DE2321890B2

DE2321890B2 - Schaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor

Info

Publication number: DE2321890B2
Application number: DE19732321890
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Schaeff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-30
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1975-03-27
Also published as: JPS5650519B2; BE814326A; FR2227677A1; JPS5015029A; DE2321890A1; GB1413447A; FR2227677B1; IT1010193B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wicklungen, deren Knotenpunkte jeweils von Umschaltern in Abhängigkeit von liber Steuerleitungen zugeführten Ansteuerbefehlcn Zyklisch an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind.

Eine derartige Schaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wicklungen ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 958 032 bekannt. Die Knotenpunkte der Wicklungen werden von einem Drehfeldgeber gleichzeitig taktweise an positives, negatives oder Null-Potential gelegt. Eine Regelung der einzelnen Wicklungsströme ist bei diesem Schrittmotor mit in Dreieck geschalte

ten Wicklungen nicht vorgesehen.

Ein elektrischer Schrittmotor mit in Stern geschalteten Wicklungen, die über Transistoren als elektronische Schalter in Abhängigkeil von Ansteuerbefehlen

s zyklisch auf eine Betriebsspannung schaltbar sind, ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 113 889 bekannt. Zur Begrenzung der Wicklungsströme ist jeder einzelnen Wicklung ein eigener Strommeßkreis zugeordnet, der den betreffenden Wicklungsstrom kurz-

zeitig unterbricht, wenn dieser einen vorgegebenen Wert übersteigt. Eine derartige Regelung der Wicklungsströme ist nur bei einem Schrittmotor mit in Stern geschalteten Wicklungen möglich, da hier die Wicklungsströme und die Leiterströme auf den Zulei-

tungen identisch sind und daher leicht einzeln erfaßt und geregelt werden können. Bei einem Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wicklungen sind dagegen die Wicklungsströme ohne Eingriffe in den Motor nicht erfaßbar oder regelbar.

Der Erfindung liegt daher die A'j^fgr-he zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wicklungen zu schaffen, mit der auf einfache Weise die Wicklungsströme auf einen vorgegebenen Nennwert geregelt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wickiüngen der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder Umschalter mit seinem ersten Umschaltkontakt an den spannungsführenden Pol der Gleichspannungsquelle und mit seinem zweiten Umschaltkontakt über eine gemeinsame Erdleitung an den geerdeten Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen und jeweils vor

einem UND-Gatter angesteuert ist, deren Eingänge mit der jeweiligen Steuerleitung und mit dem Ausgang eines Grenzweitmelders verbunden sind, dem eingangsseitig eine der Summe der Leiterströme auf den Zuleitungen zum spannungsführenden oder geerdeten

Pol der Gleichspannungsquclk entsprechende Spannung zugeführt ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung geht davon aus, daß die Summe der Leiterströme auf den Zuleitungen mit der Summe der Ströme in den Wicklungen übereinstimmt. Da die einzelnen Wicklungen praktisch gleiche Widerstandswerte aufweisen, werden durch die Regelung der Summe der Leiterströme auch die jeweiligen Wicklungsströme geregelt. Solange an den Eingängen eines der UND-Gatter ein entsprechender Ansteuerbefehl von einer Steuerleilung und ein gleichsinniges Signal vom Grenzwertmelder anstehen, ist der dem UND-Gatter zugeordnete Knotenpunkt an den spannungsführenden Pol der Gleichspannungsquelle geschaltet. Sobald die Summe der Leiterströme einen vorgegebenen Ansprechschwellwert überschreitet, wechselt das Ausgangssignal des Grenzwertmelders und sperrt sämtliche UND-Gatter und damit die Ansteuerung der Wicklungen. Sobald die Summe der Leiterströme den Ansprechschwellwert wieder unterschreitet, wird die Ansteuerung erneut freigegeben. Während der Dauer eines Ansteuerbefehls erfolgt somit eine getaktete Stromregelung. Hierfür wird nur ein einziger Grenzwertmelder benötigt.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht mit sehr geringem Schaltungsaufwand eine Regelung der Wicklungsströme bei einem elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wick-

iungen, wobei keinerlei Eingriffe in tlen Motor seihst erforderlich sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß als Umschalter jeweils, zwei Tra nsistoren jn Gegentaktschaltung verwendet sind. Da die bei der eriindungsgemäßen Schaltungsanordnung auftretende Verlustleistung im wesentlichen durch die Verluste in den Umschaltern bestimmt ist, können diese Umschaltverluste durch Verwendung von Schalttraniistoren sehr gering gehalten werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß den UND-Gattern Leistungsverstärker mit Gegentaktstufen im Ausgangskreis nachgeschaltet sind. Da eine Gegentaktstufe zwei Transistoren enthält, von denen jeweils nur einer durchlässig gesteuert ist, so können die Gegentaktstufen im Ausgangskreis der Leistungsverstärker die Funktion von Umschaltern erfüllen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß jeder Knotenpunkt über jeweils eine erste Diode in Durchlaßrichtung mit dem spannungsführenden Pol und mit jeweils einer zweiten Piode in Sperrichtung mit dem geerdeten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Eine derartige Schutzbeschaltung dient zur Ableitung der in den Wicklungen beim Zu- und Abschalten der Gleichspannung entstehenden induktiven Überspannungen.

Eine besonders einfache Erfassung der Summe der Leiterströme ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch einen in die gemeinsame Erdleitungeingeschalteten Meßwiderstand gegeben, dessen Spannungsabfall dem Grenzwertmelder eingangssei-Ug zugeführt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher besehrieben.

Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit kontaktlosen Schaltelementen als Umschalter.

In der Darstellung der Fig. 1 sind die in Dreieck geschalteten Wicklungen am Stator eines elektrischen Schriltmotors mit W_Ali, W_M und W_1n bezeichnet. Den Knotenpunkten A, B, C der Wicklungen sind Umschalter 1, 2, 3 zugeordnet, die diese Knotenpunkte in Abhängigkeit von Ansteuerbefehlen auf Steuerleitungen 4, 5, 6 zyklisch mit dem spannungsführenden Pol U₁₁ oder mit dem geerdeten Pol M einer Gleichspannungsquelle verbinden. Jeder Umschalter wird von einem UND-Gatter 7. 8. 9 angesteuert, dessen Eingänge mit einer Steuerleitung 4 bzw. 5 bzw. 6 und mit dem Ausgang 10 eines Grenzwertmelders 11 verbunden sind. Sämtliche Knotenpunkte A, B, C sind über die ihnen zugeordneten Umschalter 1, 2, 3 auf eine gemeinsame Erdleitung 12 geschaltet, die einen Mcßwidcrsiand 13 aufweist. Der Spannungsabfall am Meßwiderstand 13 wird dem Grenzwertmelder 11 eingangsseitig zugeführt.

Den in Fig. 1 gezeichneten Schalterstellungen der Umschalter üegt eine Ansteuerung zugrunde, bei der auf den SteuerieHungen 4 und 5 jeweils ein logisches O-Signal und auf der Stcuerlcitung 6 ein logisches 1-Signal als Ansteucrbefehle erscheinen. Bei Beginn der Ansteuerung Hießt auf der gemeinsamen Erdleitung 12 und im Meßwiderstand 13 nuch kein Strom, so daß am Ausgang 10 des Grenzwertmelders 11 ein logisches 1-Signal erscheint. Der Ausgang des UND-Gatters 9 führt daher ebenfalls ein logisches 1-Signal

und bringt den Umschalter 3 in die gezeichnete Stellung. Der spannungsführende Pol U_B der Gleichspannungsquelle wird auf den Knotenpunkt C geschaltet. In den Wicklungen W_Al und W_m fließen Wicklungsströme, die über die Umschalter 1 und 2 und die ge- meinsame Erdleitung 12 gegen Masse abfließen. Sobald der Summenstrom auf der Erdleitung 12 einen vorgegebenen Wert überschreitet, übersteigt auch der Spannungsabfall am Meßwiderstand 13 den Ansprechschwellwert des Grenzwertmdders 11. An dessen Ausgang 10 erscheint ein logisches (J-Signal und sperrt das UND-Gatter 9. Die Ansteuerung des Knotenpunktes C wird dadurch so lange unterbrochen, bis der den Summenstrom abbildende Spannungsabfall am Meßwiderstand 13 wieder unter den vorgegebenen Ansprechschwellwert des Grenzwertmelder 11 gesunken ist.

Im Ausführungsbeispi..· der Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffe.n versehen. Es sind drei Leistungsverstärker 14, 15, 16 vorgesehen, in deren Eingangskreisen die UND-Gatter 7. 8, 9 liegen und deren Ausgangskreise jeweils aus zwei Transistoren 17, 18 bzw. 19, 20 bzw. 21. 22 in Gegentaktschaltung bestehen. Die Gegentaktslufen im Ausgangskreis der Leistungsverstärker dienen unmittelbar als Umschalter. An Stelle eier dargestellten npn-pnp-Komhinationen als Gegentaktstufen können auch andere geeignete Kombinationen von Transistoren verwendet werden.

Jeder Knotenpunkt A, B, ( ist jeweils über eint· erste Diode 23. 25, 27 in Durchlaßrichtung mit dem spannungsführenden Pol U_H und jeweils mit einer zweiten Diode 24. 26, 28 in Sperrichtung mit dem geerdeten Pol M der Gleichspannungsquelle verbunden. Durch diese Diodcnbeschaltung werden induktive Spannungsspitzen abgeleitet.

In Fig. 2 wird ein Betriebsfal! betrachtet, bei dem auf den Steuerleitungen 4 und 5 Ansteuerbefehle mit logischen 1-Signalen anstehen. Der Grenzwertmelder 11 gibt bei Beginn der Ansteuerung an seinem Ausgang 10 zunächst ebenfalls ein logisches 1-Signal aus. so daß die UND-Gatter 7 und 8 ausgangsseitig ebenfalls logische 1-Signale führen und die Leistungsverstärker 14 und 15 entsprechend ansteuern. Die Gegentaktstufen in den Ausgangskreisen der Leistungsverstärker dienen als Umschalter. Die Transistoren 17. 19 und 22 sind durchlässig gesteuert, während die Transistoren 18, 29 und 21 gesperrt gesteuert sind. Der Knotenpunkt A wird über den Transistor 17 und der Kno'enpunkt B über den Transistor 19 an den spannungsführenden Pol U₁₁ der Gleichspannungsquclle gelegt. In den Wicklungen W_M und \Y_m fließen Wicklungsströme zum Knotenpunkt C. Der Transistor 22 im Ausgangskreis des Leistungsverstärker 16 muli daher den vollen Summenstrom aufnehmen, der über die gemeinsame Erdleitung 12 gegen Masse M abgeleitet wird. Sobald tier am Meßwiderstand 13 abgegriffene und dem Summenstrom proportionale Spannungsabfall den vorgegebenen Ansprechschwcllwert des Grenzwertmdders 11 übcr-

schreitet, legt dieser ein logisches 0-Signal ;«n dk UND-Gatter 7 und 8 und steuert damit die Transistoren 17 und 19 in Sperrung. Damit wird der Stromfluß vom spannungsführenden Pol U_B der Gleichspan-

nungsquelle her unterbrochen. Die Wicklungsströme kommutieren auf die nach Masse geschalteten Dioden und klingen ab. Sobald der den Summenstrom abbildende Spannungsabfall am Meßwiderstand 13 den Ansprechschweilwert des Grenzwertmeideis 11 wie-

der unterschreitet, hebt dieser die Sperre wieder auf und der spannungsführende Pol der Gleichspannungsquelle wird über die Transistoren S7 und 19 wieder auf die Knotenpunkte A und B zugeschaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wick-Jungen, eieren Knotenpunkte jeweils von Um- »chaltern in Abhängigkeit von über Steuerleitungen zugeführten Ansteuerbefehlen zyklisch an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Umichalter (1,2, 3) mit seinem ersten Umschaltkonlakt an den spannungsführenden Pol (U_B) der Gleichspannungsquelle und mit seinem zweiten Umschaltkontakt über eine gemeinsame Erdleilung (12) an den geerdeten Pol (M) der Gleichipannungsquelle angeschlossen und jeweils von einem UND-Gatter (7,8, 9) angesteuert ist, deren Eingänge mit der jeweiligen Steuerleitung (4, 5, 6) und mit dem Ausgang eines Grenzwertmelders (11) verbünden sind, dem eingangsseitig eine der Summe der J eiterströme auf den Zuleitungen zum spannungsführenden oder geerdeten Pol der Gleichspannungsquelle entsprechende Spannung zugeführt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Umschalter (1, 2. 3) jeweils zwei Transistoren (17, 1.8; 19, 20; 21, 22) in Gegentaktschaltung verwendet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den UND-Gattern (7, 8, 9) Leistungsverstärker (14, 15, 16) mit Gegentaktstufen im Ausgangskreis nachgeschaltet sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Knotenpunkt (A, B, C) über jeweils eine erste Diode (23; 25; 27) in Durchlaßrichtung mit dem spannungsführenden Pol (U₁₁) und mit jeweils einer zweiten Diode (24; 26; 28) in Sperrichtung mit dem geerdeten Pol (M) der Gleichspannungsquelle verbunden ist.

ü. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen in die gemeinsame Erdleitung (12) eingeschalteten Meßwidcrstand (13), dessen Spannungsabfall dem Grenzwertmelder (11) eingangsseitig zugeführt ist.