DE2414602B2 - Schaltungsanordnung zur steuerung eines schrittmotors - Google Patents

Description

Für die Ansteuerung von Schrittmotoren sind ver- werden, wirken sich beim Motorstillstand störend schiedene Prinzipien bekannt, die beispielsweise im 55 aus.

Aufsatz von Thomas E. B el ing »Drive System for Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine

Small or Large Angle PM Stepping Motors«, er- Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Schrittschienen in der Zeitschrift »Computer Design«, März motors, dessen Wicklungen über eine gesteuerte Um-1971, S. 77 bis 83, beschrieben sind. Bei der einfach- schalteinrichtung an eine erste Spannungsquelle mit sten Möglichkeit zur Ansteuerung eines Schrittmotors ^6o einer Überspannung bzw. an eine zweite Spannungskann dessen Betriebsspannung so gewählt werden, quelle mit einer demgegenüber kleineren Spannung daß sich im eingeschwungenen Zustand der Nenn- angeschlossen sind. Eine derartige Schaltungsanordstrom einstellt, der sich aufgrund des ohmschen hung ist aus dem eingangs genannten Aufsatz von Widerstandswertes der Wicklung ergibt. Hierbei Thomas E. Beling bekannt,
weist der Stromanstieg eine relativ große Zeitkon- ⁶S Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei stante auf. Um demgegenüber einen möglichst steilen einer derartigen Schaltungsanordnung einerseits wäh-Stromanstieg zu erzielen, kann mit Betriebsspannun- rend eines Schrittes den Motorstrom auf einen vorpen Bearbeitet werden, die wesentlich über der Span- gegebenen Wert zu regeln und andererseits während

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I eines Haltes der Wicklung einen Haltestrom zuzu- Zur Steuerung der Umschalteinrichtung kann

j führen, ohne daß dabei störende Geräusche ent- gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Gatter

ä stehen. vorgesehen sein, das eingangsseitig mit den Aus-

;. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch fol- gangen der Zeitstufe und de^ Zweipunktreglers be-

\ gende Merkmale gelöst: 5 schaltet ist.

;■ Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an-

\: a) Es ist ein Zweipunktregler vorgesehen, der einen hand von drei Figuren näher erläutert:

Γ Schalter zwischen der ersten Spannungsquelle In F i g. 1 liegt die MotorwicKlung W bei ge-

; mit Überspannung und den Wicklungen Gerart schlossenem Schalter 512 in R.eihe mit einem Meß-

\ steuert, daß der Wicklungsstrom während einer ία widerstand R_M an einer Überspannung I/l. Der

Taktimpulsserie auf einen dem Nennwert ent- Spannungsabfall am Meßwiderstand R_M steuert die

sprechenden Mittelwert geregelt wird, Triggerstufe des Zweipunktreglers Zr, welche aus-

b) es ist eine von den Taktimpulsen beaufschlagte gangsseitig den Schalter 512 beeinflußt. Die von den

Zeitstufe als Taktüberwachungseinrichtung vor- Taktimpulsen T beaufschlagte Zeitstufe Z gibt bei

gesehen, deren Eigenzeit größer ist als die 15 vorhandenem Takt ein Ausgangssignal ab, welches

Pausenzeit zwischen den Taktimpulsen während zusammen mit dem Ausgangssignal der Triggerstufe

einer Taktimpulsserie, wobei in Abhängigkeit ein UND-Gatter G beeinflußt, dessen Ausgang den

von der Änderung des Ausgangssigrals der Zeit- elektronischen Schalter 512 steuert. Laufen keine

he; stufe beim Ausbleiben von Takiimpuisen nach Taktimpulse T mehr bei der Zeitstufe Z ein und ist

jtj Ablauf der Eigenzeit eine gesteuerte Umschalt- 20 ihre Eigenzeit abgelaufen, dann ist die UND-Bedin-

|| einrichtung in dem Sinne beeinflußt wird, daß gung des Gatters G nicht mehr erfüllt, und der

Jt- nur noch die zweite Spannungsquelle mit Unter- Schalter 512 wird geöffnet, was einer Unterbrechung

% spannung mit der Wicklung verbunden ist, der Überspannung U1 entspricht. Trotz geöffnetem

S c) die von der zweiten Spannungsquelle abgegebene Schalter 512 liegt in diesem Betriebszustand nun-

% Unterspannung ist so bemessen, daß sie in der 25 mehr die wesentlich niedrigere Unterspannung U 2

P- Wicklung den Haltestrom hervorruft. über die Diode D an der Motorwicklung W. Diese

ψ Unterspannung i/2 ist so gewählt, daß sie in der

fp Während bei der eingangs genannten bekannten Wicklung W lediglich den Haltestrom für den Motor

ψ: Schaltungsanordnung mit einer Spannungsumschal- fließen läßt. Dieser Haltestrom fließt so lange, bis

f tung zwischen zwei verschieden großen Betriebsspan- 30 eine neue Taktimpulsserie eintrifft.

I nungen die Überspannung zur anfänglichen Über- Das Diagramm nach F i g. 2 veranschaulicht den

ö erregung dient und noch während eines Schrittes auf Verlauf des Nennstromes I_n bei der Überspannung

jf. die niedrigere Spannung, bei der in der Wicklung der t/l, die Umschaltung auf den Haltestrom /„ bei der

|; Nennstrom fließt, umgeschaltet wird, bleibt bei der Unterspannung i/2 nach Ablauf der Eigenzeit f, der

I erfindungsgemäßen Schallungsanordnung die Über 35 Zeitstufe Z während des Motorstillstandes und die

% spannung während des gesamten Schrittes wirksam. Rückschaltung auf den Nennstrom nach Erscheinen

I Um den Wicklungsstrom auf seinen Nennwert zu be- des ersten Taktimpulses der nachfolgenden Takt-

f grenzen, wird die Überspannung von einem Zwei- impulsserie.

punktregier zu- und abgeschaltet, so daß der Wick- F i g. 1 veranschaulicht lediglich das Prinzip der lungsstrom auf einen dem Nennwert entsprechenden 4° erfindungsgemäßen Maßnahmen an einer einzigen Mittelwert geregelt wird. Eine derartige Zweipunkl- Wicklung eines Schrittmotors. Häufig haben aber regelung ist im Zusammenhang mit einer Motor- Schrittmotore üblicher Bauart drei Wicklungen Wl • stromregelung für einen Elektromotor mit elektro- bis W3, die in der in Fig. 3 dargestellten Weise nischer Kommutierung aus der DT-PS 12 44 933 be- geschaltet sind. Das Ausführungsbeispiel in Fig. 3 kannt. 45 stützt sich auf das Prinzip in Fig. 1 und veranschau-Wcnn die Taktüberwachungseinrichtung bei der licht die Überspannung i/l, die Unterspannung i/2, erfinduncsgemäßen Schaltungsanordnung das Aus- die Diode D, den Meßwiderstand R_M, den Zweibleiben von Taktimpulsen feststellt, so wird die punktregier Zr mit einem Trigger, die Zeitstufe Z, Wicklung an die zweite Spannungsquelle angeschal- das UND-Gatter G sowie den Schalter 512, wobei tet, deren Unterspannung so bemessen ist, daß sie 50 dieser als Transistor dargestellt ist. Da die Wicklunin der Wicklung den Haltestrom hervomift. Eine gen Wi bis W 3 des Motors M vermittels zugehöriger Zweipunktregelung dieser Unterspannung findet Taktimpulssenen einander überschneidend ein- und nicht statt. Beim Molorstillstand liegt somit die kon- ausgeschaltet werden, ist eine Impulsverteilung JV stante Unterspannung an den Wicklungen an. Regel - vorgesehen, welche die aus dem Takt T erzeugten, schwingungen und störende Geräusche können nicht 55 sich überschneidenden Takte Π bis 73 über Treiauftreten. berstufen TS, bis TS^ den elektronischen Schaltern Die als Taktüberwachungseinrichtung vorgesehene 5111 bis 5113 zuleiten. Die Schalter 5111 bis 5113 Zeitstufe kann vorteilhaft als monostabile Kippstufe sind in F i g. 3 als Gegentaktendstufen ausgeführt, ausgebildet sein, die mit jedem der aufeinanderfol- die je nach Stellung der Takte Tl bis Γ 3 Strom aus genden Taktimpulse erneut angestoßen wird und ihr ⁶° den beiden Spannungsquellen an die Wicklungen ab-Ausgangssignal nur dann ändert, wenn bei fehlendem geben oder aus der Wicklung aufnehmen und über Takt ihre Eigenzeit abläuft. den Meßwiderstand R_u an Masse ableiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

IJL 1 2 nung liegen, die sich aus Wicklungswiderstand und Patentansprüche: Nennstrom errechnet. Bei Speisung der Wicklungen mit einer derartigen Überspannung muß der Wick-

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung eines lungsstrom begrenzt werden.

Schrittmotors, dessen Wicklungen über eine ge- 5 Eine Möglichkeit zur Begrenzung des Wicklungssteuerte Umschalteinrichtung an eine erste Span- stromes besteht in der Verwendung eines Vorwidernungsquelle mit einer Überspannung bzw. an eine Standes zur Wicklung. Im Vorwiderstand fallt jedoch zweite Spannungsquelle mit einer demgegenüber eine hohe Verlustleistung ab. Eine Strombegrenzung kleineren Spannung angeschlossen sind, ge- kann auch durch eine Serienregelung sichergestellt kennzeichnet durch folgende Merkmale: « werden, die jedoch ebenfalls zu einer hohen Verlustleistung führt. Im Hinblick auf die Verlustleistung

a) Es ist ein Zweipunktregler (Zr) vorgesehen, wesentlich günstiger ist eine Zweipunktregelung, der einen Schalter (512) zwischen der ersten Dieser Vorteil ist auch bei Spannungsumschaltung Spannungsquelle mit Überspannung (Ul) gegeben, bei der zwei verschieden große Betriebsund den Wicklungen (W) derart steuert, daß 15 spannungen verwendet werden, wobei die eine Beder Wicklungsstrom während einer Takt- triebsspannung als Überspannung zur anfanglichen impulsserie auf einen dem Nennwert ent- Ubererregung dient und entweder nach einer vorsprechenden Mittelwert geregelt wird, gegebenen Zeitdauer vermittels einer Zeitstufe auf

b) es ist eine von den Taktimpulsen (T) beauf- die niedrigere Spannung umgeschaltet wird, oder woschlagte Zeitstufe (Z) als Taktüberwachungs- 2° bei die Überspannung bei Erreichen des Nennstromes einrichtung vorgesehen, deren Eigenzeit (t₂) mittels eines Triggers auf die niedrigere Spannung größer ist als die Pausenzeit zwischen den umgeschaltet wird. In beiden Fällen ist die niedrigere Taktimpulsen während einer Taktimpuls- Spannung so gewählt, daß sie in der Wicklung den serie, wobei in Abhängigkeit von der An- Nennstrom hervorruft.

derung des Ausgangssignals der Zeitstufe (Z) 25 Eine weitere Forderung bei der Ansteuerung von beim Ausbleiben von Taktimpulsen nach Schrittmotoren besteht darin, den Wicklungsstrom Ablauf der Eigenzeit (f,) die gesteuerte Um- bei Stillstand des Motors, also während der Pausen schalteinrichtung (Schalter SU, Diode D) in zwischen den Steuerimpulsserien, so weit zu redudem Sinne beeinflußt wird, daß nur noch die zieren, daß lediglich noch das nötige Haltemoment zweite Spannungiquelle mit Unterspannung 30 des Motors erzeugt wird. Ein solcher Haltestrom. (L/2) mit der Wicklung (W) verbunden ist, der wesentlich kleiner bemessen sein kann als der

c) die von der zweiten Spannungsquelle ab- Nennstrom, dient dazu, eine zufällige Winkelverstelgegebene Unterspannung (U2)" ist so be- lung des Rotors während der Steuerimpulspausen zu messen, daß sie in der Wicklung (W) den verhindern, die möglich wäre, wenn die Wicklung Haltestrom hervorruft. 35 während dieser Pausen überhaupt nicht oder von

einem zu geringen Strom durchflossen würde. Bezüg-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- lieh dieses Problems ist es aus der DT-OS 21 52 054 durch gekennzeichnet, daß die Zeitstufe (Z) als bekannt, der Wicklung wiederholt jeweils während monostabile Kippstufe ausgebildet ist, die mit eines Schrittes einen Impuls mit geeigneter Impulsjedem der aufeinanderfolgenden Taktimpulse (T) 4° breite und während des Halts Impulse mit kleinerer erneut angestoßen wird und ihr Ausgangssignal Impulsbreite aus einer Spannungsquelle mit vorgenur dann ändert, wenn bei fehlendem Takt ihre gebener Betriebsspannung zuzuführen. Demgemäß Eigenzeit (i_;) abläuft. entspricht während eines Schrittes die Spannung an

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- der Wicklung der Betriebsspannung. Während des durch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der 45 Halts ist die mittlere Spannung an der Wicklung Zeitstufe (Z) und des Zweipunktreglers"(Zr) über kleiner als die Betriebsspannung. Entsprechend ist ein Und-Gatter (G) geführt sind." das die Um- der Wicklungsstrom während des Schriltzustandes schalteinrichtung (Schalter S12, Diode D) steuert. groß und während des Haltezustandes klein. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß während des Halts die

50 Wicklung an einer impulsförmigen Spannung liegt.

Hierdurch entstehen störende Geräusche, wie Brummen uder Zirpen. Derartige Geräusche, die während eines Schrittes von anderen Geräuschen überdeckt