DE2340284C3 - Control circuit for a multi-phase stepper motor with several drive coils - Google Patents
Control circuit for a multi-phase stepper motor with several drive coilsInfo
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Description
entsprechend hoch erregt wird, um dann nach dem Umschalten auf die andere Spule außer dem Induktionsstrom der ausgeschalteten Spule auch einen gewissen Reaktionsstroni aus der zuvor hoch erregten Hilfsinduktivität, an der jetzt noch ein Teil der Speisespannung liegt, durch die eingeschaltete Spule fließen zu lassen. Doch auch hier steht für eine Beschleunigung des Siromanstiegs in der eingeschalteten Spule nur der die Speisespannung übersteigende Anteil der Inc'jktionsspannu^gen zur Verfugung.is excited correspondingly high to then after switching to the other coil in addition to the induction current of the switched off coil also a certain Reaction currents from the previously highly excited auxiliary inductance, which is now still part of the supply voltage to flow through the switched-on coil. But here, too, only that stands for an acceleration of the siro rise in the switched-on coil The portion of the injection voltages exceeding the supply voltage available.
Andererseits ist aus der DT-OS 2152 054 eine Steuerschaltung für einen mehrphasigen Schrittmotor bekannt, bei der die Spannung der Stromquelle während des Erregens der Antriebsspule zerhackt wird und dieser Stromimpulse zugeführt werden, wobei die Länge des ersten Stromimpulses größer als die der folgenden Stromimpulse ist und so ein schneller Stromanstieg erfolgt, während danach der Zerhackerstrom bis zu einem gegebenen Mii'.eJvvort verringert wird. Hiermit soll die gleiche Wirkung erzielt werden, wie wenn die Erregung anfangs mittels einer Spannungsquelle hoher Spannung und dann einer solchen niedrigeren Spannung erfolgt. Zu diesem Zweck ist jeder Antriebsspule eine eigene Antriebssehaliiing zugeordnet, die den Erregerstrom für die betreffende Spule in der vorgesehenen Weise steuert. Außerdem ist jede Amriebsspule mit einer Funkenlösehschahung für die Aufnahme des bei der Stromunierbrechung auftretenden Induktionsstroms versehen, der hier also nicht für die Erregung der nächsten Amriebsspule mit herangezogen wird.On the other hand, from DT-OS 2152 054 is a Control circuit for a polyphase stepper motor known in which the voltage of the power source during the excitation of the drive coil is chopped and this current pulses are supplied, wherein the The length of the first current pulse is greater than that of the following current pulses, making it faster Current increase takes place, while thereafter the chopper current decreases to a given Mii'.eJvvort will. The aim here is to achieve the same effect as if the excitation was initially carried out by means of a voltage source high voltage and then such a lower voltage. To that end is each drive coil has its own drive structure assigned, which controls the excitation current for the coil in question in the intended manner. Also is each drive coil with a spark release mechanism for the absorption of the current interruption occurring induction current provided, so the one here is not used for the excitation of the next drive coil.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerschaltung für einen mehrphasigen Schrittmotor zu schaffen, die einen rascheren Aufbau des Magnetfeldes in der eingeschalteten Amriebsspule bewirkt, als dies durch alleinige Ausnutzung von freiwerdender Feldenergie möglich ist.The object of the invention is to provide a control circuit for a polyphase stepping motor that has a causes faster build-up of the magnetic field in the switched-on drive coil than by doing this alone Use of released field energy is possible.
Diese Aufgabe wird bei einer Steuerschaltung für einen mehrphasigen Schrittmotor der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Speisung der Antriebsspulen mit zerhacktem Erregerstrom nur ein Konstantstrom-Zerhacker in der Zuleitung oder je einer in der Zu- und Rückleitung der Antriebsspulen angeordnet ist, daß Drosselspulen zwischen der oder den Konstantstrom-Zerhackern und den Antriebsspulen in Serie geschaltet und die ersten Dioden an der Netzseiie des oder der jeweiligen Konstantstrom-Zerhacker angeschlossen sind.In the case of a control circuit for a polyphase stepping motor, this task is performed as mentioned at the beginning Kind according to the invention in that when the drive coils are fed with chopped excitation current only one constant current chopper in the supply line or one each in the supply and return lines of the Drive coils is arranged that choke coils between the or the constant current chopper and the drive coils connected in series and the first diodes on the power supply line of the respective Constant current chopper are connected.
Auf diese Weise wird erreicht, daß durch die Steuerung der Erregung mittels eines Zerhackers auf konstanten Strom an der jeweils eingeschalteten .so Antriebsspule eine von einem Spannungshöchstwert im Moment der Einschaltung allmählich abnehmende Spannung liegt und so für die größtmögliche Beschleunigung des Stromanstiegs gesorgt ist, wobei die in der ausgeschalteten Antriebsspule freiwerdende Feldenergie über den Zerhacker zur Erregung der eingeschalteten Spule mit herangezogen wird und so wiederum dem höheren Spannungsbedarf zu Beginn der Erregung zugute kommt, während für sämtliche Antriebsspulen nur ein bzw. ein Paar Konstantsirom-Zcrhacker to erforderlich ist.In this way it is achieved that by controlling the excitation by means of a chopper to constant current on the respectively switched on .so drive coil, there is a voltage gradually decreasing from a maximum voltage value at the moment of switching on and thus ensures the greatest possible acceleration of the current rise, whereby the released in the off drive coil field energy is used on the chopper for excitation of the switched coil and so in turn the higher voltage requirement at the beginning of the excitement benefit while or a pair Konstantsirom-Zcrhacker to is required for all driving coils only.
Bei einer Steuerschaltung für einen 4-phasigen Schrittmotor, dessen Antriebsspulen in zwei gleiche Gruppen zusammengefaßt sind, sieht die Erfindung vor, daß die Antriebsspulen einerseits gruppenweise über je eine der Drosselspulen mit der Ausgangsseile des gemeinsamen, an dem einen Pol der Stromquelle liegenden Konstantstrom-Zerhackers verbunden und andererseits einzeln über je eine zweite Diode an den anderen Pol der Stromquelle anschaltbar und jeweils über eine der ersten Dioden mit der Eingangsseite des Konstantstrom-Zerhackers verbunden sind.In the case of a control circuit for a 4-phase stepper motor, the drive coils are divided into two identical ones Groups are combined, the invention provides that the drive coils on the one hand in groups over each one of the reactors with the output cords of the common, at one pole of the power source lying constant current chopper and on the other hand individually via a second diode each to the the other pole of the power source can be connected and in each case via one of the first diodes with the input side of the Constant current chopper are connected.
Ferner ist eine Steuerschaltung für einen 3-phasigen Schrittmotor erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Antriebsspulen der drei Phasen über je eine für den Erregerstrom durchlässige dritte Diode und eine der Drosselspulen an den Ausgang des .an dem einen Pol der Stromquelle liegenden ersten Konstantstrom-Zerhakkers und über je eine vierte Diode und eine der Drosselspulen an den Ausgang eines an dem anderen Poi der Stromquelle liegenden Konstantstrom-Zcrhakkers anschaltbar sind und über je eine der für den Indukiionsstrom durchlässigen ersten Dioden an die Eingangsseite des ersten und über je eine der gleichen ersten Dioden an die Eingangsseite des zweiten Konstantstrom-Zerhackers angeschlossen sind.Furthermore, a control circuit for a 3-phase stepping motor is designed according to the invention so that the Drive coils of the three phases each have a third diode permeable to the excitation current and one of the Choke coils to the output of the first constant current chopper located on one pole of the power source and via a fourth diode and one of the choke coils to the output of one on the other Poi of the current source lying constant current chopper can be switched on and each one of the for the Induction current permeable first diodes to the input side of the first and over one of the same first diodes are connected to the input side of the second constant current chopper.
lsi der Schrittmotor der Erfindung mit Feldspulen zu versehen, so kann dies so geschehen, daß entu eder jede von zwei Feldspulen zwischen eine der Drosselspulen und die zugehörigen Antriebsspulen in Serie geschaltet ist, oder daß zwei Feldspulen in Serie unmittelbar zwischen die Pole der Stromquelle an der Eingangsseite des oder der Konstantstrom-Zerhacker geschaltet sind.To provide the stepping motor of the invention with field coils, this can be done in such a way that entu eder each of two field coils is connected in series between one of the choke coils and the associated drive coils, or that two field coils in series are connected directly between the poles of the power source on the Input side of the constant current chopper or chopper are switched.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind; in diesen zeigtEmbodiments of the invention are explained below, which are illustrated in the drawings; in these shows
Fig. 1 eine erste Steuerschaltung für einen 4-phasigen Schrittmotor mit einem Konstantstrom-Zerhacker an einem Po; ler Stromquelle,Fig. 1 shows a first control circuit for a 4-phase Stepper motor with a constant current chopper on a bottom; ler power source,
F i g. 2 und 3 zwei weitere Steuerschaltungen ähnlich derjenigen der Fig. 1 mit Feldspulen für den Schrittmotor, die mit zerhacktem bzw. mit unzerhacktem Gleichstrom gespeist werden,F i g. 2 and 3 are two other control circuits similar that of Fig. 1 with field coils for the stepping motor, that are fed with chopped or un-chopped direct current,
F i g. 4 eine erste Steuerschaltung für einen 3-phasigen Schrittmotor mit je einem Konstantsirom-Zerhakker an den beiden Polen der Stromquelle undF i g. 4 a first control circuit for a 3-phase stepper motor, each with a Konstantsirom chopper at the two poles of the power source and
Fig. 5 eine Abwandlung der Steuerschaltung der F i g. 4.Fig. 5 shows a modification of the control circuit of F i g. 4th
Beim Au.,führungsbeispicl der Fig. 1 sind die Antriebsspulen eines Schrittmotors in vier Phasen unterteilt, die nacheinander erregt werden, wobei jedoch jeweils zwei beliebige Phasen entsprechende Antriebsspulen gleichzeitig erregt sind.In the example of FIG. 1, the drive coils of a stepper motor are in four phases divided, which are excited one after the other, but with any two phases corresponding Drive coils are energized at the same time.
Im einzelnen wird hier Strom aus einer Wechselslromquelle 100 über einen Stromstöße absorbierenden Kreis, der Zenerdioden 101 - 103 und Kondensatoren 110-115 umfaßt, einem aus Dioden 104 - !09 bestehenden Gleichrichter zugeführt. Zur Glättung sind Drosseln 116 und 117, ein Widerstand 118 und ein Kondensator 119 vorgesehen, sowie ein Widerstand 130 und eine Diode 131 als Freilaufkreis für die Drossel 117. Sämtliche vorerwähnten Teile bilden einen Abschnitt 1 für Gleichstromspcisung.In detail, current is made from an absorbent Wechselslromquelle 100 via a power surges circuit, the Zener diodes 101 here - comprising 103 and capacitors 110-115, one of diodes 104 - supplied 09 existing rectifier. For smoothing purposes, chokes 116 and 117, a resistor 118 and a capacitor 119 are provided, as well as a resistor 130 and a diode 131 as a free-wheeling circuit for the choke 117. All of the above-mentioned parts form a section 1 for direct current charging.
Ein allgemein mit 2 bezeichneter Abschnitt für Regelung auf konstanten Strom umfaßt eine Zerhackersteuerung 200 und einen aus Transistoren 201 und 202 Widerständen 203 und 205 und einem Kondensator 204 bestehenden Konstantstrom-Zerhacker mit einen-Widerstand 206, von dessen Spannungsabfall ein durch den Zerhacker geregelter Stromwert abgeleitet wird Der Abschnitt 2 enthält ferner einen Freilaufkreis au; einer Diode 207, einem Kondensator 208 und einen-Widerstand 209 für die Aufnahme von Stromstößen ir den Impulspausen des Zerhackers, um so die Glättunf des Erregerstroms in den Antriebsspulen zu begünsti gen.A section for constant current regulation, generally designated 2, comprises a chopper control 200 and a constant current chopper consisting of transistors 201 and 202, resistors 203 and 205 and a capacitor 204 with a resistor 206, from whose voltage drop a current value regulated by the chopper is derived Section 2 also contains a freewheeling circuit au; a diode 207, a capacitor 208 and a resistor 209 for the absorption of current surges in the pulse pauses of the chopper in order to favor the smoothing of the excitation current in the drive coils.
Mit 3 ist allgemein ein Abschnitt für Umschaltung der Antriebsspulen bezeichnet. Die Antriebsspulen 301 -304 sind einerseits zu zwei Gruppen 301, 302 und 303, 304 über je eine Drosselspule 305 bzw. 306 mit der Ausgangsseite des Konstantstrom-Zerhackers verbunden, der an dem einen Pol der Stromquelle liegt, uud andererseits einzeln über zweite Dioden 381-384 an den anderen Pol der Stromquelle anschaltbar sowie über erste Dioden 307-310 mit der Eingangsseite 116a des Konstantstrom-Zerhackers zwecks Rückführung des Induktionsstroms aus der jeweils ausgeschalteten Antriehsspule verbunden. Ein Umschaltkreis, der Transistoren 311-318, Widerstände 319-322 und 326-329 sowie Kondensatoren 323, 324, 325, 326 umfaßt, dient dem abwechselnden Ein- und Ausschalten der Antiicbsspulen mit Hilfe von Befehlssignalen, die von einer Basistreiberstufe 300 über Leitungen 3100 - 3102 abgegeben werden.3 with a section for switching the drive coils is generally designated. The drive coils 301-304 are connected on the one hand to two groups 301, 302 and 303, 304 each via a choke coil 305 or 306 with the output side of the constant current chopper, which is at one pole of the power source, and on the other hand individually via second diodes 381 -384 can be connected to the other pole of the power source and connected via first diodes 307-310 to the input side 1 16a of the constant current chopper for the purpose of returning the induction current from the drive coil that is switched off. A switching circuit comprising transistors 311-318, resistors 319-322 and 326-329 and capacitors 323, 324, 325, 326 is used to switch the anti-icbsspulen alternately on and off with the aid of command signals that are sent from a base driver stage 300 via lines 3100 - 3102 can be submitted.
Wenn zum Beispiel Transistor 313 leitend ist und daher ein Strom /„ durch die Antriebsspulc 303 fließt, und dann Transistor 311 leitend wird, fließt auch Strom durch die Antriebsspule 301. Dieser Zustand bleibt für eine halbe Periode bestehen. Wenn dann ein elektrischer Winkel von 180" nach dem Leitendwerden von Transistor 313 vergangen ist, wird Transistor 314 leitend, und der Strom /„ fließt jetzt durch die Antriebsspule 304. Beim Umschalten von der Antriebsspulc 303 auf die Antriebsspule 304 fließt ein Induktionsstiom aus der Antriebsspule 303 über Diode 309 zum Punkt 116a zwecks Wiederverwendung der Resienergic für den nächsten Einschaltvorgang. Dann wird eine halbe Periode nach dem Leitendwerden von Transistor 311 statt dessen Transistor 312 durchlässig und Restenergie aus der Antriebsspule 301 wird zum Punkt 116<i zurückgeführt, und so fort.If, for example, transistor 313 is conductive and therefore a current flows through the drive coil 303 , and then transistor 311 becomes conductive, current also flows through the drive coil 301. This state remains for half a period. When an electrical angle of 180 "has passed after transistor 313 became conductive, transistor 314 becomes conductive and the current /" now flows through drive coil 304. When switching from drive coil 303 to drive coil 304 , an induction stiom flows from the drive coil 303 via diode 309 to point 116a for the purpose of reusing the Resienergic for the next switch-on process. Half a period after transistor 311 becomes conductive, transistor 312 instead becomes conductive and residual energy from drive coil 301 is returned to point 1 16 <i , and so on .
Somit befinden sich zwei der Antriebsspulen, die zwei der vier Phasen entsprechen, jederzeit in erregtem Zustand, das heißt, es werden zum Beispiel die Antriebsspulen 301 und 303, 301 und 304, 302 und 304 und so fort nacheinander erregt, so daß ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird, das den Schrittmotor umlaufen läßt.Thus, two of the drive coils, which correspond to two of the four phases, are always in the excited state, that is, for example, the drive coils 301 and 303, 301 and 304, 302 and 304 and so on are excited one after the other, so that a rotating magnetic field is generated that rotates the stepper motor.
Das Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung gemäß Fig. 2 ist gegenüber demjenigen der Fig. 1 dahin abgewandelt, daß der Schrittmotor mit Feldspulen 330 und 331 versehen ist, die je in Reihe zwischen eine Drossel 305 bzw. 306 und zwei Antriebsspulen 301, 302 bzw. 303, 304 geschaltet sind. Dadurch ergibt sich, daß der pulsierende Gleichstrom ;„ auch durch die Feldspulen 330 und 331 fließt, die so zur Glättung desselben beitragen.The embodiment of the control circuit according to FIG. 2 is modified from that of FIG. 1 in that the stepping motor is provided with field coils 330 and 331 , which are each connected in series between a choke 305 or 306 and two drive coils 301, 302 or 303, 304 are switched. This means that the pulsating direct current also flows through the field coils 330 and 331 , which thus contribute to its smoothing.
Die abgewandelte Steuerschaltung gemäß F i g. 3 unterscheidet sich von derjenigen der F i g. 1 dadurch, daß Feldspulen 330' und 33Γ für den Schrittmotor und ein Widerstand 332 in Reihe zwischen dem positiven Pol, am Punkt 116;i, und dem negativen Pol der Stromquelle, also an der Ausgangsseitc des Abschnitts 1 liegen. Demnach fließt durch die Feldspulen 330' und 33Γ ein vom Strom /,, abweichender Gleichstrom, der durch die Größe des Widerstands 332 bestimmt ist.The modified control circuit according to FIG. 3 differs from that of FIG. 1 in that field coils 330 'and 33 Γ for the stepping motor and a resistor 332 are in series between the positive pole, at point 116; i, and the negative pole of the power source, i.e. on the output side of section 1. Accordingly, a direct current which differs from the current 1 and which is determined by the size of the resistor 332 flows through the field coils 330 ′ and 33Γ.
In der Steuerschaltung gemäß Fig.4, die einem 3-phasigen Schrittmotor zugeordnet ist, sind zwei Konstantstrom-Zerhacker im Anschluß an den positiven und den negativen Pol der Gleichstromquelle desIn the control circuit according to FIG Associated with 3-phase stepper motor, there are two constant current choppers following the positive one and the negative pole of the DC power source of the
ίο Abschnitts 1 vorgesehen. Die beiden Zerhacker sind ähnlich wie in Fi g. 1 aus je zwei Transistoren 201', 202' bzw. 211, 212 sowie zwei Widerständen 203', 205' bzw. 213, 215 und einem Kondensator 204' bzw. 214 gebildet. Ein Basisireiber 220 dient der Steuerung der Transistorcn der beiden Zerhacker auf konstanten Erregerstrom für die Antriebsspulen.ίο Section 1 provided. The two choppers are similar to those in FIG. 1 is formed from two transistors 201 ', 202' or 211, 212 as well as two resistors 203 ', 205' or 213, 215 and a capacitor 204 ' or 214 . A basic driver 220 is used to control the transistors of the two choppers to maintain a constant excitation current for the drive coils.
Außerdem sind die Konstantstrom-Zerhacker durch ihre Eingangs- und Ausgangsseiten über Kreuz verbindende Dioden 209' und 210' so überbrückt, daß Freilaufkreisc gebildet werden, die bei unterbrochenen Zerhackern Ausgleichsströme durchzulassen und so die Glätiungdes Erregerstroms zu verbessern vermögen.In addition, the constant current choppers are bridged by diodes 209 ' and 210' that cross-connect their input and output sides in such a way that free-wheeling circuits are formed which allow equalizing currents to pass through interrupted chopping and thus improve the smoothing of the excitation current.
Der Schrittmotor weist Antriebsspulen 332, 333, 334 und Feldspulen 330" und 331" auf. Die Antriebsspulen sind über dritte Dioden 371-373, Feldspule 330" und Drosselspule 305' bzw. über dritte Dioden 374-376. Feldspule 331" und Drosselspule 306' an die am positiven und negativen Pol liegenden Konstantstrom-Zerhacker an- und abschaltbar. Dieser Umschaltung der Antriebsspulen dient ein dreiphasiger Schaltkreis, der Transistoren 341-352, Widerstände 353-358 und 365 - 370 sowie Kondensatoren 359 - 364 umfaßt. Diese Transistoren sind mit Basistreibern 377 — 379 versehen, deren Impulsverteilung über Leitungen 3804-3809 durch eine Logikschaltung 380 so gesteuert ist, daß von den Antriebsspulen ein Drehfeld erzeugt wird.The stepping motor has drive coils 332, 333, 334 and field coils 330 " and 331" . The drive coils can be switched on and off via third diodes 371-373, field coil 330 " and choke coil 305 'or via third diodes 374-376. Field coil 331" and choke coil 306' to the constant current chopper on the positive and negative pole. This switching of the drive coil is a three-phase circuit, the transistors 341-352, resistors 353-358 and 365-370 and capacitors 359 - includes 364th These transistors are connected to base drives 377 - 379 is provided, the pulse distribution is controlled via lines 3804-3809 by a logic circuit 380 so that a rotary field is generated by the driving coils.
Die Antriebsspulen 332-334 sind ferner über erste Dioden 335-337 und 338-340, die für die Induktionsströme der jeweils ausgeschalteten Antriebsspule durchlässig sind, mit den Eingangsseiten der beiden Konstantstrom-Zerhacker verbunden, um eine Rückführung und Wiederverwendung der in den ausgeschalteten Antriebsspulen freiwerdenden Feldenergie /u erreichen.The drive coils 332-334 are also connected via first diodes 335-337 and 338-340 which are permeable for the induced currents of the respective switched-off drive coil with the input sides of the two constant current chopper to a recycling and reuse of the released in the off drive coils Reach field energy / u.
F.ine Abwandlung der vorstehenden Steuerschaltung für einen 3-phasigen Schrittmotor zeigt Fig. 5. Während in F i g. 4 die Eingangs- und Ausgangsseiten der beiden Konstantstrom-Zerhacker durch die Dioden 209' und 210' über Kreuz verbunden sind, sind in Fig. 5 die Ausgangsseilen der Zerhacker durch eine Diode 207". einen Kondensator 208" und einen Widerstand 209" in der dargestellten Weise überbrückt. Hierdurch ist wiederum ein Freilaufkreis für den pulsierenden Erregerstrom gebildet, wenn die Transistoren der Konstantstrom-Zerhacker undurchlässig werden.FIG. 5 shows a modification of the above control circuit for a 3-phase stepping motor. 4, the input and output sides of the two constant current chopper through the diodes 209 'and 210' are cross-connected are shown in Fig. 5, the output cables of the chopper through a diode 207 ". A capacitor 208 'and a resistor 209' in the This in turn forms a free-wheeling circuit for the pulsating excitation current when the transistors of the constant current chopper become impermeable .
Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings
Claims (5)
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