DE2133583A1 - Antriebsschaltung fur einen Schritt motor - Google Patents
Antriebsschaltung fur einen Schritt motorInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P8/14—Arrangements for controlling speed or speed and torque
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- Control Of Stepping Motors (AREA)
Description
71/8730
Limited,
) Kamikodanaka, Kawasaki-shi,
Kanagawa-ken, Japan
Antriebsschaltung für einen Schrittmotor
Die Erfindung betrifft eine Antriebsschaltung für einen
Schrittmotor, bei der an den Schrittmotor eine hohe Spannung angelegt wird, wenn sich der Botor dreht und eine niedrige
Spannung, wenn sich der Hotor im angehaltenen Zustand befindet.
Im allgemeinen wiederholen sich bei einem Schrittmotor infolge Steuerung durch ein Eingangssteuerungasignal Bewegung
und Halt und der Schrittmotor dreht sich schrittf örmig bis zu dem vorgeschriebenen Winkel. Dit mechanische Arbeit des
Schrittmotors, d. h. Antriebskraft, wird nur benötigt, wenn der fiotor des Schrittmotors tatsächlich bewegt wird. Deshalb
wird vorzugsweise die hohe Spannung nur dann angelegt ^
wenn der Botor bewegt wird und es wird eine niedrige Spannung
angelegt, wenn der Botor steht*
■■■'. -2-
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Bei einem bekannten Verfahren zur Eealisierung dieser Aufgabe
wird ein Beihenwiderstand verwendet, der den Wert des
in der Erregerspule des Schrittmotors fließenden Stromes
ändert. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß die elektrischen Verluste im Reihenwiderstand beträchtlich
sind und deshalb ein hoher Wirkungsgrad nicht erwartet werden kann. Bei einem weiteren Verfahren wird in einer
vorgegebenen festen Periode eine Spannungsquelle hoher
Spannung gegen eine Spannungsquelle niedriger Spannung aus-
die/
getauscht. Die Schaltung, durch dieses Verfahren realisiert
wird, ist jedoch sehr kompliziert, da der Stromfluß in der Erregerspule exponentiell ansteigt, so daß die Einstellung
der Kommutierzeit bei hoher Betriebsgeschwindigkeit sehr schwierig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu
eliminieren. Es soll eine Schaltung geschaffen werden, die
einen hervorragenden Wirkungsgrad und eine hohe Zuverlässigkeit besitzt.
Die erfindungsgemäße Antriebsschaltung ist dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine Spannungsquelle hoher Spannung, eine Spannungsquelle niedriger Spannung, einen Meßkreis zum Erfassen
des Erregerstromes durch die Erregerspule des Schrittmotors und eine Wechselschaltung enthält, die
a) an die Erregerspule die Spannungsquelle hoher Spannung
legt, wenn der Vechaelechaltung ein Eingangs-■teu«r*ignal
zugeführt wird,
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b) die Spannungsquelle hoher Spannung in die Spannungsquelle niedriger Spannung umschaltet, wenn der durch den Meßkreis
erfaßte Erregerstrom einen vorgegebenen Wert erreicht
hat und
c) sowohl die Spannungsquelle hoher Spannung als auch die Spannungsquelle niedriger Spannung abschaltet, wenn
das Eingangssteuersignal zu 0 wird.
Bei der erfindungsgemäßen Antriebsschaltung ist also ein
Meßkreis vorgesehen, der den Erregerstrom in der Erregerspule erfaßt und es wird die Spannung von hoch auf niedrig
geschaltet, wenn der Erregerstrom einen vorgegebenen Wert erreicht hat.
Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von 4 Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1A bis 1G Diagramme und die Form von Impulsfolgen
zur Erläuterung der Wirkungsweise des Schrittmotors
Fig. 2A und 2B ein entsprechendes Blockdiagramm und die Form von Impulsfolgen eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
Fig. JA und 5B eine Antriebsschaltung hinsichtlich
einer Phase des Schrittmotors und
Fig. 4- ein Diagramm, das die Form der Impulsfolgen an
den wesentlichen Punkten der Fig. 3 darstellt.
entsprechend Fig. 1A wiederholen sich bei einem Schrittmotor ·
aufgrund der Steuerung durch das Eingangssteuersignal
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Schritt und Halt und der Schrittmotor dreht sich schrittförmig
um einen vorgegebenen Winkel. So wird, wie in Fig. 1B dargestellt, die mechanische Arbeit, d. h. die Ausgagsgröße
des Schrittmotors pulsförmig erzeugt. Demgemäß kann der Wirkungsgrad des Schrittmotors wesentlich erhöht
werden, wenn - wie in Fig. 1C dargestellt - die elektrische
Eingangsleistung ebenfalls impulsförmig zugeführt wird. Dies bedeutet, daß der Strom ±o fließt, solange der Eotor
ruht und der Strom 3L· solange sich der Rotor von einer magnetisch
stabilen Lage zu einer anderen magnetisch stabilen Lage dreht und hierbei eine Arbeit leistet.
Fig. 2A zeigt das Ausführungsbeispiel einer Antriebsschaltung
für einen 5-phasigen Schrittmota? EPM. Die Erregerspulen
1-5 der einzelnen Phasen sind jeweils mit zwei als
Schalter betätigtenTransistoren verbunden. Jeweils einer dieser Transistoren ist mit einer Spannungsquelle V^ hoher
Spannung verbunden und dient als Schalter hoher Spannung. Jeweils der andere der beiden Transistoren ist über die
Erregerspule und eine Diode mit einer Spannungsquelle Vp
niedriger Spannung verbunden. Durch die Meßkreise DC1 bis
DC5 wird der Erregerstrom in der jeweiligen Erregerspule
erfaßt. Wenn der Erregerstrom einen vorgegebenen Wert erreicht, werden die bistabilen Kippstufen β«« F1 bis P5
zurückgestellt und die Schalttransistoren Q-, Q^, Qct Qr7
und Qq für die hohe Spannung abgeschaltet und es wird an
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die Erregerspulen die Spannungsquelle V2 niedriger Spannung
. angelegt.
Bei der Schaltung nach Fig. 2A wird der in Fig. 2B dargestellte Steuerpuls CP entweder an den Anschluss CW für
positive Polung oder an den Anschluss CCW für negative Polung der Zweiphasen- Dreiphasen-Wechselerregungssteuerschal
tung SE angelegt. Die Erregersteuerschaltung SE verteilt dann die aus den Ausgängen a - b abgegebenen Steuersignale,
wie in Fig. 2B dargestellt, so dass in vorgegebener Phasenbeziehung wechselweise die Zweiphasen-Erregung
und die Dreiphasen-Erregung wiederholt werden. Diese Steuersignale werden der Antriebsschaltung des Schrittmotors zugeführt
.
Fig. JA zeigt das Diagramm der Antriebsschaltung von einer
Phase eines mehrphasigen elektrischen Schrittmotors. Bei
der Schaltung nach Fig. 3A ist die Spule eines elektrischen Schrittmotors EPM über Transistoren Q-, und Q2 sowie einen
Widerstand r mit einer elektrischen Spannungsquelle V^ einer
hohen Spannung verbunden. Eine elektrische Spannungsquelle V2 einer niedrigen Spannung ist über eine Diode D-^ mit der
Verbindungsstelle zwischen dem Emitter des Transistors Q-^
und der Spule des elektrischen Schrittmotors EPM verbunden.
Die Verbindungsstelle zwischen der Spule EPM und dem Kollektor des Transistors Q2 ist über eine Diode D2 und
- 6 109884/121 &
einen Widerstand E-, an die Spannungsquelle hoher Spannung
angeschlossen. Die Eingangsklemme IN ist mit einem Inverter INV verbunden, der Ausgang des Inverters ist an einen Stelleingang
einer "bistabilen Kippschaltung F angeschlossen und der Ausgang der bistabilen Kippschaltung F liegt über einen
Verstärker A-, an der Basis des Transistors Q-,. Die Eingangsklemme
IN ist ausserdem über einen Verstärker Ao an die Basis des Transistors Q2 geführt. Dieses bildet die Wechselschaltung.
Eine aus einer Ze^inerdiode ZD und einem veränderbaren
Widerstand VB bestehende Reihenschaltung ist mit den beiden Anschlüssen des Widerstandes r verbunden· Die Verbindungsstelle
zwischen der Zejinerdiode ZD und dem veränderbaren
Widerstand VE ist über eine monostabile Kippschaltung MM mit dem Rückstelleingang der bistabilen Kippschaltung F
verbunden. Wie erwähnt, bildet dies die Messehaltung für den Erregerstrom.
Wenn gemäss a der Fig. 4 an die Eingangsklemme IN ein Eingangssignal
eQ angelegt wird, wird dieses Signal der Basis des Transistors Qg zugeführt und hierdurch dieser
Transistor leitend gesteuert. Andererseits wird das Eingangssignal eQ durch den Inverter INV umgekehrt und es wird das
unter b der Fig. 4 dargestellte Umkehrsignal e-^ dem Stelleingang
der bistabilen Kippstufe F zugeführt. Der Abfall der vorderen Flanke des Signals e-^ bringt die bistabile Kipp-
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schaltung F in den Setzzustand. Die unter g der Fig. 4 dargestellte
Ausgangsgrösse e1-, der bistabilen Kippschaltung
F wird über den Verstärker A, der Basis des Transistors Q-^
zugeführt und hierdurch der Transistor Q-, leitend gesteuert. Als Folge hiervon fliesst der unter e der Fig. 4 dargestellte
Strom I aus der Spannungsquelle V, hoher Spannung zur Erregerspule EPM. Der Strom I nimmt infolge der Induktivität
der Erregerspule EPM expotentiell zu wie dies unter e der Fig. 4- dargestellt ist. Die Zunahme der Stärke des
Stromes I wird in Widerstand r als Spannungsfall erfasst.
Der veränderbare Widerstand VE wird so eingestellt, dass der Spannungsfall am Widerstand r aufgrund des durch ihn
fliessenden Stromes die ZeXnerspannung der Ze^Jsoierdiode ZD
überschreitet und dass, wenn der den Spannungsfall verursachende Strom den vorgegebenen Wert erreicht hat, die
Spannung an der monostabilen Kippschaltung MM anliegt. Die unter f in Fig. 3 dargestellte Spannung e~ der monostabilen
Kippstufe MM, die die Spannung der Ze^nerdiode ZD überschreitet, wird an den Bückstelleingang der bistabilen
Kippschaltung F gelegt und die Abfallflanke des Signals e~
stellt die bistabile Kippschaltung F in den Rückstell- bzw. Ausgangszustand. Dadurch wird, wie unter g der Fig. 4- dargestellt,
die Ausgangsgrösse e1, der bistabilen Kippschaltung f zu Null. Demgemäss wird der Transistor Q-, gesperrt.
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Der Transistor Qo wird jedoch im leitend gesteuerten Zustand
gehalten und es fliesst aus der Spannungsquelle V^ der niedrigen Spannung über die Diode D-, ein Strom in die
Erregerspule EPM. Der Strom I nimmt, wie unter e der S1Ig. 4-dargestellt,
ab.
In S"ig. 3B ist eine weitere Ausführungsform des Messkreises
dargestellt. In diesem Kreis wird durch den veränderbaren Widerstand VE, einen Widerstand R1, und -eine Vorspannung
-V der Eingangstriggerpegel der monostabilen Kippschaltung
MM auf einem vorgegebenen Wert gehalten. Wenn der Spannungsfall im Widerstand r diesen vorgegebenen Pegel
überschreitet, wird die Spannung über Widerstände Ep,. E^
und einen Kondensator C an die monostabile Kippschaltung MM gelegt. Die unter f der Fig. 4- dargestellte Ausgangsgrösse
ep der monostabilen Kippschaltung MM wird an den Eückstelleingang
der bistabilen Kippschaltung i1 angelegt. Durch den plötzlichen Abfall des Stromes I wird in der Erregerspule
eine gpgenelektromotorische Kraft erzeugt und diese wird über
die Diode D2 und den Widerstand E^ zur Spannungsquelle V-,
hoher Spannung zurückgekoppelt. Das Eingangssignal eQ
wird dann zu Null, es werden beide Transistoren sperrend gesteuert und es fällt der durch die Erregerspule EPM
fliessende Strom auf Hull ab.
— 9 —
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Die Zeit t^, zu der der zwischen die Erregerspule EPM und
die Spannungsquelle V, hoher Spannung gefügte Transistor
Q, leitend ist, wird wahlweise durch die Werte des Widerstandes
der Zejflfnerspannung der Ze)inerdiode ZD und des
variablen Widerstandes VE bestimmt. Die Zeit t-, , zu der
der Transistor leitend ist, muss jedoch unter Berücksichtigung des Trägheitsmomentes des Schrittmotors einschliesslich der
mechanischen Belastung dieses Motors und hinsichtlich der Selbstinduktivität der Erregerspule bestimmt werden. Der
veränderbare Widerstand VE ist vorgesehen, um die Zeit t,, zu der der Transistor leitend ist, genau einstellen zu
können.
Wie erläutert, können durch die erfindungsgemässe .Antriebsschaltung für einen Schrittmotor eine steile Anstiegsflanke des Erregerstromes und eine kurze Ansprechzeit erwartet
werden, ferner können die elektrischen Verluste durch Steuern des Erregerstroms auf einen vorgegebenen Wert reduziert
werden. Schliesslich werden die als Schalter verwendeten Transistoren nicht infolge eines übermässigen
Stromes zerstört, weil selbst in dem Fall, in dem in den Erregerspulen des Schrittmotors ein Lagenkurzschluss auftritt,
der Messkreis den Strom erfasst und die Antriebsschaltung auf die Spannungsquelle niedriger Spannung umschaltet.
Ausserdem wird der durch die Spannungaquelle hoher
Spannung zugeführte Strom konstant gehalten. Damit wird
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sowohl bei niedriger als auch bei hoher Geschwindigkeit das Drehmoment konstant gehalten·
Selbstverständlich kann als Messkreis zum Erfassen des
Erregerstromes auch eine andere Strommesseinrichtung,
wie z.B. eine unter Ausnutzung des Ladungsträgereffektes verwendet werden und es können für die Wechselschaltung anstelle der Transistoren Schaltelemente und Gatter benutzt werden.
Erregerstromes auch eine andere Strommesseinrichtung,
wie z.B. eine unter Ausnutzung des Ladungsträgereffektes verwendet werden und es können für die Wechselschaltung anstelle der Transistoren Schaltelemente und Gatter benutzt werden.
1 Patentanspruch
4 Figuren
4 Figuren
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Claims (1)
- 71/8750PatentanspruchAntriebsschaltung für einen Schrittmotor, bei der an den Schrittmotor eine hohe Spannung angelegt wird, wenn sich der Motor dreht und eine niedrige Spannung, wenn sich der Motor im Haltezustand befindet, dadurch gekennzeichnet , dass sie eine Spannungsquelle (V-, ) hoher Spannung, eine Spannungsquelle (^) niedriger Spannung, einen Messkreis (DG) zum Erfassen des Erregerstromes (I) durch die Erregerspule (EPM) des Sehr ittmotors und eine Wechselschaltung enthält, diea) an die Erregerspule die Spannungsquelle (V-, ) hoher Spannung legt, wenn der Wechselschaltung ein Eingangssteuersignal zugeführt wirdb) die Spannungsquelle (V-, ) hoher Spannung in die Spannungsquelle (Vo) niedriger Spannung umschaltet, wenn der durch den Messkreis (DC) erfasste Erregerstrom (I) einen vorgegebenen Wert erreicht undc) sowohl die Spannungsquelle (V-,) hoher Spannung als die Spannungsquelle (V^) niedriger Spannung abschaltet, wenn das Eingangssteuersignal zu Null wird.109884/1215
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP45058877A JPS5145765B1 (de) | 1970-07-06 | 1970-07-06 | |
JP5887770 | 1970-07-06 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2133583A1 true DE2133583A1 (de) | 1972-01-20 |
DE2133583B2 DE2133583B2 (de) | 1975-10-23 |
DE2133583C3 DE2133583C3 (de) | 1976-08-12 |
Family
ID=
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2346975A1 (de) * | 1972-09-20 | 1974-03-28 | Rech En Matieres De Micromoteu | Impuls-treiberschaltung fuer einen einphasen-schrittschaltrotationsmotor |
DE2434452A1 (de) * | 1973-07-17 | 1975-02-06 | Suwa Seikosha Kk | Verfahren zum antreiben eines schrittmotors fuer eine quarzuhr |
DE3442373A1 (de) * | 1984-11-20 | 1986-05-28 | Voest-Alpine Friedmann GmbH, Linz | Schaltungsanordnung zur ueberwachung eines schrittmotors |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BE769570A (fr) | 1971-11-16 |
NL7109337A (de) | 1972-01-10 |
SE368646B (de) | 1974-07-08 |
JPS5145765B1 (de) | 1976-12-06 |
CH528173A (de) | 1972-09-15 |
GB1322424A (en) | 1973-07-04 |
DE2133583B2 (de) | 1975-10-23 |
US3757193A (en) | 1973-09-04 |
SU505395A3 (ru) | 1976-02-28 |
NL153738B (nl) | 1977-06-15 |
FR2100312A5 (de) | 1972-03-17 |
CA925934A (en) | 1973-05-08 |
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