DE2366193C2

DE2366193C2 - Verfahren und Einrichtung zum Steuern eines Schrittmotors

Info

Publication number: DE2366193C2
Application number: DE19732366193
Authority: DE
Inventors: Louis Worcester Mass. Abrahams; Burleigh M. North Attleboro Mass. Hutchins jun.; James L. Framingham Mass. Waters
Original assignee: Waters Associates Inc
Current assignee: Waters Associates Inc
Priority date: 1972-03-06
Filing date: 1973-03-06
Publication date: 1984-10-11

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs t im Minblick auf die DH-OS 2t 21 433 als bekannt vorausgesetzt wird, l-'crncr betrifft die- Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Bei dem Verfahren gemäß der DE-OS 21 21 433 wird eine unerwünschte Begrenzung der Ausgangsleistung eines Schrittmotors einerseits bei übermäßiger Verlustleistung des Motors andererseits dadurch vermieden, daß die dem Schrittmotor zugeführte Spannung in Abhängigkeit vom der gewünschten Ausgangsleistung gesteuert wird. Außerdem kann im Speisekreis des Schrittmotors ein Strombcgrcp/pr vorgesehen sein, der den flurch den Motor fließenden Strom innerhalb zulässiger Vcrlustgrcnzcn hält. Die Vcrlusilcistung wird in erster Linie durch den Ohmschcn Widerstand der Motorwicklungen und auch durch Ohmsche Verluste in der Steuerschaltung verursacht. Die Ausgangsleistung ist die an der Welle des Schrittmotors zur Verfügung stehende mechanische Leistung.

Aus der DE-OS 20 32 875 ist eine digitale Steuerschaltung für einen Schrittmotor bekannt, durch die erreicht werden soll, daß die Anzahl der vom Motor ausgeführten Schritte auch bei rascher Änderung der Stcucrimpulsfolgcfrcqucnz und hohem geforderten Drehmoment erhalten bleibt. Dies wird durch eine entsprechende Steuerung der Geschwindigkeit, mit der sich die Folgcfrcqucn/. der dem Motor zugeführten Steuerimpulse ändern kann, erreicht.

Aus der DE-OS 19 11 294 ist eine Steuerschaltung für einen Schrittmotor bekannt, die das Ausgangsdrchmomcnt des Schrittmotors durch Regelung (Konstanthalten) des in den Wicklungen des Schrittmotors fließenden Stromes bewirkt.

Der vorliegender. Erfindung lieg« die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand der DE-OS 21 21 433 derart weiterzubilden, daß die Verlustleistung gering gehalten isiv'dabci aber trotzdem die Ausgangsleistung in einem großen Bereich verändert werden kann.

Durch die vorliegende Erfindung läßt sich eine bestimmte mechanische Ausgangsleistung mit einem Minimum an Verlustleistung erzeugen, da die Steuerung hinsichtlich der entwickelten Verlustleistung den jeweiligen Betriebsbedingungen Rechnung trägt. Hierdurch werden die Leistungsaufnahme des Motors und die Belastung der Schaltung in vorteilhafter Weise gering gehalten, was die Lebensdauer verlängert und die bei manchen Anwendungen störende Wärmeentwicklung reduziert. Dies ist beispielsweise besonders vorteilhaft, wenn

der Schrittmotor zum Antrieb der Pumpe eines I lüssigkci'schromatographen verwendet wird, da bei solchen Geräten eine übermäßige Wärmcentwicklung zu Meßfehlern führen kann und andererseits ein genau steuerbares, rcsproduzierbarcs Arbeiten der Pumpe notwendig ist.

Mit dem vorliegenden Verfahren läßt sich außerdem auch der dem Schrittmotor zugeführte Strom derart begrenzen, daß auch bei hohen Drehzahlen ein geringes Drehmoment erreichbar ist.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 eine schemaiische Darstellung eines chromatographischen Analysegerätes, bei dem die !Erfindung mit besonderem Vorteil verwendet werden kann;

F i g. 2 eine Blockdarsicllung des Analyscgeräies ge-, maß Fig. 1:

F ig. 3 ein Schaltbild einer bevorzugten Einrichtung zur Durchführung de-: vorliegenden Verfahrens;

F i g. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3;

F i g. 5 eine Ausführungsform eines Druckmeßgerätes, das in Verbindung mit der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 verwendet werden kann, und

Fig.6 ein Schaltbild einer Stromv°rsorgungssehaltung für die vorliegende Einrichtung.

Ein chromatographisches Analysegerät, bei dem das vorliegende Verfahren und die vorliegende Einrichtung mit Erfolg verwendet werden können, ist in F i g. I schematisch dargestellt. Eine zu analysierende Flüssigkeit ist in einem Vorratsbehälter 150 enthalten. Die zu analysie^: rende Flüssigkeit wird durch ein Leitungssystem 152 in Pumpenkammern 118 einer Zwillingspumpe eingesaugt, die beispielsweise in der DE-OS 23 W 016 genauer dargestellt ist. Die aus den Pumpenkammern 118 austretende Flüssigkeit wird von einer Verteilereinrichtung 57 dann durch ein Druckmeßgerät, vorzugsweise einen Druckwandler, wie ein Bourdon-Rohr 154 geleitet oder wird teilweise zu einer Bezugseinrichtung 156 umgeleitet.

Vom Druckmeßgerät 154 wird das zu analysierende Material durch eine chromatographische Kolonne 158 gepumpt und gelangt dann in eine Analysicreinrichtung 160.

Bei diesem Analyccgcrät wird die Flüssigkeit mit einer konstanten Rate gefördert d.h. mit Abweichungen des Durchflusses von weniger als ± 1% von Pumpenhub zu Pumpenhub. Deshalb ergibt sich ein praktisch P'jltfrcier Durchfluß.

Die in F i g. 2 gezeigte Einrichtung enthält einen Motor 210 zum Antrieb einer Zwillingspumpc 212. die Flüssigkeit unter Druck einer Nutzeinrichtung 214 über eine Leitung 216 mit einem Druckmeßgerät 218 zuleitet. Das Druckmeßgerät 218 liefert ein elektrisches Signal, das für den Druck in der Leitung 216 repräsentativ ist. an eine Steuerschaltung 220, die mit dem Motor 210 verbunden ist. Die Steuerschaltung 220 steuert den dem Motor 210 zugeführten Strom. Der Motor 210 ist ein Schrittmotor, der eine Anzahl von Antriebsspulen aufweist, die getrennt erregt werden können, um den Rotor stufenweise um entsprechende Winkel zu drehen. Es ist wünschenswert, daß der diesem Motor zugeführtc Strom nur eine so hohe Stromstärke hat, daß die Last angetrieben werden kann, an den Motor angeschlossen ist, nicht jedoch ein zu großer Strom, der zu einer verstärkten Erhitzung des Motors führen würde. Die Steuerschaltung 220 übt unter anderem diese Funktion aus.

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild der Steuerschaltung 220. Sie enthält einen Transformator 230 mit einer Primärwicklung, die mit einer Wcchselspannungsquelle ver-

■i bunden ist. und mit einer Sekundärwicklung die mit einer Brückcnschaltung eines Zweiwcgglcichrici'ters mit vier Dioden verbunden ist. Die Brückenschaltung 232 enthält ferner einen Widerstand 234. dessen Ausgangsansch'.uß geerdet ist. Das Ausgangssignal dor Brücken-

K) schaltung 232 wird einer Filtcrschaltung 236 über ein steuerbares Schaltelement zugeführt, das vorzugsweise ein steuerbarer Siliziumgleichrichtsr 238 ist. Die Filterschaltung 236 besteht aus einer Spule 240, einem Kondensator 242 und einer Diode 244. Ein Kondensator 246,

i') ein Widerstand 248 und eine Diode 250 sind zwischen die Filtcrschaltung 236 und den Gleichrichter 238 geschaltet.
... ...,Das Ausgangssigral der Filtcrschaltung 236 wird den

Wicklungen 260.1—260c/des Motors 210 zugeführt. Der Motor 210 ist pin bekannter Schrittmotor mit einem Rotor mit "ermancntmagncicn und PaSren von bifilaren Wicklungen 260a und 260b bzw. 260c und 26Od. Die Motorwicklungen sind in Reihe mit Dioden 226a—226c/ und mit den Kollcktor-Emitterstrccken von jeweils zwei

r> Transistoren 262a— 262c/ in Darlington-Schaltung geschaltet. Dioden 264a—264c/ sind mit den Spulen 260a

— 260,·/ verbunden und über eine Zener-Diode 266 geerdet. Die Leitfähigkeit der Transistoren 262a—262d wird durch die Ausgangssignale einer Flip-Flop-Schaltung

ίο 268 gesteuert Die Flip-Flop-Schaltung 268 ist eine vierphasige Flip-Flop-Schaltung, die als lohnson-Flip-Flop-Schalturig otter als )ohnson-Zählcr bekannt ist urä AusgangsimpuKc an vier Leitungen liefert, wobei jeder Impuls eine Dauer von etwa 180" hat. Die Impulse sind

v> positiv, so daß sie bei der Zufuhr zu der Basis der betreffenden Transistoren 262a—262f/ diese leitend machen, sodaß dann Strom durch die entsprechende Moiorwicklung fließt, um den Motor in eine neue Winkellage zu bringen. Die Steuersignale der Flip-Flop-Schaltung 268 und damit der Antriebsstrom in den Wicklungen 260a

— 260(/sind in Fig.4 dargestellt. Die Flip-Flop-Schaltung 268 wird durch einen Oszillator 270 über einen V :rstärkcr 272 und einen Kondensator 274 gesteuert. Der Oszillator 270 soll im folgenden näher erläutert

4-> werden.

Der durch den Motor 210 fließende Strom wird durch einen Widerstand 276 abgebildet und eine zu dieser Stromstärke proportionale Spannung wird über einen Widerstand 278 einer Addierverbindung eines Integra- ίλ tors 280 zugeführt. Ein weiteres Eingangssignal wird dem Integrator von dem Druckmeßgerät 218 über einen Widerstand ?S4 zugeführt. Ein negativer Vorspannungsstrom wird dem Integrator 280 über einen Widerstand 286 zugeführt. Der Verbindungspunkt, an den die v, Widerstände 278,284 und 286 angeschlossen sind, bildet die Addierverbindung und das Ausgangssingnal des Integrators 280 ist die zeitliche Summe der Nettoströme. ^: die diesem Punkt zugeführt werden. Dieses Ausgangssignal wird über einen Widerstand 288 einem Kondensate tor 290 zugeführt. Der Kondensator 290 wird über einen Unijunction-Transistor 292 und einen Widerstand 294 entladen. Die Schwellwcrtspannung des Unijuction-Transistors 292 wird durch eine Spannung bestimmt, die dessen Gate-Elektrode über einen Spannungsteiler b5 zugeführt wird.

Wenn durch die Aufladespannung des Kondensators 290 der Transistor 292 leitend wird, ergibt sich ein Spannungsabfall an dem Widerstand 294, der über einen

Kondensator 298 der Gate-Elektrode eines gesteuerten S'liziumgleichrichters 238 zugeführt wird, um den Gleichrichter leitend zu machen und das Ausgangssignal der Brückcnschaltung 232 mit der Filtorschallung 236 zu verbinden. Ein Widerstand 300 zwischen der Gate-Elektrode jnd der Kathode des Gleichrichters 238 dient dazu, das Sperren des Gleichrichters 238 zu gewährleisten.

Der Integrator 280 vergleicht die Stromstärke, die sowohl von dem Druckmeßgerät 218 als auch von der in konstanten Vorspannungsquclle, die mit dem Widerstand 286 verbunden ist. gefordert wird, mit der tatsächlich dem Motor 210 zugeführten Stromstärke. Solange die Stromstärke im Motor kleiner als die geforderte ist. liefert der Integrator 280 ein Ausgangssignal, durch *el- i^r> ches der Kondcndsator 290 aufgeladen wird, dessen obere EleMrode positiv gegenüber Erde ist. Die Aufladezeit des Kondensators 290 hängt von der Netiostromstärke ab, die dem Eingang des Integrators zugeführt wird. Je größer diese Stromstärke ist, desto schneller wird der Kondensator 290 aufgeladen und desto früher wird die Spannung erreicht, bei welcher die Doppelbasisdiode 292 umgeschaltet wird, so daß der Gleichrichte; 238 ebenfalls früher leitend wird. Da die Schwcllcnspannung des Gleichrichters 238 bei jeder Halbwellc überschritten wird, wird mehr Leistung an die Fütcrschaltung 236 und damit an den Motor 2!0 «-,elicfcrt.

Um eine Fernsteuerung der Lcistupeszufuhr zu dem Motor 210 zu ermöglichen, wird die Ladung des Kondensators 290 während jeder Halbwellc der Brückenschaltung 232 abgeleitet. Dies wird mit Hilfe einer Diode 302 erzielt, die mit dem Ausgang der Brückenschaltung verbunden ist. jedesmal, wenn das Ausgangssignal der Brückenschaltung·unter die Spannung an dem Kondensator 290 abfällt, wird der Kondensator über «.lic >s Diode 302 und den Widerstand 234 geerdet.

Wenn der Leistungsbedarf ansteigt, wird die Sehwellenspannung des Gleichrichters 238 /u einem jeweils früheren Zeitpunkt bei jeder Halbwolle erreicht. Wenn die Schwellenspannung zwischen 90" und 180' des Halbwellenzyklus liegt, ist die Spannung am Ausgang der Filterschaltung im allgemeinen geringer als diejenige, weicht der Anode des Gleichrichters zugeführt wird, und der Gleichrichter wird normalerweise leitend, um die benötigte Ausgangsspannung der Filierschaltung beizubehalten. Wenn mehr Leistung benötigt wird, wird die Schwellenspanung zu 90" vorgeschoben, und die Anodenspannung wird sogar größer als die Ausgangsspannung zum Zeitpunkt der Zündung. Wenn dagegen der Zündpunkt über 90° zu 0" vorverlegt wird, füllt die w Anodenspannung zur Zündzeit und kann geringer werden als die Ausgangsspannung der Filterschaltung. Normalerweise würde dies eine Fehlzündung des Gleichrichters verursachen, die Ausgangsspannung würde abfallen und die Steuerung würde den Zündpunkt zu einer γ, noch früheren Lage vorverlegen, so daß der Gleichrichter schnell sperren würde. Dies wird in der Schaltung durch die Verwendung eines Kondensators 246 und eines Widerstands 248 vermieden. Dc Kondensator 246 ergibt einen Leitungsweg geringer Impedanz /ur F.rde wt für das anfängliche Einschalten des Gleichrichters; der Haltewhderstarid 248 ergibt einen Glciehstromwcg. über den ein Strom kleiner Stromstärke fließen kann, wenn der Gleichrichter verfrüht gczündi-t wird, wenn also die Ausgangsspannung der Filterschaltung größer als die ».·· Anodenspannung des Gleichrichters ist. Diese Stromstärke wird aufrechterhalten, bis die Anodenspannung über die Ausgangsspannung während 0— 90 des Zyklus ansteigt.

Die Spule 240 filtert zusammen mit dem Kondensator 242 die vom Gleichrichter 238 durchgelassenc Spannung und liefert eine nahezu geglättete Gleichspannung für den Motor 210. Dies erfolgt dadurch, daß Stromstöße begrenzt werden, die bei dem Einschalten und Abschalten der gespeicherten Energie während der Umschaltung auftreten und daß dies·, während dcii folgenden und längeren Zeitintervallcn zugeführt wird, um dadurch eine Glättung zu bewirken und Ohm'sche Verluste in dem Motor o. dgl zu begrenzen. Wenn der Strom vom Gleichrichter 238 am Ende jedes Halbzyklus gesperrt wird, erzeugt die Spule 240 eine Gegenspannung, durch welche der Stromfluß in der Spule während ein-, kurzen Intervalls aufrechterhalten wird. Dieser Strom würde über den Gleichrichter 238 abgeleitet, so dad dieser Gleichrichter leitend bleiben würde. Um dies zu verhindern, ist eine geerdete Diode 250 an die Spule angeschlossen, um einen Stromweg zu bilden, über den der F.inschaltstrom für die Spule 240 abgeleitet werden kann, so daß der Gleichrichter 238 stromlos wird.

Die Begrenzung der Stromzufuhr für den Motor 210 in der beschriebenen Wc.^e begrenzt die Ohm'schen Verluste im Motor und dessen zugeordneter Schaltung, wodurch eine Energieumwandlung in Wärme in dem Motor und der Steuerschaltung weitgehend verringert wird. Dadurch wird die Lebensdauer des Motors vergrößert, die Umgebungstemperatur verringert und schaltungstcchnische Probleme werden vereinfacht, weil der Temperaturbereich verringert werden kann, in dem die Steuerschaltung arbeiten muß. Zusätzlich wird jedoch dadurch der Drch/ahlbcreich vergrößert, in dem der Motor ein gegebenes Drehmoment liefert. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß der Motor bei hohen Drehzahlen induktiv i"., und mit einer höheren Spannung versorgt werden muß (z. B. 15 Volt), aber bei geringen Drehzahlen ohmisch ist und dann von einer Spannungsqucllc mit geringerer Spannung (beispielsweise 2 Volt) versorgt wird, In die Speiseleitungcn wurde gewöhnlich ein Reihenwiderstand eingeschaltet, um die Stromstärke bei geringen Drehzahlen zu begrenzen. Dadurch würde jedoch auch die Stromstärke begrenzt, die bei hohen Drehzahlen erforderlich ist, so daß das Drehmoment bei höheren Drehzahlen geringer wird. Dies wird durch die Steuerschaltung 220 vermieden, durch welche die zugeführte Stromstärke zu jedem Zeitpunkt auf einem Wert gehalten wird, wie er zum Antrieb der Last erforderlich ist.

Die Wicklungen 260a und 2606 sowie die Wicklungen 260ς· und 26Oi/ sind bifüar und deshalb magnetisch miteinander gekoppelt. Der Motor 210 ist so ausgelegt, daß er ordnungsgemäß arbeitet, wenn ein positiver Strom durch die Wicklungen entsprechend der Darstellung in F i g. 4 fließt. An den Wicklungen 2606 trifft jedoch eine große negative Spannungen auf, wenn der Strom in der Wicklung 260.1 abgeschaltet wird oder eingeschaltet wird. Dasselbe ist hinsichtlich der Wicklungen 260c und 260f/der Fall. Diese Spannung übersteigt wesentlich die Antriebsspannung von der Energiequelle. Dadurch wird ein- Strom in der umgekehrten Richtung durch den Transistor und durch die Wicklung erzeugt. Die dadurch bedingten nachteiligen Effekte werden jedoch durch die Dioden 226.1—226c/ in Reihe mit den Wicklungen 260.1—260(/vermieden.

Der Oszillator 270 (F i g. 3) enthält einen Verstärker 310. einen Kondensator 312 und einen Unijunction-Transisior 314. Der Transistor 314 erhält eine Sicucrspanntinn von einem Spannungsteiler 316 sowie von

einem Potentiometer 318, das zwischen -icn Ausgang des Druckmeßgeräts 318 und Erde geschaltet ist. Der Oszillatoi 270 erhält ein Einganr^ienal von einem SchaUneizwerk 320 und über erste und /weite unabhängig betätigbare Schalter 322 bzw. 324. Das Netzwerk 320 enthält Transistoren 326 und 328 und Widerstände 330,331 und 337a. Von einer Spannr.ngsquelle wird eine negative Spannung an den Emitier des Transistors 328 gelegt, dessen Koüektorkreis eine Anzahl von in Reihe geschalteten Widerständen 336, 338, 340 etc. enthält. Die Widerstandskette 336—340 hat Abgriffe, an denen ausgewählte Bruchteile der Spannung -^gegriffen werden können, die am Emitter des Transistors 328 liegt. Die Spannungen an den Abgriffen werden durch die Schalter 322 und 324 abgegriffen und dem Oszillator 270 über einen Widerstand 342 im Falle des Schalters 322 und über Widerslände 344 und 346 und einer. Kondensator 348 im Falle des Schalters 324 zugeleitet.

Die Größe des Widerstands 342 Ut so gewählt, daß beim Umschalten des Schalters 322 von dem einen zu dem ai' leren Abgriff an dem Netzwerk 320 die Stärke des de>n ~i.i!lator 270 über den Widerstand 342 zugeführten Sn"ms um eine Einheit geändert wird. Die Größe der Widerstände 344 und 346 wird entsprechend so gewählt, daß beim Umschalten d»s Schalters 324 von Abgriff zu Abgriff entlang dem Netzwerk 320 die Größe der über diese Widerstände dem Oszillator 270 zugeführten Stroms um 10 Einheiten geändert wird. Der Kondensator 348 verlangsamt die Rate, mit der sich die Stromstärke zu dem Oszillator 270 ändern kann, wenn der Schalter 324 von Abgriff zu Abgriff umgeschaltet wird. Von einem Netzwerk 350 wird außerdem ein Vorspannungsstrom auswählbarer Polarität dem Oszillator 270 zugeleitet.

Der Oszillator 270 enthält einen sehr einfachen, aber wirksamen Sägezahngenerator. D'jr Verstärker 310 und der Kondensator 312 bilden einen Integrator, welcher eine Ausgangsspannung liefert, die porportional der Größe und Polarität der Stärke des Stroms ist, der dem Eingang zugeführt wird. Die Zeii'Onsianic des Integrators, welche durch den Kondensator 312 und durch die Größe der mit seinem Eingang verbundenen Impedanzen bestimmt ist, wird so gewählt, daß die Ausgangsspannung im wesentlichen linear in der Zeit ansteigt, während der der Integrator integriert. Wenn die Ausgangsspannung oine Größe erreicht, die gleich derjenigen Spannung ist. die εη der Gate-Elektrode des Transistors 314 liest, wird dieser leitend, so daß djr Kondensator 3i2 entladen wird. Danach wird der Transistor 314 abgeschaltet und der Kondensator 312 wird wieder aufgeladen. Dadurch wird eine wiederholt ansteigende Schwingung erzeugt. Die Dauer des Anstiegs der Schwingung wird durch die CJröße des Signals bestimmt, das dem Eingang des Oszillators 270 zugeführt wird, sowie durch die Größe des Steuersignals an der Gate-Elektrode des Transistors 314. Durch Verringerung des letzteren oder durch Erhöhung des crsteren Signals wird die Schwingungsfrequenz des Oszillators 270 erhöht. Umgekehrt wird diese Frequenz durch Erhöhung der Größe des Steuersignals verringert, das dem Transistor 314 zugeführt wird, oder durch die Verringerung des Eingangssignals, das über die Schalter und 344 zugeführt wird.

Die Arbeitsweise dis Netzwerks 320 wird durch einen Verstärker 360 gesteuert, von dem ein Eingang über einen Widerstand 362 mit dem Ausgang des Druckmeßgsräts 218 und über einen Widerstand 364 mit dem Abgriff eines Potent· meters 336 verbunden ist, an dem eine positive Vorspannung liegt. Ein Widerstand 368, eine Diode 370 und ein Schalter 372 sind zwischen einen Eingang des Verstärkers 360 und dessen Ausgangs geschaltet und ein Widerstand 374 liegt zwischen diesem Eingang und EnIe.

Der Verstärker 360 vergleicht das Ausgarigss'gnal des Druckmeßgeräts 218. welches proportional dem Druck in der Leitung ist. an die die durch den Motor 210 angetriebene Pumpe 212(Fi g. 2) angeschlossen ist. mit ίο einem vorbestimmten Sollwert, der durch die Einstellung des Potensiomcters 366 bestimmt ist. Solange der Druck entsprechend dem Ausgangssignal des Druckmeßgeräts 218 geringer als der Sollwert ist. ist das Ausgangssignal des Verstärkers negativ. Dadurch werden r> die Transistoren 326 und 328 leitend gehalten, und ein Teil der negativen Spannung am Emitter des Transistors 328 wird deshalb über die Schalter 322 und 324 an den Oszillator 270 gelegt. Wenn jedoch der Druck auf einen solchen Wen ansteigt, daß das Ausgcngssignal des 2i) Druckmcßgeräis 218 den Sollwert entsprechend der Einstellung des Potentiometers 366 überschreitet, wird das Ausgangssignal des Verstärkers 360 positiv, so daß die Transistoren 322 und 324 nichtleitend werden und der Oszillator 270 über die Schalter 322 und 324 kein Eingangssignal erhält. Der Oszillator wird dadurch mit Ausnahme eines restlichen Steuerstroms, der ihm von dem Potentiometer 350 zugeleitet wird, abgeschaltet.

Wenn das Ausgangssignal des Druckmeßgeräts 218 dasjenige des Potentiometers 366 überschreitet, wird das Ausgangssignal des Verstärkers 360 positiv, die Diode 370 leitet und koppelt einen Teil des Ausgangssignals zudem Eingang zurück. Dadurch wird der Verstärker schnell gesättigt und im gesättigten Zustand gehalten, so daß er nicht mehr auf irgendwelche Änderungen des α Eingangssignals anspricht. Durch das positive Ausgangssignal des Verstärkers 360 wird der Transistor 326 und damit der Transistor 328 nichtleitend. Ferner wird dadurch ein Transistor 380 leitend und eine Warnlampe 382 leuchtet auf. die anzeigt, daß die vorner eingestellte) ten Driickgrenzcn überschritten wurden. Der Verstärker 360 wird durch den Schalter 372 zurückgestellt. Durch Drücken des Tastenschalters 372 wird die Gegenkopplung des Verstärkers unterbrochen, so daß dieser wieder seinen normalen Überwachungszustand einnimmt.

Wie erwähnt, kann d'.j Schwingungsperiode des Oszillators 270 durch Änderung des Eingangssignals oder durch Änderung der Steuerspannung geändert werden, die der Gate-Elektrode des Transistors 314 zugeführt so wird. Wenn der Druck in der Leitung, an die der Motor 210 angeschlossen ist, ansteigt, wird das Ausgangssignal des Druckmeßgeräts 218 fortschreitend negativer. Dieses Ausgangssignal wird über das Potentiometer der Gate-Elektrode des Transistors 314 zugeführt, so daß das Stcucrpotential an dieser Gate-Elektrode verringert wird, wenn der Druck ansteigt. Dadurch wird die Schwingungsfrequenz des Oszillators 270 erhöht und damit auch die Drehzahl des Motors 210. Wenn die Kompression in der Leitung aufgrund der Erhöhung des Drucks der Flüssigkeit in der Leitung ansteigt, wird die Motordrehzahl erhöht, um eine konstante Durchflußratc beizubehalten. Dies ist insbesondere bei der Flüssigkeitschromatographie von Bedeutung.

Das Druckmeßgerät 218 ist hinsichtlich Konstruktion und Arbeitsweise besonders einfach. Wie aus F i g. 5 ersichtlich ist, besteht das Druckmeßgerät 218 vorzugsweise aus einem mechanischen Druckwandler, beispielsweise einem Bourdon-Rohr 390 mit einem beweglichen

Anzeigeteil 392, das sich zwischen einer Lichtquelle 3% und einem lichtclektrischcn Wandler wie eine Photozelle 394 bewegt. Das Bourdon-Rohr 390 ist in die Flüssigkeitsleitung geschaltet, deren Druck gemessen werden soll. Wenn sich das Bourdon-Rohr ausdehnt oder zusammenzieht, wird das Teil 392 bewegt, sodaß ein größerer oder kleinerer Teil der Lichtmenge abgeschirmt wird, die auf die Photozellc 394 fällt, so daß sich der Widerstand des Bauelements, vorzugsweise einer Photozelle, mit dem Leitungsdruck ändert.

Die Photozelle 394 (F i g. 3) ist mit einer Brückcnschaltung mit Widerständen 396, 398, 400 und 402 verbunden. Das Ausgangssi"-.al der Brückcnschaluing. das proportional dem Widerstand der Photozelle 394 ist und deshalb über die Lage des Teils 392 vom Druck in der Leitung abhängt, wird einem Verstärker 404 zugeführt. der ein Ausgangssignal liefert, das proportional zur Abweichung dieses Drucks von einem vorgegebenen Drück ist, der durch die Größe der Widerstände 398—402 bestimmt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt dieses Ausgangssignal vorzugsweise zwischen 0 VuIt und einer negativen Spannung. Diese Spannung bestimmt die Motcrdrchzahl und die Stärke des dem Motor zugeführten Stroms, wie oben beschrieben wurde.

Die in F i g. 6 dargestellte Schaltung dient zur Versorgung der aktiven Elemente der Steuerschaltung. Sie enthält einen Transformator 410 mit einer Primärwicklung 412 und zwei Sekundärwicklungen 414 und 416. Mit der Wicklung 414 ist eine Diode 418 in Reihe und ein Kondensator 420 parallel geschaltet. Ein Transistor 422 steuert den Spannungsabfall /wischen der Kathode der Diode 418 und einem ersten Ausgangsanschluß 424. Ein Widerstand 426 ist zwischen Kollektor und Basis des Transistors 422 angeschlossen und cine Zener-Diode 428 ist zwischen dessen Basis und einem /weiten Ausgangsanschluß 430 angeschlossen. Über den Anschlüssen 424 und 430 sind Spannungsteilerwiclcrständc 432. 43* und 436 angeschlossen.

Ein Eingangsanschluß eines Verstärkers 440 ist /wischen der Verbindungsstelle der Widerstände 434 und 436 angeschlossen, während ein zweiter Eingangsanschluß mit dessen geerdetem Ausgang verbunden ist. Der Verstärker 440 hat eine ausreichend hohe Verstärkung (Verstärkungsfaktor 10.000 oder mehr), so daß sich die Verbindung der Widerstände 434 und 436 auf Erdpotential befindet. In diesem Fall befindet sich der Anschluß 424 auf einem Potential oberhalb des Erdpoteniials, während sich der Anschluß 430 auf einem Potential unterhalb des Erdpotentials Defindet. Die Eingangsspannung des Verstärkers 226 wird über die Anschlüsse 424 und 426 angelegt.

Der Verstärker 440 bildet für Ströme von den Anschlüssen 424 oder 430 einen Lcitungswng mit geringer Impedanz zu Erde. Wenn die Verbindungsstelle der Widerstände 434 und 436 direkt geerdet würde ohne die Verwendung eines derartigen Verstärkers, würde der Weg zu Erde die Widerstände 432 und 434 umfassen, wenn Strom von dem Anschluß 424 abgeleitet wird, und würde den Widerstand 436 umfassen, wenn Strom von dem Anschluß 430 abgeleitet wird. Die Ströme durch diese Widerstände würden sich mit dem Lastbedarf andern und dadurch würde die Ausgangsspannung entsprechend geändert. Durch die Verwendung des Verstärkers 440 kann dieser Effekt jedoch verringert werden, wodurch die Spannungsrcgel der Energieversorgung erheblich verbessert wird.

Die Sekundärwicklung 416, die einen Mittelabgriff aufweist, bildet in Verbindung mit Dioden 442 und 444, die eine Vollwegglcichrichtung der Spannung an der Wicklung 416 bewirken eine Hilfsspannungsquelle. Eine Filter- und Regelschaltung wird durch einen Kondensator 446, einen Transistor 448, einen Verstärker 450 und einen Widerstand 452 gebildet. Diese Hilfsspannungsquelle erhält eine Be/.ugsspannung von der gemeinsamen Verbindungsstelle der Widerstände 432 und 434 in der primären Energieversorgung.

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Hicr/u 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors, der eine veränderliche Last antreibt, dessen Wicklungen -> durch eine Stromvcrsorgungsschaltung mit einer kontinuierlichen ,Folge von Stromimpulscn gespeist werden und dessen Stromaufnahme auf einen vorgegebenen Grenzwert begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Last gemessen und der Lastmeßwert zur Steuerung des Grenzwerts der Stromaufnahme verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Lasimcßwcri zur Steuerung der Frequenz der dem Schrittmotor zugeführten Strom- ι', impulse verwendet wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Stromvcrsorgungsschaltung (232, 236, 238). die mit Antriebswicklungen (260a bis 26Od) des Schrittmotors gekoppelt ist, und mit einer Strombegrcnzungsschaltung zum Begrenzen des von der Stromvcrsorgungsschaltung an die Antriebswicklungen des Motors abgegebenen Betriebsstromes auf einen vorgegebenen Grenzwert, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrcn- i^r> zungsschaltung aufweist:

eine Vorrichtung (218) zum Erzeugen des der BcIastung des Schrittmotors (210) proportionalen Lastmeßwertes;

eine Anordnung (276) zum Erzeugen eines Strom· jo Istwertes, der dem dem Motor zugeführten Betriebsstrom proportional ist; und eine .Schaltunganordnung (278, 284) zum Erzeugen eines Differcnzsignalcs aus dem Strom-Istwert und dem Lastmeßwert, welches den Grenzwert des dem r. Motor zugeführten Betriebsstromes bestimmt.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit einer Stromvcrsorgungsschaltung (232, 236, 238). einer Schaltvorrichtung (268) zur Speisung der Wicklungen (226;i bis 26Od) des 4n Schrittmotors (2t0) mit jeweils einer Folge von Slromimpulsen vorgegebene Phasenlage und einem Oszillator (270) zum Steuern der Schaltvorrichtung (268) gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (218) zum Erzeugen des Lastmeßwertes und eine Schal- «ί tungsanordnunp (320) zum Steuern der Schwingungsfrequenz des Oszillators (270) in Abhängigkeit vom Lastmeßwert.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (218) zum Er- 'o zeugen des Lastmeßwertes ein Druckmcßgcräi (390 bis 396) enthält, das auf den Auslaßdruck einer die Last des Motors (210) bildenden Pumpe (212) anspricht.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- v> zeichnet, daß die Strombegrenzungsschaltung einen Integrator (280) enthält, dessen Eingang der Lasimeßwert (von 218) zugeführt ist 'ind dessen Ausgang über eine Doppelbasisdiode (292) mit einem steuerbaren Gleichrichter (233) in der Stromvcrsor- m> gungsschaltung (232,236,238) gekoppelt ist

7. Einrichtung nach Anspruch 4. gekennzeichnet durch einen Verstärker (360), dem der l.asimcßwcrt (von 318) und ein Sollwert (von 366) zugeführt sind und durch eine mit dem Ausgang des Vci starkers h-, gekoppelte Schalteinrichtung (320). die den Os/illa tor (270) abschaltet, wenn der LiistmvMwcrt über den Sollwert ansteigt.

8. Hinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (270) eine Intcgricrschaitung (310. 312) und eine durch den Lastmcßwcrt (von 218) gesteuerte Schaltvorrichtung (VA) enthält, die die Intcgricrschallung entlädt, wenn das Ausgangssignal der !ntcgricrschaliung einen vom Lastmcüwert abhängigen Wert erreicht.

9. Hinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Intcgricrschaltung einen Vcrstär kcr (310) und einen zwischen den Eingang und den Ausgang ccs Verstärkers geschalteten Kondensator (312) enthält und daß die Schaltvorrichtung (314) dein Kondensator (312) parallel geschaltet ist und eine mit dein Lastmeßwert gespeiste Steuerelektrode aufweist.