DE2426397A1 - Schaltungsanordnung zum ansteuern von schrittschaltwerken - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zum Ansteuern von Schrittschaltwerken Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum ansteuern von Schrittschaltwerken, insbesondere Schrittmotoren. Schrittmotoren werden in der Steuerungs- und Regelungstechnik als Stellmotoren verwendet, wobei sich der uer beim Eintreffen eines Stromimpulses in einer oder mehreren Feldspulen um einen definierten konstruktionsbedingten Winkalschritt dreht. Diese Eigenschaft des Schrittmotors ist insbesondere zum schrittweisen Antrieb von Druckwagen in datenverarbeitenden anlagen oder zum zeilenweisen Schalten des Druckgutes geeignet.
• Schrittmotoren werden nicht an ein Netz konstanter Spannung, sondern an ein besonderes Steuergerät angeschlossen, das durch Steuerimpulse eine schrittweise Drehung des iinkers meistens durch Umschalten und Umpolen der Feldspulen bewirkt.
• Die Anwendung derartiger Motoren in der Datenverarbeitung stellt bekanntlich besondere steuerungsbedingte Forderungen hinsichtlich Drehmoment, Drehwinkel und Reversierbarkeit.
• Bekannt ist ebenfalls die Problematik des schnellen Schaltens von Induktivitäten mit Halbleiterbauelementen, wobei die Anstiegszeit des Erregerstroms der Zeitkonstanten # = L/R proporticnal ist. Fur hohe Schaltfrequenzen ist eine kleine Zeitkonstante # erforderlich. Bekannt ist deshalb, die Induktivität über einen Vorwiderstand an eine höhere Spannung zu schalten, un einen steilen Stromanstieg zu erzwingen, wobei sich durch den Widerstand der Strom auf den Sollwert einstellt. Nachteilig ist die hohe Verlustleistung im Vorwiderstand bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Schrittmotors.
• Geeignete Lösunen sehen deshalb Umschalteinrichtungen vor, die die Induktivität zuerst kurzzeitig an eine verhältnismäßig hohe Spannung und nach dem Ansteigen des Stromes auf seinen Sollwert ah eine niedrigere Spannung legen (Dl-ltP 95 603). Nachteilig ist der erforderliohe Aufwand an aktiven und passiven Bauelementen und die Notwendigkeit von zwei Spannungsquellen. Nachteilig ist die wenn auch geringere Verlus.tleistung im Vorwiderstand.
• Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der genannten Ebänge 1.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern von Schrittschaltwerken, insbesondere Schrittmotoren zu schaffen, die mit nur einer Spannungsquelle einen steilen Stromanstieg in den Feldspulen, eine Strombegrenzung ohne Leistungsverlust, sowie eine Veränderung der Stromstärke ermöglicht und überwiegend aus logischen Baustufen in der Technik integrierter Sohaltkreise besteht.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Feldspulen des Schrittmotors ohne Vorwiderstände an die Spannungsquelle schaltbar sind und daß der Strom durch die jeweils angeschalteten Feldspulen nach Erreichten des Schwertes derart in Einzel impulse aufgelöst wird, daß deren arithmetischer hittelwert dem Sollwert des Stromes entspricht oder stetig veränderlich ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung werden die elektronisohen Schalter zusätzlich durch einen Multivibrator über eine jedem Schalter zugeordnete Kombination logischer Verknupfungen gesteuert, ist ein MeBglied zur Bewertung des Sollwertes des Stromes in der den elektronischen Schaltern gemeinsamen Leitung angeordnet und ist die stetige Veränderung des arithmetischen Mittelwertes durch eine Frequenzänderung des Multivibrators oder durch eine Änderung des Tastverhältnisses des Multivvibrators oder durch Einschalten eines weiteren Multivibrators mit vorgegebenen Daten erreichbar.
• In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sind die elektronischen Schalter durch Beschaltung mit Schutzwiderständen und einer Z-i>iode strombegrenzend aufgebaut und besteht die Xombination logischer Verknüpfungen aus einem UND - ODER - Glied.
• Die Anwendung der Erfindung ermöglicht im Gegensatz zu bekannten Schaltungen eine rationellere Ansteuerung von Schrittmotoren und gestattet durch die Anwendung integrierter Schaltkreise mit vertretbarem Aufwand eine raumsparende Bauweise.
• Die Erfindung soll an nachstehendem Ausfürrhngsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 : das Prinzip der erfindungsgemäßen Sohaltungsanordnung Fig. 2a: ein Ausführungsbeispiel des elektronischen Schalters S Fig. 2b: ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektronischen Schalters S Fig. 3 : das Impulsdiagramm für einen Schritt Nach Filz 1 liegen die Feldspulen F des Schrittmotors über elektronische Schalter S an der Spannungsquelle U, wobei in nicht gezeichneter Darstellung durch einen Schalter S gleichzeitig auch mehrere Feldspulen F schaltbar sind. Die parallelgeschalteten Schutzdioden D schützen in bekannter Weise den Halbleitérschalter S vor Induktionsspitzen.
• In Fig. 2a und 2b sind Ausführungsbeispiele des elektronischen Schalters S dargestellt. Die Beschaltung des Transistors T mit den Widerständen R und der Z-Diode verhindert, daß bei fehlerhafter Daueransteuerung ein unzulässig hoher Strom fließt.
• In der gemeinsamen Emitterleitung der Schalter S ist ein Meßglied Mg zur Bewertung des Sollwertes des Stromes i vorgesehen.
• Jedem Schalter S ist eine Kombination logischer Verknüpfungen zugeordnet, die aus einem UND - ODER - Glied besteht. Die Basen der Transistoren T liegen jeweils an den Ausgängen der ODER-Glieder 0.
• Der eine Eingang der ODER-Glieder ist mit A gekennzeichnet und dient zur Aufnahme des Ansteuerimpulses A (Fig. 3). Der zweite Eingang der ODER-Glieder liegt an dem Ausgang der UND-Glieder U. Der eine Eingang der UND-Glieder ist mit B gekennzeichnet und dient zur aufnahme des Ansteuerimpulses B (Fig. 3). Der zweite Eingang der UNTD-Glieder U wird gemeinsam durch den Multivibrator MVi angesteuert, der duroh die Frequenzsteue rung FS taktiert wird.
• Fig. 3 zeigt das Impulsdiagramm für einen Schritt, insbesondere ist der Verlauf des Stromes i, der durch die angeschalteten Feldspulen F fließt, in Abhängigkeit von den angelegten Ansteuerimpulsen S, A, B, dargestellt, wobei mit AM der arithmetische Mittelwert des in Einzelimpulsen aufgelösten Stromes i bezeicnnet ist.
• Mit S ist die Impulsfolge zur Ansteuerung des elektronischen Schalters S, mit A der Ansteuerimpuls über dem Eingang A der ODER-Verknüpfung 0, mit B der Ansteuerimpuls über dem Eingang B der UND-Verknüpfung U und mit MV die Impulsfolge des Multivibratcrs MV 1 bezeichnet.
• Die Funktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist nach Fig. 1 und 3 folgende: Durch die Vorderflanke des Ansteuerimpulses h wird über die ODER-Verknüpfung 0 die Basis des elektronischen Schalters S angesteuert, dieser schaltet durch und die Feldspule F liegt an der Spannungsquelle U.
• Die Spannung U ist derart bemessen, daß der Strom i relativ steil ansteigt und ein schneller Feldaufbau gewährleistet wird. Erreioht der Strom i seinen Sollwert, sperrt die Rückflanke des Ansteuerimpulses A zunächst den elektronischen Schalter S. Zu diesem Zeitpunkt liegt bereits der Ansteuerimpuls B am Eingang der UND-Verknüpfung U und öffnet diese, so daß die Impulsfolge MV des Multivibrators MV 1 über die ODER-Verknüpfung I den elektronischen Schalter S nunmehr periodisch öffnet und die Feldspule F wieder an die Spannung quelle U legt. Entsprechenä der Tastung des elektronischen Schalters S wird der Strom i in Einzelimpulse aufgelöst, wobei decken arithmetischer mittelwert I dem Sollwert entspricht. Die ansteigende Flanke des impulsförmigen Stromes fließt jeweils durch die Feldspule F, während die Rückflanke durch die Schutdiode D aufgenommen wird. Damit wird erfindungsgemäß eine verlustarme Begrenzung des Stromes i erzielt. Lie Dauer des Ansteuerimpulse B bestimmt die Halte7eit des Schrittmotors. Zur Bewertung ist in der gemeinsamen Emitterleitung des elektronischen Schalter S ein eßglied Mg vorgesehen, das in bekannter Weise derart ausführbar ists daß sowohl eine Strombegrenzung und/oder - abschaltung bewirkt wird, falls beispielsweise durch einen Fehler in der Logik der Ansteuerimpuls ständig an der ODER-Verknüpfung liegt, als auch die Einhaltung des Sollvertes des Stromes i kontrolliert und die ituslosung der Ansteuerimpulse A und B veranlaßt wird. In besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäß Lösung ist eine stetige Veränderung des arithmetisohen Mittelwertes AM und damit des Haltestromes i vorgesehen. Damit kann der Strom i in bestimmten Grenzen den jeweilig gewünschten Betriebsbedingungen angepafft werden.
• Eine stetige Veränderung des arithmetischen Kittelwertes AM kann beispielsweise durch eine Frequenzänderung oder eine Änderung des Tastverhältnisses des Multivibraters MV 1 erreicht werden. Gleichfalls ist es möglich, statt einer variablen Einstellung einen weiteren nicht besonders dargestellten Multivibrator MV 2 anzuschalten, der dadurch entsprechende Dimensionierung die reproduzierbare Einstellung eines bestimmten Haltestroms i innerhalb eines beliebigen Zeitraumes ermöglicht, falls ein intermittierender Betrieb des Schritt motors mit längeren Pausen vorgesehen ist.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Ansteuern von Schrittschaltwerken, insbesondere Schrittmotoren, bei der die Feldspulen über elektronische Schalter an eine Spannungsquelle legbar sind und die Steuerung der elektronischen Schalter über logische Verknüpfungen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldspule (F) ohne Vorwiderstände an die Spannungsquelle (U) schaltbar sind und daß der Strom (i) durch die jeweils angeschalteten Feldspulen (F) nach Erreichen des Sollwertes derart in Einzelimpulse aufgelöst wird, daß deren arithmetischer Mittelwert (AM) dem Sollwert des Stromes (i) entspricht cder stetig veränderlich ist.

2. Schaltungsanordnung nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektroni@chen Schalter (S) zusätzlich durch einen Multivibrator (MV1) über eine jedem Schalter (S) zugeordnete Kombination logischer Verknüpfungen (U;O) steuerbar sind.

3, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßglied (Mg) zur Bewertung des Sollwertes des Stromes (i) vorgesehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die stetige Veränderung des arithmetischen Mittelwertes (AM) durch eine Frequenzänderung des Multivibrators (MV1) erreichbar ist.

5. SchaltunsanorJnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die stetige Veränderung des arithmetischen Mittelwertes (AM) durch eine Veränderung des Tastverhältnisses des Multivibrators (MV1) erreichbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Veränderung des arithmetischen Mitteiwertes (AU) durch Einschalten eines weiteren Multivibrators (MV2) erreichbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (Mg) in einer den elektronischen Schaltern (S) gemeinsamen Leitung angeordnet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter (S) strombegrenzend aufgebaut sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2« dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination logischer Verknüpfungen ein UND-ODER-Glied ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strombegrenzung der elektronische Schalter (S) mit Schutzwiderständen (R) und einer Z-Diode (Z) beschaltet ist.