SE443268B - Kopplingsanordning for atervinning av energi, som er lagrad i induktiviteterna till bortkopplade motorlindningar i en stegmotor - Google Patents

Description

7804300-7 Som bekant användes stegmotorer som axeldrivanordningar för verktygsmaskiner, s.k. datamaskin-periferiapparater eller liknande. Sådana stegmotorer erfordrar en koppling, som å ena sidan tillåter strömmen i de separata motorlindningarna att snabbt öka i förutbestämd ordningsföljd till erforderligt värde och å andra sidan efter en bestämd föreskriven tid tillåter strömmen att snabbt åter sjunka mot noll.

För uppfyllande av dessa krav är följande kopplingar kända : - R-L-koppling: I serie med motorlindningen kopplas ett ohmskt motstånd och denna kombination pâlägges en hög spänning.

Motståndet har två uppgifter. Det begränsar strömmen tm erfaraeriigt värde och sörjer eniigt förhåiianaet T= för en liten motortidskonstant, som ger en snabb strömökning.

För erhållande av en snabb strömbortkoppling, kopplas även i en frigångskrets ett motstånd eller en zenerdiod i serie med en normal diod. Denna koppling beskrives i boken "Das Schritt- motoren-Handbuch“ av firma Sigma Instruments, det europeiska kontoret, årgång 1973, tryckeri G Schubert & Cie München 5, *266223 på sidan 46 ff. De på sidan 47 i nämnda bok beskrivna kopplingarna b, c och d skall ej beaktas, eftersom de förut- sätter motorer, som tillåter separat tillträde till alla lind- ningsändar.

- Andra kopplingar för motorer med stjärnpunkt utnyttjar den s.k. chopperprincipen (beskrivs på sidan 58) men använder i frigângskretsen fortfarande förmotstând eller zenerdioder.

Verkningsgraden för dessa kopplingarär naturligtvislâg, eftersom motorströmmen i inkopplings- och frigångskretsen förorsakar värmeförluster. Ändamålet med föreliggande uppfinning är, att vid stegmotorer, som endast tillåter tillträde till lindnings- stjärnpunkten, driva en koppling, som tillåter snabb inkopp- ling av strömmen vid önskat värde, ger liten förlust under den önskade strömflödestiden och snabb bortkoppling av strömmen vid en godtyckligt vald tidpunkt med lika hög 7804500-7 verkningsgrad som anges för kopplingen på sid. 58 i nämnda bok. I sistnämnda koppling förutsättes emellertid fri till- gång till alla lindningsändar för motorn.

Anordningen enligt uppfinningen kännetecknas av en genom 'en komparatorkoppling styrbar omkopplare, som är anordnad att upprätta förbindelsen mellan de båda energimagasinen (100, 105), när energiinnehâllet i det ena magasinet överstiger en förutbestämd nivå.

Den med föreliggande uppfinning uppnådda fördelen är speciellt att se däri, att de av tillverkningstekniska skäl väsentligt billigare motorerna, som endast tillåter tillträde till lindningstjärnpunkten, kan drivas med praktiskt taget lika god verkningsgrad och lika goda dynamiska och statiska egenskaper som de motorer, vilka tillåter elektriskt tillträde till alla lindningsändar.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvisning till ett utföringsexempel, som visas på den bifogade ritningen , varå fig. 1 visar en kopplingsanordning enligt uppfinningen och fig. 2 - 10 visar de huvudsakliga ström- och spänningsformer, som uppträder vid speciella punkter i kopplingen enligt fig. 1.

I fig. 1 visas en stegmotor med ett antal lindningar 10a, 10b, 10c osv. Med varje motorlindning är parallellkopplad en frigångskrets, som består av frigângsdioder 17a, 17b, 17c osv.

Denna frigângskrets kopplas medelst en transistor 18a, 18b, 18c osv. in i resp. ut ur kretsen för tillhörande motorlindning.

Frigångsdioden 17a, 17b, 17c är så inkopplad, att dess anod är ansluten till en ände av motorlindningen och dess katod till förbindningspunkten till emittern för tillhörande transistor 18a, 18b, 18c osv. samt till skiljedioderna 19a, 19b, 19c osv.

Sistnämnda dioder är skiljedioder mellan varje frigångskrets och den för alla motorlindningar och frigângskretsar gemensamma kondensatorn 100 med transistorn 102. Den gemensamma ström- kretsen består vidare av induktansen 103, frigângsdioden 104, buffertkondensatorn 105 och av komparatorn 101. I fig. 1 7804300-7 har varje motorlindning 10a, 10b, 10c en strömreglerings- koppling. Denna har för enkelhets skull visats endast för motorlindningen 10a och innehåller en komparator 16a, en transistor 11a, motstånd 12a, 15a, en diod 13a och en kon- densator 14a. Matningsspänningen för stegmotorn, dvs. för motorlindningen har betecknats med 106. I det följande skall verkningssättet för kopplingen enligt fig. 1 beskrivas med hänvisning till figurerna 2 - 10.

En elektronisk koppling, som ej har visats och som ej heller hör till den egentliga uppfinningen, på ledningen 20a har antagits avge en statisk, logisk styrsignal. I fig. 2 visas styrsignalen 20. Ändras styrsignalen på ledningen 20a från sitt värde "1" till värdet "O", sluter omkopplaren 18a vid tidpunkten to. Härigenom förberedas det senare . flödet av basströmmen 28a. Samtidigt ges komparatorn 16a för strömregulatorn strömbörvärdet 20a i motsvarighet till värdet I1. i lindningen 10a, såsom visas i fig. 3, till följd av den Vid denna tidpunkt börjar nu även motorströmmen 22a nu flytande basströmmen 21a att stiga från noll, tills mät- motståndet 12a via dioderna 1ša ger signal till komparatorn 16a, att strömvärdet I1 vid tidpunkten t1 motsvarar börvärdet 20a. Då avbrytas vid tidpunkten t1 basströmmen 21a, vilket genast bringar kollektorströmmen 23a, som visas i fig. 4, till värdet noll. Motorströmmen 22a tar till följd av den i motorinduktansen 10aL lagrade energin vägen över dioden 17a och den slutna elektroniska omkopplaren 18a, vars ström 24a visas i fig. 5, varvid den förutom spänningen vid det ohmska innermotståndet 10aR endast måste utveckla ytterligare en diod- samt en kollektor-emitter-spänningsminskning vid mättad transistor eller darlingtontransistor 18a. Till följd av denna lilla tillsatsförlust för frigångsdioden 17a och transistorn 18a kommer strömmen i motorlindningen 10a endast att långsamt, ungefär i motsvarighet till motortidskonstanten Tmot (Tmøt = äššgâšg att avta mot värdet I2 vid tidpunkten 7804300-7 t2 (fig. 3). I tidsintervallet t1, ta flyter även bas- strömmen 28a, som ej påverkar den logiska signalen 20a.

Den vid tidpunkten t1 för bortkoppling av om- kopplaren 11a vid kondensatorn liggande spänningen avtar likaledes och det enligt den elektriska tidskonstanten TMesS (TMeSS= C(14a) R(15a+12a)) för RC-kretsen 12a, 15a, 14a, som motsvarar motortidskonstanten Twot vid sluten om- kopplare 18a. Om därvid kondensatorspänningen vid kondensa- torn 14a när en genom den inställbara hysteresen för komparatorn 16a given undre gräns vid fidpunkten t2, inkopplas åter basströmmen 21a och därmed slutes åter omkopplaren 11a så, att matningsspänningskällan 106 från värdet UO åter ökar motorströmmen, tills denna åter har uppnått det mot börvärdet 20a svarande ärvärdet I1.

'Förloppen motsvarande tidpunkterna t1 och ta upprepas så länge som styrsignalen 20a bibehåller sitt värde noll.

Om den logiska styrsignalen 20a vid tidpunkten tå ändrar sitt värde från noll till ett, avbrytes basströmmen 28a för omkopplaren 18a, vilken öppnar den senare, och även strömbörvärdet 20a vid komparatorn 16a inställes på noll, vilket likaledes avbryter basströmmen 21a och öppnar omkopplaren 11a. Motorströmmen 22a flyter därvid fram till tidpunkten t4 över dioden 17a till dioden 19a, vars ström 25 visas i fig. 6 och därifrån till kondensatorn 100, vars ström 26 visas i fig. 7. Strömkretsen slutes över matningsspänningskällan 106. Den i tidsintervallet tš, t4 från motorinduktansen matade energin när till största delen till den för alla lindningarna gemensamma kondensa- torn 100, varigenom naturligtvis dess spänning Uc, som visas i fig. 8, upphäves. överskrider däremot kondensatorspänningen Uc vid tidpunkten t4 det genom referensen 111 till komparatorn 101 givna värdet, slutes omkopplaren 102 medelst den genom 7804300-7 komparatorn flytande basströmmen 54. Motorströmmen 22a delar sig därvid och flyter dels (fig. 7) med avtagande värde till tidpunkten t5 över elementen 100, 106, 10a, 17a, 19a och dels från noll med ökande värde till tid- punkten t5 som ström 32 och 27 enligt fig. 9 och 10 via elementen 102, 105, 10a, 17a, 19a. Vid tidpunkten ts har motorströmmen 22a sjunkit till värdet I5 och strömmen 27 i drosseln 103 stigit till värdet I5. Detta betyder, att i detta ögonblick strömmen 26 i kondensatorn 100 sjunkit till noll och därmed att spänningsmaximum Ucmax har uppnåtts.

Den från tidpunkten t5 åter sjunkande spänningen UC vid kondensatorn 100 medför ytterligare en ökning av strömmen 27 i induktansen 103, varvid en växande andel av: strömmen 52 till följd av den höga spänningen och den snabbt sjunkande motorströmmen kommer från kapacitansen 100. Den i tidsintervallet t5, t6 från kondensatorn 100 förda energin %C(U2cmax-Uâ) återföres praktiskt taget fullständigt över kretsen av element 100, 102, 105 till buffertkondensatorn 105. Vid tidpunkten t6 har motorström- men i lindningen 10a sjunkit till noll, vilket betyder, att vid denna tidpunkt den stora i induktansen flytande strömmen flyter tillbaka till buffertkondensatorn 105. Spänningen UC vid kondensatorn 100 har i tidsintervallet t6, t7 fort- farande ett värde, som är större än det genom hysteresen och referensen 111 givna värdet vid komparatorn 101. Däri- genom stiger strömmen 27 i induktansen 103 åter ända till värdet I6 vid tidpunkten t7 (fig. 9, 10), vid vilken om- kopplaren 102 medelst komparatorn 101 åter öppnas. Den fram till tidpunkten t7 i induktansen flytande strömmen I7 tar då vägen över buffertkondensatorn 105 och dioden 104. Den lineärt avtagande strömmen 27 och 28 överför den vid tidpunkten t7 i induktansen lagrade energin till tidpunkten t8 praktiskt taget fullständigt till buffert- kondensatorn 105. 7804300-7 Värdet av induktansen 105 skall åtminstone nå motor- lindningens 10a värde, för att en kopplingsfunktion enligt ovan skall erhållas. Verkningssättet för den i fig. 1 visade kopplingen har beskrivits med hänvisning till en motorlíndning 10a. Naturligtvis kan genom den icke visade elektroniska kopplingen den logiska styrsignalen 20b, 20c osv. på motsvarande sätt ändras från värdet "1" till värdet "O“, såsom visas i fig. 2. Strömmen i motorlindningarna 10a, 10b, 10c osv. kan i godtycklig tidsordningsföljd och med godtycklig frekvens bortkopplas så länge endast tillförsäkras, att den nödvändiga spänningsstabiliteten för den elektroniska om- kopplaren kvarstår och induktansen 105 ej når mättnadsom- rådet .

Claims (1)

1. 7804300-7 3 P a t e n t k r a v Kopplingsanordning för återvinning av energi, som är lagrad i induktiviteterna till bortkopplade motorlind- ningar i en stegmotor, varjämte motorlindningarna med sin ena ände är ansluten till individuella, med ett energimagasin förbundna klämmor och med sin andra ände med en gemensam med ytterligare ett energimagasin förbunden lindningsstjärn- punkt, k ä n n e t e c k n a d a v en genom en komparator- koppling (101) styrbar omkopplare, som är anordnad att upp- rätta förbindelsen mellan de båda energimagasinen (100, 105), när energiinnehållet i det ena magasinet överstiger en för- utbestämd nivå.