DE2255553B2 - Einrichtung zum schnellen schalten von induktivitaeten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum schnellen Schalten von Induktivitäten, insbesondere von elektromagnetischen Schrittmotoren.

Es ist bekannt, bei elektromagnetischen Schrittmotoren die Erregerwicklung über einen in Reihe mit ihr liegenden Widerstand mittels eines Transistors an'die Betriebsspannungsquelle zu legen, dabei ist die Anstiegszeit des Erregerstroms der Zeitkonstanten

proportional.

Es ist auch bereits eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der, um einen schnellen Aufbau des Magnetfeldes der Induktivität zu erzielen, ein ÄC-Glied vorgesehen ist, das in Serie mit der Induktivität im Kollektorzweig des Transistors liegt. Wird bei dieser Schaltungsanordnung der Transistor leitend gesteuert, so fließt zunächst ein großer Strom über die Induktivität und den Kondensator des ÄC-Gliedes, der in verhältnismäßig kurzer Zeit ein großes magnetisches Feld in der Induktivität erzeugt. Nach der Entladung des Kondensators fließt nur noch ein kleinerer Strom über den Widerstand des ÄC-GIiedes und die Induktivität. Diese Schaltung hat jedoch gleichfalls den Nachteil, daß ein Teil der aufzuwendenden Leistung durch den Widerstand des ÄC-Gliedes als Verlustleistung in Wärme umgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das schnelle Schalten von Induktivitäten, insbesondere von elektromagnetischen Schrittmotoren dadurch zu ermöglichen, daß die Stromanstiegszeit verringert wird, um dadurch die obere Grenzfrequenz zu erhöhen, ohne daß dabei eine nennenswerte Verlustleistung in Erscheinung tritt.

Diese Aufgabe wird bei Einrichtungen der genannten Art, bei denen die Induktivität über einen mit ihr in Reihenschaltung liegenden Widerstand mittels eines Transistors an eine Spannungsquelle gelegt wird, dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung in Reihe mit der Induktivität ein zusätzlicher Transistor und eine Schalteinrichtung liegt, die zunächst zur Erzielung eines steilen Stromanstiegs kurzzeitig eine verhältnismäßig hohe Spannung und n3ch dem Ansteigen des Stromes auf seinen Nennwert eine verhältnismäßig niedrige Spannung an die Induktivität legt

Die Schalteinrichtung kann beispielsweise aus einem stromabhängigen Rückkopplungskreis, aus einem Zeitglied oder aus einem Schwellwertschalter an sich bekannter Bauart bestehen.

Durch die Einrichtung gemäß der Erfindung, bei der mit zwei Spannungsquellen unterschiedlicher Spannung gearbeitet wird, wobei das Spannungsverhältnis etwa 10:1 betragen kann, entfällt der bei den bekannten Anordnungen benötigte Vorwiderstand der Spule. Ferner wird die Anstiegszeit des Stromes verringert, so daß eine entsprechende Erhöhung der oberen Grenzfrequenz möglich ist.

Bei Abschaltung der höheren Spannung und Betrieb der Einrichtung mit der verhältnismäßig niedrigen Spannung läßt sich ein weicher Anlauf des Schrittmotors infolge der dann auftretenden großen Stromanstiegszeit erreichen. Die obere Grenzfrequenz liegt dann entsprechend niedriger, so daß bei höheren Betriebsfrequenzen die zweite Spannungsquelle mit der höheren Spannung wieder zugeschaltet werden muß.

In der Zeichnung sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele für eine gemäß der Erfindung ausgebildete Einrichtung näher erläutert, die sich durch die Art der verwendeten Schalteinrichtung zum Umschalten der beiden Betriebsspannungen voneinander unterscheiden. So zeigt

F i g. 1 eine Schaltung mit einem stromabhängigen Rückkopplungskreis als Schalteinrichtung,

F i g. 2 eine Schaltung, bei der zur Umschaltung ein Schmitt-Trigger verwendet wird, und

Fig.3 eine Schaltung, bei der ein Zeitglied die Funktion der Umschalteinrichtung hat.

In Fig. 1 liegt in Reihe mit einer zu schaltenden Induktivität 1 ein Transistor 2. Wird diesem über eine Diode 3 und einen Widerstand 4 ein positiver Rechteckimpuls zugeführt, so wird er in den leitenden Zustand versetzt. Ein zusätzlicher, mit der Induktivität gleichfalls in Reihe liegender Transistor 5 befindet sich bereits im leitenden Zustand, so daß von einer Spannungsquelle t/«der Induktivität eine verhältnismäßig hohe Spannung zugeführt wird, während die an einer weiteren Spannungsquelle Ubi liegende wesentlich niedrigere Spannung für die Induktivität zunächst durch eine Diode 6 gesperrt ist. Durch die Höhe der Spannung Ub2 wird ein steiler Stromanstieg in der Induktivität 1 verursacht. Der Spannungsabfall über dem Emitterwiderstand 8 des Transistors 2 wird mit zunehmendem Strom größer. Diese zeitliche Änderung des Spannungsabfalls, die näherungsweise die Form einer ansteigenden Geraden hat, wird über einen Regelwiderstand 9 und ein aus einem Widerstand 10 und einem Kondensator 11 gebildetes Integrationsglied der Basis eines Transistors 12 zugeleitet. Dieser wird entsprechend dem Wert des Stromes und der Integrationszeitkonstante steil aufgesteuert und bringt dadurch den Transistor 5 in den nichtleitenden Zustand. Der durch die Spule 1 fließende Strom wird dann nur von der niedrigeren Spannung Ub 1 aufrechterhalten. Die Hinterflanke des Eingangsimpulses sperrt den Transistor 2. Infolge der Stromverminderung des durch den Emitterwiderstand 8 fließenden Stromes wird der Transistor 12 gesperrt und demzufolge der Transistor 5 wieder geöffnet. Der im Kollektorkreis des Transistors 5 liegende Widerstand 13 ist

ebenso wie der Kollektorwiderstand 14 des Transistors 12 verhältnismäßig niederohmig (etwa 0,5 bis 1 Ohm). Er dient zur Erzielung eines Spannungsabfalls, der zum vollständigen Durchschalten des Transistors 5 erforderlich ist und kann deshalb ni :hi als ein Vorwiderstand der Induktivität, der eine nennenswerte Verlustleistung verursacht, betrachtet werden.

Es besteht die Möglichkeit, mittels eines Schalters 15 eine zusätzliche positive Spannung an die Basis des Transistors 12 zu legen. In diesem Falle bleibt die Spannungsquelle l/w auf die Funktion der Induktivität wirkungslos, und es ergibt sich infolgedessen auf Grund der eigenen Zeitkonstante der Spule 1 ein weicher Anlauf des Schrittmotors.

Bei der in Fig.2 dargestellten Schaltung, in der die der F i g. 1 entsprechenden Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 bezeichnet sind, wird zum Umschalten der beide:i Spannungsquellen Lk? und Übt an Stelle einer stromabhängigen Rückkopplung ein an sich bekannter Schmitt-Trigger benutzt. Dieser » besteht aus den Transistoren 16 und 17, dem Kondensator 18 und den Widerständen 19; 20; 21; 22; 23. Auch bei dieser Schaltung wird der Transistor 2 durch einen positiven Eingangsimpuls geöffnet. Infolge des Ruhezustandes des Schmitt-Triggers ist der Transistor 5 gleichfalls geöffnet, so daß an der Spule 1 die höhere Spannung Lfe? liegt, während die Spannung Ubi durch die Diode 6 gesperrt ist Der durch die Spannung Ub2 verursachte steile Stromanstieg verursacht an dem Emitterwiderstand 8 des Transistors 2 einen immer größer werdenden Spannungsabfall, der schließlich den Schmitt-Trigger zum Kippen bringt. Hierdurch wird der Transistor 12 in den leitenden Zustand versetzt, was eine Sperrung des Transistors 5 zur Folge hat. Der Spulenstrom wird dann von der niedrigeren Spannung Übt aufrechterhalten. Durch die Hinterflanke des Eingangsimpulses wird der Transistor 2 wieder gesperrt. Bei der hierdurch auftretenden Stromverminderung im Emitterwiderstand 8 kippt der Schmitt-Trigger zurück und öffnet somit den Transistor 5 für den nächsten Vorgang. Durch die Z-Diode 24 wird dabei der Transistor 12 vollständig gesperrt.

Auch bei dieser Schaltung ist es möglich, durch Anlegen einer zusätzlichen Spannung an die Basis des Transistors 12 die obere Spannung Ub2 wirkungslos zu machen, um damit einen weichen Anlauf des Schrittmotors zu erzielen.

Die Schaltung nach F i g. 3 unterscheidet sich von den beiden beschriebenen Schaltungen dadurch, daß als Umschalteinrichtung für die beiden Betriebsspannungsquellen ein aus einem Kondensator 25 und einem Widerstand 26 gebildetes ÄC-Glied verwendet wird. Hierbei öffnet ein positiver Rechteckimpuls, der über die Diode 3 und den Widerstand 4 auf die Basis des Transistors 27 gegeben wird, die Transistoren 27 und 2. Gleichzeitig wird dieser Impuls dem ÄC-Glied aufgedrückt. Hierbei wird entsprechend der Zeitkonstante des RC-Gliedes ein Transistor 28 gesperrt. Infolge der Sättigung des Transistors 28 im Ruhestand entspricht die Spannungszeitfunktion am Ausgang dieses Transistors nicht mehr einer e-Funktion, sondern sie ist annähernd eine Rechteckfunktion, deren Dauer durch die Zeitkonstante des Differenziergliedes bestimmt ist. Dementsprechend wird durch den Transistor 28 der Transistor 25 so lange aufgesteuert, bis der durch die Betriebsspannung Ub2 verursachte Strom seinen Nennwert erreicht hat. Mit dem Abschalten der Spannung Ub2 wird gleichzeitig die niedrigere Betriebsspannung Ubi, die vorher durch die Diode 6 gesperrt war, an die Spule 1 gelegt. Die Rückflanke des Eingangsimpulses schaltet über die Transistoren 27 und 29 den Transistor 2 ab.

Durch Anlegen einer positiven Spannung an die Basis des Transistors 28 läßt sich auch bei dieser Schaltung die höhere Betriebsspannung ii« wirkungslos machen und damit infolge der großen Eigenzeitkonstante der Spule 1 ein weicher Anlauf des Schrittmotors erzielen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum schnellen Schalten von Induktivitäten, insbesondere von elektromagnet!- sehen Schrittmotoren, bei der die Induktivität über einen mit ihr in Reihenschaltung liegenden Widerstand mittels eines Transistors an eine Spannungsquelle gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Induktivität ein zusätzlicher Transistor und eine Schalteinrichtung liegt, die zunächst zur Erzielung eines steilen Stromanstiegs kurzzeitig eine verhältnismäßig hohe Spannung und nach dem Ansteigen des Stromes auf seinen Nennwert eine verhältnismäßig niedrige Spannung an die Induktivität legt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung aus einem stromabhängigen Rückkopplungskreis besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung aus einem Zeitglied besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung aus einem Schwellwertschalter besteht.