CS259768B1

CS259768B1 - Wiring for stepper motor stepping control

Info

Publication number: CS259768B1
Application number: CS863815A
Authority: CS
Inventors: Jaksa Reljic
Original assignee: Jaksa Reljic
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1988-11-15
Also published as: CS381586A1

Abstract

Zapojení opadá do oblasti řízení krakování krokových motorů a jeho podstatná funkce je charakterizována současným stupňovitým řízením změn magnetizačních proudů vinutím vždy dvou fází motoru. Středové vývody bifilárních vinutí každé fáze jsou přes sériově zapojené odpory překlenuté paralelně zapojenými tranzistory a diodami, propustnými v obou směrech, připojeny na kladný napětový zdroj. Punkce činnosti spočívá ve spínání tranzistorů v předem daném sledu, které vyřazuji příslušný odpor vždy pro obě fáze krokového motoru.The connection falls into the area of stepper motor cracking control and its essential function is characterized by simultaneous stepwise control of changes in magnetizing currents through the windings of two phases of the motor. The center terminals of the bifilar windings of each phase are connected to a positive voltage source via series-connected resistors bridged by parallel-connected transistors and diodes, permeable in both directions. The operation consists in switching the transistors in a predetermined sequence, which disables the respective resistor for both phases of the stepper motor.

Description

Vynález se týká zapojení pro řízení krokování krokového motoru současným stupňovitým řízením změn magnetizačních proudů vinutím vždy dvou fází motoru, sestávající z bifilárních vinutí nejméně dvou fází krokového motoru a spínacích prvků.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a circuit for controlling the stepping of a stepping motor by simultaneous stepwise control of the variations in the magnetizing currents by winding two phases of the motor, consisting of bifilar windings of at least two phases of the stepping motor and switching elements.

Počet kroků krokových motorů na jednu otáčku je dán ‘počtem fází atatorů 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 pětifázové krokového motory s 50, zřídka 100 zuby na obvod rotoru, resp. statoru.'Pak se u čtyřfázového krokového motoru o 50 zubech při posloupnosti napájení jednotlivých fází AI, Bl - A2, B2 - AI, B2 dociluje 200 kroků na jednu otáčku.The number of steps of stepper motors per revolution is given by ‘the number of atator phases and the toothing 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. Then, in a four-phase 50-tooth stepper motor with a power supply sequence of the individual phases A1, B1 - A2, B2 - A1, B2, 200 steps per revolution are achieved.

Je tedy natočení základního kroku 360° : 200 = 1,8°.Thus, the base step rotation is 360 °: 200 = 1.8 °.

Maximální zvýšení počtu kroků na jednu otáčku se provádí tzv. hybridním způsobem napájení fází, y němž se střídá jedno a dvoufázové napájení podle následující posloupnosti AI - A1B1 Bl - A2B1 - A2 - A2B2 - B2 - A1B2.The maximum increase of the number of steps per revolution is carried out by the so-called hybrid phase power supply, which alternates single and two-phase power supply according to the following sequence AI - A1B1 B1 - 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 jedni 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. Thus, the magnetization flux changes by winding the motor four times during one revolution. and with 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 k 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 for turning workpieces.

- 2 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.Wiring to increase the number of steps per revolution of the motor by gradual changes in the magnetic induction in the windings of each phase is also known, by means of additional windings at the stator poles.

Nevýhodou těchto zapojení jsou nutné a obtížně uskutečnitelné kontrukční změny, zejména pokud se týkají potřebného prostoru pro přídavná vinutí. U stávajících krokových motorů by bylo nutno změnit celou kontrukci.The disadvantage of these connections is the necessary and difficult to realize structural changes, especially when they relate to the space required for additional windings. For existing stepper motors, the entire construction would have to be changed.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zapojení pro řízení krokování krokového motoru podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že středový vývod bifilárních vinutí první fáze motoru je přes první ochranný odpor, přemostěný první ochrannou diodoty a přes sériově zapojené odpory s paralelně.zapojenými pro obousměrnou propustnost elektronickými spínacími prvky a diodami první fáze krokového motoru připojen ke kladnému ňapětovému zdroji. K tomuto zdroji je analogicky jako první fáze motoru připojen středový vývod bifilárních vinutí druhé fáze motoru přes druhý ochranný odpor, přemostěný druhou ochrannou diodot} a přes sériově zapojené odpory s paralelně zapojenými pro obousměrnou propustnost elektronickými spínacími prvky a diodami druhé fáze motoru»The above drawbacks eliminate the stepping control circuit of the stepper motor according to the invention. It is based on the fact that the central terminal of the bifilar windings of the first motor phase is connected to a positive voltage source via a first protective resistor bridged by the first protective diodes and in series resistors connected in parallel for bi-directional throughput by electronic switching elements and diodes of the first motor stepper. . Analogous to the first phase of the motor, the second terminal of the bipolar windings of the second phase of the motor are connected to this power supply via a second protective resistor bridged by a second protective diode} and via series connected resistors connected in parallel for bi-directional

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 kmitočtu krokového motoru lze měnit jeho rychlost.The greatest advantage of the invention is the increase in the number of steps per revolution without any interference with the engine design and the existing control logic. Increasing the number of motor steps eliminates the need for gearboxes in machine tools, for example, and at constant and input control frequencies of the stepper motor, its speed can be changed.

Konkrétní zapojení pro řízení krokování krokového motoru podle vynálezu je znázorněno na přiložených výkresech, kde je na obr. 1 zapojení pro současné stupňovité spínání předem určených hodnot proudů, na obr. 2 grafické znázornění stupňovitých změn vektorů magnetického toku dvou fází čtyřfézového krokového motoru·A specific circuit for controlling the stepper motor stepping according to the invention is shown in the accompanying drawings, where in Fig. 1 is a circuit for simultaneous stepwise switching of predetermined current values, Fig. 2 is a graphical representation of stepwise changes of magnetic flux vectors

- 3 Jak je znázorněno na obr. 1 je středový vývod bifilárních vinutí &L» A2 první fáze A motoru připojen přes první ochranný odpor R01. přemostěný první ochrannou diodou DOl_f a přes sériově zapojené odpory Rl. R2. R3 s paralelně zapojenými pro obousměrnou propustnost elektronickými spínacími prvky Tl. T2, T3 a diodami Dl. D2. D3 první fáze A krokového motoru ke kladnému napětovému zdroji U. K němu je analogicky jako první fáze A motoru připojen středový vývod bifilárních vinutí Bl. B2 druhé fáze B motoru přes druhý ochranný odpor R02_fpřemostěný druhou ochrannou diodou DO2,, a přes sériově zapojené odpory Rll. R21, R31 s paralel-, ně zapojenými elektronickými spínacími prvky TU. T21. T31 a diodami Dli. D21. D31 druhé fáze B motoru.As shown in Fig. 1, the central outlet of the bifilar windings < A > A2 of the first motor phase A is connected via a first protective resistor R01. bridged by a first protective diode DO1 _f and via series connected resistors R1. R2. R3 with parallel switching for bi-directional throughput by electronic switching elements T1. T2, T3 and diodes D1. D2. D3 of the first phase A of the stepper motor to the positive voltage source U. Analogously to the first phase A of the motor, the central terminal of the bifilar windings B1 is connected thereto. B2 of the second motor phase B via a second protective resistor R02 _f bridged by a second protective diode DO2, and via series connected resistors R11. R21, R31 with TU electronic switching elements connected in parallel. T21. T31 and Dli diodes. D21. D31 second phase B engine.

Řízení krokování krokového motoru spočívá ve stupňovitém spínání změn proudů, tedy proudovým řízením změn vektoru magnetického toku současným stupňovitým řízením změn magnetizačních proudů vinutím vždy dvou fází. Krokový motor je napájen z jednoho napětového zdroje U · ZvýSení krokování krokového motoru je dosaženo pomocí sériově zapojených odporů Rl. R2, R3 první fáze A motoru, které jsou přemostěny elektronickými spínacími prvky Tl. T2, T3 (v našem případě tranzistory) a diodami Dl. D2, D3 pro propustnost v obou směrech.Stepper motor control consists of stepwise switching of current changes, ie by current control of changes of magnetic flux vector by simultaneous stepwise control of changes of magnetizing currents by winding two phases. The stepper motor is supplied from one voltage source U · The stepper motor stepping increase is achieved by means of series connected resistors R1. R2, R3 of the first motor phase A, which are bridged by the electronic switching elements T1. T2, T3 (in our case transistors) and diodes D1. D2, D3 for permeability in both directions.

Princip činnosti zapojení podle vynálezu spočívá ve spínání tranzistorů Tl až T3 a Til až T31 v předem daném sledu (viz obr. 2), které přemostují, resp. vyřazují příslušný odpor Rl až R3 a Rll - R31 vždy pro obě fáze A a B krokového motoru.The principle of operation of the circuit according to the invention consists in switching transistors T1 to T3 and T1 to T31 in a predetermined sequence (see Fig. 2), which bypasses respectively the transistors T1 to T31. they override the respective resistances R1 to R3 and R11-R31 in each case for both phases A and B of the stepper motor.

Současné spínání vždy po sobě následujících fází A-lBl.Simultaneous switching of consecutive phases A-1B1.

BlA2. A2B2 a B2A1 se uskutečňuje na výkresech neznázorněnou logikou motoru spínacími tranzistory TA1. TA2 první fáze A θ TB1. TB2 druhé fáze B krokového motoru.BlA2. A2B2 and B2A1 are realized in the drawings by the motor logic (not shown) by switching transistors TA1. TA2 of the first phase A θ TB1. TB2 of the second stage B stepper motor.

Na obr. 2 jsou vyznačeny současné stupňovité zrněny vektor,u magnetického toku bifilárním vinutím AI, Bl fází A a B řízením krokování podle vynálezu. Prvému stupni odpovídá maximální hodnota magnetického foku ve vinutí AI fáze A, přičemž magnetický tok ve vinutí Bl fáze B je roven nule. Druhý stupeň je realizován plnou hodnotou magnetického toku vinutím AI fáze £ a prvním stupněm hodnoty magnetického toku vinutím Bl fáze 6, tj. stupněm Bil. Dalšímu třetímu stupni odpovídají stupněFIG. 2 shows the present stepped grain vector, in the magnetic flux by bipolar winding 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 focus in the phase A winding A1, the magnetic flux in the phase B winding B1 being zero. The second stage is realized by the full value of the magnetic flux by winding A1 of the phase a and by the first stage of the value of the magnetic flux by winding B1 of the phase 6, ie by the stage B11. The next third stage corresponds to the stage

- 4 A1B12 - B12 magnetických toků vinutím AI a Bl fází A a B, čtvrtému stupni stupně A1B1 - Bl. pátému stupni AI2 - A12B1 . a šestému stupni stupně All - A11B1 magnetických toků vinutím AI a Bl fází £ a B. Postup v dalších kvadrantech s vektory magnetických toků fází Bl-Al a B2-Á1 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.- 4 A1B12 - B12 magnetic fluxes by winding A1 and B1 of phases A and B, the fourth stage of stage A1B1 - B1. fifth stage AI2 - A12B1. and the sixth stage of the All-A11B1 degree of magnetic fluxes by winding A1 and B1 of phases £ and B. The procedure in the other quadrants with the magnetic flux vectors of phases B1-A1 and B2-Á1 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 pří třístupňovém dělení magnetických toků vinutí AI, Bl fází A, B nabyl tedy výsledný vektor šesti hodnot a počet kroků čtyřfázového motoru o 50 zubech se na jednu otáčku zvýšil na 1200. Dělení magnetizačního proudu lze libovolně zvyšovat až ke spojitému chodu motoru.In the example shown in FIG. 2, the three-stage separation of the magnetic fluxes of the windings A1, B1 of phases A, B thus yielded a vector of six values and the number of steps of a four-phase 50-tooth motor increased to 1200 per revolution. continuous motor operation.

Pro řízení kroků krokových motorů lze použít i stupfvovité změny vektoru magnetického toku více než dvou fází a^- i vícev stupňového dělení.Stepwise changes of the magnetic flux vector of more than two phases and ^- even multi-step division can also be used to control the steps of the stepper motors.

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 desetinásobné a více se doporučuje použít aplikace pom,ocí 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 power transistors method, which is particularly suitable for applications where an increase in the number of steps to 3-4 times the base number is required. steps. It is recommended that you use ROM applications to increase the number of steps by ten or more.

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

Claims

Wiring for stepper motor stepping control in current

by stepwise control of the changes of the magnetization currents by winding two phases each, 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 motor phase (A) is via the first protective resistor (R01) , bridged by a first protective diode (DO1i) and through series connected resistors (R1, R2, R3) with parallel wiring for bi-directional throughput by electronic switching elements (T1, T2, T3) and diodes (D1, D2, D3) of the first phase (A) The motor is connected to a positive voltage source (U), to which the bipolar winding (B1, B2) of the second phase (B) of the motor is connected via a second protective resistor (R02) bridged by a second protective diode (D02). R11, R21, R31) with parallel switching for bi-directional throughput by electronic switching elements (Til, T21, T31) and diodes (Dli, D21, D31) of the second phase (B) of the motor ·