DE3906838C2

DE3906838C2 -

Info

Publication number: DE3906838C2
Application number: DE19893906838
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7607 Neuried De Schnebel
Original assignee: Gerhard Berger & Co KG Fabrik Elektrischer Geraete 7630 Lahr De GmbH
Current assignee: Gerhard Berger & Co KG Fabrik Elektrischer Geraete 7630 Lahr De GmbH
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1992-09-24
Also published as: DE3906838A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Mehrphasen-Schrittmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Unter Mikrostep-Betrieb wird eine elektronische Schrittwinkelunterteilung verstanden, durch die die Anzahl der Schrittwinkel pro Umdrehung eines Schrittmotors erhöht werden kann und wobei auch zwischen Halbschritt- bzw. Vollschrittpositionen Zwischenstellungen realisierbar sind.

Eine Ansteuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der Industrie-Elektrik und Elektronik, 26. Jahrgang 1981, Nr. 24, Seite 24 bis 28 bereits bekannt.

Bei diesem Mikrostep-Betrieb werden von den 5 Phasen vier voll mit Nennstrom bestromt, während eine Phase in Stufen bestromt wird, wobei lineare Endstufen in Halbbrückenschaltung vorgesehen sind, die jedoch, insbesondere bedingt durch die hohe auftretende Verlustleistung nur für kleine Spannungen geeignet sind.

Weiterhin sind auch, siehe US-PS 47 55 732 Fig. 14 und 15 sowie zugehörigem Test, gechoppte Endstufen in Vollbrücken-Schaltung bekannt, die zwar durch den gechoppten Betrieb eine geringe Verlustleistung aufweisen und auch für höhere Spannungen geeignet sind, jedoch erfordert die Vollbrücken-Schaltung eine doppelte Anzahl elektronischer Halbleiterschalter und somit einen entsprechend hohen Aufwand.

Würde man eine Halbbrücken-Schaltung mit einer gechoppten Endstufe vorsehen und dabei für einen Mikroschritt eine Phasenstromänderung in einer Wicklung vornehmen, so würde sich für die Stromversorgung eine unsymmetrische Belastung einstellen. Um dabei eine Beschädigung bzw. Zerstörung der Spannungsversorgung durch diese Unsymmetrie zu verhindern, wären entsprechende Schutzschaltungen erforderlich. Dadurch wäre aber wiederum ein entsprechender Aufwand vorhanden, so daß im Endeffekt der Gesamtaufwand wieder etwa dem bei Verwendung einer gechoppten Endstufe mit Vollbrücke entsprechen würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Schrittmotors zu schaffen, welches einerseits einen geringen Schaltungsaufwand erfordert und mit dem andererseits ein Mikroschrittbetrieb möglich ist, ohne daß dazu besondere Schutzmaßnahmen für die Stromversorgung erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Dabei werden die Phasenströme von wenigstens zwei Wicklungen in ihrer Richtung und/oder ihrer Größe so vorgesehen, daß ein vorgegebener Endpunkt des Momentenzeigers für einen vor gesehenen Mikroschritt erreicht wird. Gleichzeitig kann durch entsprechende Variation dieser Phasenströme eine symmetrische Belastung der Stromquelle erreicht werden. Dies ermöglicht die Verwendung einer Halbbrücken-Schaltung ohne aufwendige Schutzmaßnahmen gegen eine unsymmetrische Netzteilbelastung. Prinzipiell besteht zwar auch die Möglichkeit, die Phasenströme von mehr als zwei Wicklungen zu verändern, jedoch be steht schon bei Phasenstromänderungen in zwei Wicklungen die Möglichkeit, praktisch jede Zwischenposition zwischen Halb schritten oder Vollschritten zu realisieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen wiedergegeben. Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Halbbrücken-Endstufe und

Fig. 2 ein Vektordiagramm.

Eine in Fig. 1 gezeigte Endstufe 1 eines 5-Phasen-Schritt motors ist als Halbbrücke geschaltet, wobei für jede Phasen wicklung w 1-w 5 zwei Schalttransistoren 2 vorgesehen sind, welche das eine Ende der Phasenwicklungen wahlweise an den positiven oder den negativen Pol der Versorgungsspannung durchschalten können. Die jeweils anderen Enden der Phasen wicklungen w 1-w 5 sind über Meßwiderstände R_s an den Masse punkt 3 der symmetrischen Stromversorgung geschaltet. Es handelt sich hier prinzipiell um eine Stern-Schaltung. Die Schalttransistoren 2 sind noch mit Schutzdioden 4 be schaltet und zwischen dem Massepunkt 3 und dem positiven bzw. dem negativen Pol sind noch Kondensatoren 5 zur Glättung vor gesehen.

In üblicher Weise kann ein mit dieser Endstufe ausgerüsteter Schrittmotor Vollschritte bzw. Halbschritte durch Bestromen von vier Phasenwicklungen durchführen. Würde man nun die fünfte Phasenwicklung ebenfalls bestromen, so würde sich be züglich des Massepunktes 3 eine Unsymmetrie ergeben. Um dies zu vermeiden und um Zwischenpositionen zwischen Halbschritt- bzw. Vollschrittpositionen anfahren zu können, werden er findungsgemäß zwei Wicklungen in Richtung und/oder Größe dosiert bestromt, wobei das jeweilige Maß der Bestromung einerseits so gewählt ist, daß eine symmetrische Belastung des Netzteiles vorhanden ist und daß andererseits der ge wünschte Zwischenpositionspunkt erreicht wird.

Das in Fig. 2 gezeigte Momenten-Vektor-Diagramm läßt gut er kennen, wie durch Variation von zwei Phasenströmen der Mo menten-Summenpunkt und damit der Schrittwinkel α ver ändert werden kann. Würde man für eine erste Schrittposition M Σ I die Phasenwicklungen w 3, w 2, w 1 und w 5 mit Nennstrom be stromen, so würde sich durch Aneinanderreihen der entsprechen den Haltemoment-Vektoren M 3, M 2, M 1 und M 5 der mit M Σ I bezeichnete Haltemomentsummenpunkt ergeben.

Würde man nun die Wicklung w 5 nicht bestromen und dafür die Wicklung w 4, so würde sich eine nächste Schrittposition mit dem Summenvektorendpunkt M Σ II ergeben. Soll nun der Summen vektorendpunkt an einer beliebigen Stelle zwischen den End punkten der Vektoren M 1, M Σ I und M Σ II liegen, so kann dies durch dosiertes Bestromen der Phasenwicklungen w 5 und w 4 er reicht werden. In Fig. 2 ist die Zwischenschrittposition durch den Winkel α′ vorgegeben. Der Endpunkt des Summenvek tors M Σ x kann nun erreicht werden, indem die Bestromung der Phasenwicklung w 5 entsprechend reduziert wird, so daß sich der Momentenvektor M 5′ einstellt. Auch die Bestromung der Wicklung w 4 ist gegenüber dem Nennstrom reduziert, so daß sich hier der Momentenvektor M 4′ einstellt. Durch vek torielle Addition liegt der Endpunkt des Zeigers M 4′ an der gewünschten Stelle und bildet den Endpunkt des Summenvektors M Σ x.

Hieraus ist auch gut ersichtlich, daß ein bestimmter Summen vektor-Endpunkt durch Variation der Läng der jeweiligen Momentenvektoren und auch durch deren Richtungsumkehr er reicht werden kann.

Durch Verändern zweier Phasenströme kann, wie in Fig. 2 ge zeigt, praktisch jede Zwischenschrittposition zwischen zwei Vollschritt- oder Halbschrittpositionen eingestellt werden. Erforderlichenfalls besteht darüber hinaus auch noch die Mög lichkeit, mehr als zwei der Phasenwicklungs-Ströme zum Er reichen eines bestimmten Momentenendpunktes bzw. eines be stimmten Winkelschrittes zu variieren. Wesentlich ist dabei, daß beachtet wird, daß die Summe der Phasenströme im Knoten punkt der Halbbrücken-Schaltung bei jeder beliebigen Schal terstellung 0 beträgt.

Der dosierte Strom einer Phase kann bei einer vorgegebenen Schrittwinkelposition entsprechend der Formel

und der zweite dosierte Strom der anderen Phase aus dem errechneten Phasenstrom I abgeleitet werden entsprechend der Formel

I′ = -|Iph max.| -I.

Dabei muß berücksichtigt werden, daß 72° α < 90° < α 108°.

Die in Reihe mit den Phasenwicklungen w 1-w 5 geschalteten Meßwiderstände Rs dienen zur Erzeugung einer Phasenmeß spannung, die zur Ansteuerung verwendet wird.

Erwähnt sei noch, daß die Halbleiterschalter 2 im Schaltbe trieb betrieben werden, wobei der dosierte, bzw. reduzierte Phasenstrom von der Ansteuerlogik bestimmt wird.

Claims

1. Verfahren zum Ansteuern eines Mehrphasen-Schrittmotors im Mikrostep-Konstantstrom-Betrieb mit Endstufen in Halbbrücken-Schaltung, wobei jede Phasenwicklung mit dem einen Anschluß an Masse liegt und mit dem anderen Anschluß mit negativem oder positivem Potential verbindbar ist und alle Phasen gleichzeitig bestromt werden, insbesondere zum Ansteuern eines 5-Phasen-Schrittmotors, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halbbrücken-Schaltung die elektronische Schalter im Schaltbetrieb betrieben werden und daß bei der Ausführung eines Mikroschrittes der Phasenstrom in wenigstens zwei Wicklungen verändert wird derart, daß einerseits die Phasenströme, bezogen auf die Massepunkte, symmetrisch sind, andererseits eine vorgegebene Schrittwinkelposition erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Phasenströme im Knotenpunkt der einen Anschlüsse der Halbbrücken-Schaltung bei jeder beliebigen Schalterstellung auf etwa Null gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wicklungen in Richtung und/oder Größe dosiert und die übrigen Wicklungen mit Nennstrom bestromt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dosierte Strom einer Phase bei einer vorgegebenen Schrittwinkelposition entsprechend der Formel und der zweite dosierte Strom der anderen Phase aus dem errechneten Phasenstrom I abgeleitet wird entsprechend der FormelI′ = -|Iph max.| -I.wobei gilt 72° α < 90° < α 108°.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an vorzugsweise mit den Mo torwicklungen in Reihe geschalteten Meßwiderständen eine Meßspannung abgegriffen und zur Steuerung mitverwendet wird.