DE2414602C3 - Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Schrittmotors - Google Patents

Description

50 Wicklung an einer impulsförmigen Spannung liegt.

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

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

Aufsatz von Thomas E. Bel 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 Schrittmotor«· ^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 nung ist aus dem eingangs genannten Aufsatz von Widerstandswertes der Wicklung ergibt. Hierbei Thomas E. B el ing bekannt.

weist der Stromanstieg eine relativ große Zeitkon- ⁶5 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 vorgen gearbeitet werden, die wesentlich über der Span- gegebenen Wert zu regeln und andererseits während

eines Haltes der Wicklung einen Haltestrom zuzuführen, ohne daß dabei störende Geräusche entstehen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst:

a) Es ist ein Zweipunktregler vorgesehen, der einen Schalter zwischen der ersten Spannungsquelle mit Überspannung und den Wicklungen derart steuert, daß der Wickiungsstrom währenü einer Taktimpulsserie auf einen dem Nennwert entsprechenden Mittelwert geregelt wird,

b) es ist eine von den Taktimpulsen beaufschlagte Zeitstufe als Taktüberwachungseinrichtung vorgesehen, deren Eigenzeit größer ist als die Pausenzeit zwischen den Taktimpulsen während einer Taktimpulsserie, wobei in Abhängigkeit von der Änderung des Ausgangssignals der Zeitstufe beim Ausbleiben von Taictimpulsen nach Ablauf der Eigenzeit eine gesteuerte Umschalteinrichtung in dem Sinne beeinflußt wird, daß nur noch die zweite Spannungsquelle mit Unterspannung mit der Wicklung verbunden ist,

c) die von der zweiten Spannungsquelle abgegebene Unterspannung ist so bemessen, daß sie in der Wicklung den Haltestrom hervorruft.

Während bei der eingangs genannten bekannten Schaltungsanordnung mit einer Spannungsumschaltung zwischen zwei verschieden großen Betritbsspannungen die Überspannung zur anfänglichen Übererregung dient und noch während eines Schrittes auf die niedrigere Spannung, bei der in der Wicklung der Nennstrom fließt, umgeschaltet wird, bleibt bei der erfindunj. sgemäßen Schaltungsanordnung die Überspannung während des gesamten Schrittes wirksam. Um den Wicklungsstrom auf seinen Nennwert zu begrenzen, wird die Überspannung von einem Zweipunktregler zu- und abgeschaltet, so daß der Wickiungsstrom auf einen dem Nennwert entsprechenden Mittelwert geregelt wird. Eine derartige Zweipunktregelung ist im Zusammenhang mit einer Motorstromregelung für einen Elektromotor mit elektronischer Kommutierung aus der DT-PS 12 44 933 bekannt.

Wenn die Taktüberwachungseinricntung bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung das Ausbleiben von Taktimpulsen feststellt, so wird die Wicklung an die zweite Spannungsquelle angeschaltet deren Unterspannung so bemessen ist, daß sie in der_t Wicklung den Haltestrom hervorruft. Eine Zweipunktregelung dieser Unterspannung findet nicht statt. Beim Motorstillstand liegt somit die konstante Unterspannung an den Wicklungen an. Regelschwingungen und störende Geräusche können nicht auftreten.

Die als Taktüberwachungseinrichtung vorgesehene Zeitstufe kann vorteilhaft als monostabile Kippstufe ausgebildet sein, die mit jedem der aufeinanderfolgenden Taktimpulse erneut angestoßen wird und ihr Ausgangssignal nur dann ändert, wenn bei fehlendem Takt ihre Eigenzeit abläuft.

Zur Steuerung der Umschaltemrichtung kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Gatter vorgesehen sein, das eingangsseitig mit den Ausgängen der Zeitstufe und des Zweipunktreglers beschaltet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von drei Figuren näher erläutert:

In Fig. 1 liegt die Motor.vicklung W bei geschlossenem Schalter 512 in Reihe mit einem Meßwiderstand R_M an einer Überspannung I/l. Der Spannungsabfall am Meßwiderstand R_M steuert die Triggerstufe des Zweipunktreglers Zr, welche ausgangsseitig den Schalter 512 beeinflußt. Die von den Taktimpulsen T beaufschlagte Zeitstufe Z gibt bei vorhandenem Takt ein Ausgangssignal ab, welches zusammen mit dem Ausgangssignal der Triggerstufe ein UND-Gatter G beeinflußt, dessen Ausgang den elektronischen Schalter 512 steuert. Laufen keine Taktimpulse T mehr bei der Zeitstufe Z ein und ist ihre Eigenzeit abgelaufen, dann ist die UND-Bedingung des Gatters G nicht mehr erfüllt, und der Schalter 512 wird geöffnet, was einer Unterbrechung der Überspannung t/l entspricht. Trotz geöffnetem Schalter 512 liegt in diesem Betriebszustand nunmehr die wesentlich niedrigere Unterspannung U 2 über die Diode D an der Motorwicklung W. Diese Unterspannung 1/2 ist so gewählt, daß sie in der Wicklung W lediglich den Haltestrom für den Motor fließen läßt. Dieser Haltestrom fließt so lange, bis eine neue Taktimpulsserie eintrifft.

Das Diagramm nach F i g. 2 veranschaulicht den Verlauf des Nennstromes I_n bei der Überspannung i/l, die Umschaltung auf den Haltestrom/// bei der Unterspannung i/2 nach Ablauf der E:igenzeii t₂ der Zeitstufe Z während des Motorstillstandes und die Rückschaltung auf den Nennstrom nach Erscheinen des ersten Taktimpulses der nachfolgenden Taktimpulsserie.

F i g. 1 veranschaulicht lediglich das Prinzip der erfindungsgemäßen Maßnahmen an einer einzigen Wicklung eines Schrittmotors. Häufig haben aber Schrittmotore üblicher Bauart drei Wicklungen Wl bis ^3, die in der in Fig. 3 dargestellten Weise geschaltet sind. Das Ausführungsbeispiel in Fig. 3 stützt sich auf das Prinzip in F i g. 1 und veranschaulicht die Überspannung t/l, die Unterspannung t/2, die Diode D, den Meßwiderstand R_M, den Zweipunktregler Zr mit einem Trigger, die Zeitstufe Z, das UND-Gatter G sowie den Schalter 512, wobei dieser als Transistor dargestellt ist. Da die Wicklungen Wl bis W 3 des Motors M vermittels zugehöriger Taktimpulsserien einander überschneidend ein- und ausgeschaltet werden, ist eine Impulsverteilung JV vorgesehen, welche die aus dem Takt T erzeugten, sich überschneidenden Takte Tl bis 7" 3 über Treiberstufen TS₁ bis TS_x den elektronischen Schaltern 5111 bis 5113 zuleiten. Die Schalter 5111 bis 5113 sind in F i g. 3 als Gegentaktendstufen ausgeführt, die je nach Stellung der Takte Tl bis T3 Strom aus den beiden Spannungsquellen an die Wicklungen abgeben oder aus der Wicklung aufnehmen und über den Meßwiderstand R_M an Masse ableiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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: io 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 (i/l) gegeben, bei der zwei verschieden große Betriebsund den Wicklungen (PF) derart steuert, daß 15 spannungen verwendet werden, wobei die eine Beder Wicklungsstrom während einer Takt- triebsspannung als Überspannung zur anfänglichen impulsserie auf einon dem Nennwert ent- Übererregung dwnt 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 Takrüberwachungs- 30 bei die Überspannung bei Erreichen des Nennstromes einrichtung vorgesehen, deren Eigenzeit (t₂) mitteis 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 (C₂) die gesteuerte Um- bei Stillstand des Motors, also während der Pausen schalteinrichtung (Schalter 512, 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 Spannungsquelle mit Unterspannung 30 des Motors erzeugt wird. Ein solcher Haltestrom, (U2) 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 (i/2) 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- Hch dieses Problems ist es aus der DT-OS 21 52 054 durch gekennzeichnet, da3 die Zeitstufe (Z) als bekannt, de/ Wicklung wiederholt jeweils während monostabile Kippstufe ausgebildet ist, die mit eines Schrittes einen Impuls mit geeigneter Impulsjedem der aufeinanderfolgenden Taktimpulse (T) 40 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 (t_z) 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 Schrittzustandes schalteinrichtung (Schalter 512, Diode D) steuert. groß und während des Haltezustandes klein. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß während des Halts die