání vždy po sobě následujících vinutí A1B1, B1A2, D2B2 a B2A1 fázi A a' B se uskutečňuje na výkresech neznázorněnou logikou krokového motoru spínacími tranzistory TA1, TA2 první fáze A a spínacími tranzistory TB1, TB2 druhé fáze B.Simultaneous switching of the successive windings A1B1, B1A2, D2B2 and B2A1 of phase A and B is carried out in the drawings by the stepping motor logic (not shown) by switching transistors TA1, TA2 of the first phase A and switching transistors TB1, TB2 of the second phase B.

Protože se postupně střídá současné spínání lichých a sudých fází A a B, stačí vždy pro obě vinutí Al,' A2 první /liché/ fáze A a pro obě vinutí Bl, X2 druhé /sudé/ fáze B po jedné sadě elektronických spínacích prvků, tj. TI, T2 a T3 k připojování předem určených úrovní napětí kladného napěEového zdroje U k vinutím Al, A2 první fáze A a Til, T21 a T'31 k vinutím Β1, B2 druhé fáze B.As the alternate switching of the odd and even phases A and B is alternating, it is sufficient for both windings A1, A2 first / odd / phase A and for both windings B1, X2 second / even / phase B one set of electronic switching elements, ie T1, T2 and T3 for connecting predetermined voltage levels of the positive voltage source U to the windings A1, A2 of the first phase A and T1, T21 and T'31 to the windings Β1, B2 of the second phase B.

Na obr. 2 jsou vyznačeny současné stupňovité změny vektoru magnetického toku bifilárním vinutím' Al,' Bl fází A a B řízením krokování podle vynálezu. Prvému stupni odpovídá maximální hodnota magnetického toku ve vinutí Al fáze A, přičemž magnetický tok ve vinutí Bl fáze B je roven nule.FIG. 2 shows the current stepwise changes of the magnetic flux vector by the bipolar winding of 'A1,' B1 of phases A and B by the stepping control according to the invention. The first stage corresponds to the maximum value of the magnetic flux in the phase A winding A1, the magnetic flux in the phase B winding B1 being zero.

Druhý stupeň je realizován plnou hodnotou magnetického toku vinutím Al fáze A a prvním stupněm hodnoty magnetického toku vinutím' Bl fáze B, tj. stupněm Bil. Dalšímu třetímu stupni odpovídají stupně A1B12 - B'12 magnetických toků vinutím Al a Bl fází A a B, čtvrtému stupni stupně A1B1 -' Bl, pátému stupni Ά12 - A12B1 a šestému stupni stupně All -' AilBl magnetických toků vinutím Al a Bl fází A a B.The second stage is realized by the full value of the magnetic flux by winding A1 of phase A and by the first stage by the winding value of B1 by the winding of phase B, ie by stage B1. The next third stage corresponds to stages A1B12 - B'12 of the magnetic fluxes by winding Al and B1 of phases A and B, the fourth stage of stages A1B1 - 'Bl, the fifth stage of Ά12 - A12B1 and the sixth stage of the degree All -' AilBl and B.

Postup v dalších kvadrantech s vektory magnetických toků fází Bi-Al a B2-A1 je shodný a nepotřebuje dalšího vysvětlení. Z obrázku je zřejmé, že v průběhu dělení základního kroku krokového motoru nabývají vektory magnetického toku obou fází hodnot od maxima do nuly.The procedure in the other quadrants with the magnetic flux vectors of the Bi-Al and B2-A1 phases is identical and does not need further explanation. It can be seen from the figure that during the stepping of the stepper motor step, the magnetic flux vectors of both phases take values from maximum to zero.

V uvedeném příkladu na obr. 2 při třístupňovém dělení magnetických toků vinutí Al, Bl fází A,' B nabyl tedy výsledný vektor šesti hodnot a počet kroků čtyřfázového motoru o 50 zubech se jednu otáčku zvýšil na 1 200.Thus, in the example of FIG. 2, in the three-stage separation of the magnetic fluxes of the windings A1, B1 of phases A, 'B, the resultant vector of six values was obtained and the number of steps of a 50-phased four-phase motor increased one revolution to 1200.

Dělení magnetizačního proudu lze libovolně zvyšovat až ke spojitému chodu motoru.The magnetization current can be divided up to a continuous motor.

Pro řízení kroků krokových motorů lze použít i stupňovité změny vektoru magnetického toku více než dvou fází a i vícestupňového dělení.Stepwise changes in the magnetic flux vector of more than two phases and multi-stage separation can also be used to control the stepper motor steps.

Stejného efektu dělení kroku lze docílit i zápisem odpovídajících hodnot proudů a napětí do paměti ROM mikroprocesorového systému, takže odpadne způsob s použitím silových tranzistorů, který je vhodný zejména pro aplikace, u nichž je požadováno zvýšení počtu kroků na 3-4 násobek základního počtu kroků. Pro zvýšení počtu kroků desetinásobně a více se doporučuje použít aplikace pomocí zápisu do paměti ROM.The same step dividing effect can also be achieved by writing the corresponding current and voltage values into the ROM of the microprocessor system, thus eliminating the method using power transistors, which is particularly suitable for applications where an increase in the number of steps to 3-4 times the basic number of steps is required. To increase the number of steps by ten or more, it is recommended that you use ROM applications.

Při tomto způsobu dělení kroku se jedna fáze napájí sinusovým, a druhá cosinusovým časovým průběhem napětí.In this step division process, one phase is fed by a sinusoidal and the other by a cosine voltage waveform.

Claims

Wiring for controlling stepper motor stepping by simultaneous stepwise switching of predetermined supply voltage levels, consisting of bifilar windings of at least two motor phases and switching elements, characterized in that the central outlet of the bifilar windings (A1, A2) of the first phase (A) of the stepper is via the first protective resistor (R1), overrated by the first diode (D1), connected to inputs of parallel connected electronic switching elements (T1, T2, T3) of the first phase (A) of the motor, middle bipolar winding (B1, B2) of the second phase (B) is connected via a second protective resistor (R2), bridged by a second diode (D2), to inputs of parallel connected electronic switching elements (Til, T2, T31) of the second phase (B) of the motor, the outputs of electronic switching elements (T1, Til) the second phases (A, B) of the motor are interconnected and connected to the first output (U1) of the positive voltage supply (U), whose second and third outputs (U2, U3) are analogically connected in parallel to the outputs of the electronic switching elements (T2, T21) and (T3, T31) of the first and second phases (A, B) of the step motor.