DE2152054A1 - Schaltung zur Steuerung der Erregerspule eines elektromagnetischen Geraetes - Google Patents

Description

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Floasr.iar. notraße 15 ' Telefon (03 11) 83 CS 03/8838M 71/8753

Fujitsu Limited Kawasaki-shi, Japan

Schaltung zur Steuerung der Erregerspule eines elektromagnetischen Gerätes

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Steuerung der Erregerspule eines elektromagnetischen Gerätes, wie eines Schrittmotors, eines Elektromagneten, eines elektromagnetischen Ventils oder dergleichen, die eine elektrische Spannungsquelle und eine an die elektrische Spannungsquelle angeschlossene Erregerspule enthalte

Im allgemeinen dreht sich der Rotor eines Schrittmotors schrittweise, wenn den Mehrphasen-Erregerspulen ein pulsförmiger Erregerstrom, d.h. ein Steuerpuls zugeführt wird. Wird der Steuerpuls mit niedriger Geschwindigkeit zugeführt, dann dreht sich der Rotor durch Wiederholung aufeinander folgender Schritt- und Stoppvorgänge. Als Folge hiervon wird eine äußere Last mit einer mechanischen Kraft beaufschlagt, wenn sich der Rotor

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im Schrittzustand befindet* So ist es.im Hinblick auf eine Verbesserung der Leistung bzw. des Wirkungsgrades erwünscht, daß der Erregerspule des Schrittmotors während der Schrittbewegung des Rotors ein hoher Erregerstrom und während des Halts des Eotors ein niedriger Erregerstrom zugeführt wird. Um dies zu erreichen, ist durch die deutsche Patentanmeldung P 21 13 889.6 bereits vorgeschlagen worden, einen Erregerstrom mit schneller Anstiegszeit vorzusehen und eine Schaltung mit geringem Widerstand mit einer relativ hohen Spannung zu beaufschlagen, und wenn der Erregerstrom den vorgegebenen Wert erreicht, diesen zu unterbrechen. Der Mittelwert wird während der Wiederholung dieses Vorganges auf einem vorgegebenen Betrag gehalten. Im allgemeinen wird die Antriebsleistung des elektrischen Schrittmotors durch Zufuhr eines Stroms mit großer Stromstärke zu Beginn der Steuerung verbessert. Wenn jedoch die Folgefrequenz des hohen Spannungspulses groß wird, entsteht zufolge der Eigenschwingung des Gerätes ein Eesonanzzustand.

Bei bekannten elektrischen Schrittmotoren wird auf der Achse ein mechanisches Dämpfungsglied vorgesehen, um eine Pendelbewegung zu vermeiden. Dies ist im Hinblick auf die Anlaufcharakteristik und die Empfindlichkeit nachteilig.

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Außerdem ist "bei bekannten Schaltungen zum Steuern eines elektrischen Schrittmotors als Funkenlöschschaltung eine parallel zur Erregerspule liegende Reihenschaltung vorgesehen, die aus einem Kondensator und einem Widerstand oder aus einer Diode und einem Kondensator "besteht. J¹Ur den gleichen Zweck wird üblicherweise auch eine Schaltung mit einer Diode und einer -Festhaltequelle benutzt. Die erwähnten Schaltungen wirken sich aber ebenfalls nachteilig auf den Start und die Empfindlichkeit des Schrittmotors aus, da sie eine große Zeitkonstante erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, bei der diese Nachteile nicht vorhanden sind. Es soll eine Steuerschaltung geschaffen werden, die einen großen Zerhackerstrom mit schneller Anstiegszeit zu Beginn der Steuerung liefert, und bei der danach der Wert des Zerhackerstromes bis zu einem vorgegebenen Mittelwert verringert wird.

Durch die Erfindung soll ferner eine Steuerschaltung geschaffen werden, die den Zerhackerstrom erfaßt und durch eine Rückkopplung den Wert des Zerhacker-Erregerstromes so steuert, daß der Hittelwert des Zerhackerstroms selbst dann nicht abfällt, wenn die Periode des Zerhacker-Erregerstroms den vorgegebenen

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Wert überschreitet.

Außerdem soll durch, diese Erfindung eine Steuerschaltung geschaffen werden, die eine Strommeßschaltung mit nicht-linearen Eigenschaften besitzt, so daß der erfaßte Wert des Zerhackerstromes nur im Anfangsstadium der Erregung reduziert wird. Außerdem soll eine Steuerschaltung geschaffen werden, die eine vereinfachte Schaltung zur Durchführung der i'unkenlöschung besitzt, und die eine Pendelung verhindert. Schließlich soll eine Steuerschaltung geschaffen werden, in der eine Integrationsschaltung vorgesehen ist, welche aus einem Kondensator, einem Widerstand und einer Diode besteht, die jeweils parallel zu den Erregerspulen des elektrischen Schrittmotors angeordnet ist .

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung vorgesehen ist, die die Spannung der elektrischen Spannungsquelle während der Zeit zerhackt, während der der Steuerschaltung ein Erregersteuersignal zugeführt wird, und die die Erregerspule mit Stromimpulsen beliefert, wobei die Länge des ersten Stromimpulses, der während der Anstiegszeit des Erregersteuersignals auftritt, größer als die der folgenden Stromimpulse zu wählen ist.

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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von !ig. näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der !Punktion des elektrischen Schrittmotors

Fig. 2A und 2B ein Blockdiagramm und eine Darstellung der Wellenform einer Ausführungsform einer Schaltung zum Steuern eines elektrischen Schrittmotors gemäß dieser Erfindung Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm der erfindungsgemäßen Steuerschaltung für eine Phase

Pig. 4 ein Diagramm, das die Wellenform der Schaltung nach Fig. 3 darstellt

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Steuerschaltung

Fig. 6 die Schaltung der Steuerschaltung nach Fig. 5 im Detail Fig. 7 ein Diagramm, das die Wellenform der Schaltung nach Fig. 6 darstellt

Fig. 8 eine Charakteristik, die die Beziehung zwischen der Folgefrequenz und dem Erregerstrom einer konventionellen Schaltung darstellt

Fig. 9 eine Charakteristik, die die Beziehung zwischen der Folgefrequenz und dem Erregerstrom der erfindungsgemäßen Schaltung darstellt

Fig. 10 ein Schaltungsdiagramm einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung

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J"ig. 11 ein Schaltungsdiagramm einer benutzten erfindungsgemäßen Schaltung

Fig. 12 Wellenformen zur Erläuterung der Funktion der Schaltung nach Pig. 11

Pig. 13 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung, das eine Schaltung zum Verhindern einer Pendelbewegung und eine Funken-

P löschschaltung darstellt

Figo 14 Wellenformen zur Erläuterung des Blockdiagramms der Fig. 13

Fig. 15 eine Schaltung für eine Phase entsprechend Fig. 13 Fig. 16 eine Charakteristik, die die Beziehung zwischen der Folgefrequenz des Impulses und dem Drehmoment einer konventionellen Schaltung erkennen läßt

Fig. 17 eine Charakteristik, die die Beziehung zwischen der Folgefrequenz des Impulses und dem Drehmoment der erfindungs-

t gemäßen Schaltung darstellt

Fig. 18 und 19 Blockdiagramme einer weiteren Ausführungsform entsprechend Fig. 11.

Fig. 1 zeigt zur Erläuterung dieser Erfindung ein Beispiel der Wellenformen eines elektrischen Schrittmotors für eine Phase. Wenn der Rotor abwechselnd den Schritt und den Halt wiederholt, wie.es in Kurve (a) der Fig. 1 dargestellt ist, wird der Erregerspule wiederholt jeweils während des Schritts

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ein Impuls E einer geeigneten Impulsbreite zugeführt und während des Halts ein Impuls einer kleineren Impulsbreite, wie dies durch die Kurve (b) in i'ig. 1 dargestellt ist. Demgemäß ist die mittlere Spannung E der Impulse während des Schritts groß und während des Halts klein, wie dies die Kurve (c) der Jfig. 1 erkennen läßt. Wie Kurve (d) der Fig. 1 zeigt, ist auch während des Schrittzustandes der Erregerstrom I groß, und er ist während des Haltzustandes klein. Die Wirkung ist somit äquivalent zur Erregung der Spule mittels zweier elektrischer Spannungsquellen, d.h. einer Spannungsquelle hoher Spannung und einer Spannungsquelle niedriger Spannung, und es wird hierdurch der Wirkungsgrad der Erregung beträchtlich verbessert. Außerdem ist der Erregerstrom nur durch ein Schaltelement pro Erregerspule schaltbar, so daß der Aufbau der Schaltung sehr einfach wird und die Kosten niedrig werden.

Fig. 2A stellt ein Ausführungsbeispiel einer Antriebsschaltung für einen 5-Phasen-Schrittmotor (EPIi) 1 dar. Die Erregerspulen (GA-GJi)2-6 jeder Phase sind entsprechend mit den Antriebsschaltungen (DjtiA-DEE) 7-11 verbunden, die als Schaltelemente betätigt werden. Mt den Erregerspulen (CA-CE) sind.!. . entsprechend Funkenlöschschaltungen (SKA-SKE) 12-16 verbunden.

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Außerdem sind die Erregerspulen 2-6 an eine Spannungsquelle V-n angeschlossen. In der Schaltung nach Fig. 2A wird der in Pig. 2B dargestellte Steuerimpuls GP einer Klemme (CW)17 für positive Pulse bzw. einer Klemme (CCW)18 für negative Impulse der alternierenden 2-Phasen-3-Phasen-Erregersteuerschaltung (ESO)19 zugeführt. Die Erregersteuerschaltung 19 verteilt dann, wie in Fig. 2B dargestellt, die Steuersignale der Ausgangsklemmen (a - e) so, daß in der vorgegebenen Phasenfolge alternierend die 2-Phasen- und die 3-Phasen-Erregung wiederholt wird. Das Tastverhältnis der Ausgangssignale der Ausgangsklemmen (a - e) ist 50%. Wenn z.B. "bei der Schaltung nach Pig. 2A das Ausgangssignal in der Ausgangsklemme a dem Antriebsschalter 7 zugeführt wird, gelangt das Signal über einen Verstärker 20 an eine Torschaltung 21 und betätigt über einen Verstärker 22 einen Schaltkreis 23. Es fließt dann Strom von der elektrischen Spannungsquelle >Vn zur Erregerspule 2. Der Stromfluß in der Erregerspule 2 wird durch eine Strommeßschaltung 24- erfaßt, und der erfaßte Strom einer Integrierschaltung 25 zugeführt. Der Ausgang der Integrierschaltung steuert die Torschaltung 21. Wenn somit der durch die Strommeßschaltung 24· erfaßte Strom einen vorgegebenen Wert erreicht, wird der Stromfluß in der Spu!J.e 2 durch den Schaltkreis 23 unterbrochen. Bei Wiederholung dieses Vorgangs fließt in der Spule 2 ein vorgegebener mittlerer Strom.

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Im vorliegenden Pall wird der durch die Strommeßschaltung 24· erfaßte Strom in der Integrierschaltung integriert. Erreicht somit der Erregerstrom im 1. Zeitabschnitt der Erregung einen vorgegebenen Wert, dann wird der Erregerstrom nicht durch den Stromschalter unterbrochen. Der Erregerstrom steigt weiter, abhängig von der Zeitkonstante der Integrierschaltung exponentiell an. Wenn der integrierte Wert des Erregerstromes einen vorgegebenen Betrag erreicht, wird der Erregerstrom durch den Schaltkreis 23 unterbrochen und danach zerhackt, so daß der Strom auf einem vorgegebenen mittleren Wert gehalten wird.

J¹Ig. 3 zeigt eine Antriebsschaltung einer Ausführungsform der Fig. 2A. Bei der Schaltung nach i*ig. 3 ist die Eingangskiemme 26 mit einer Serienschaltung aus Widerständen 27 und 28 verbunden. Die Verbindungsstelle der Widerstände 27 und 28 ist mit der Basis eines iDransistors 29 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Der Kollektor des !transistors 29 ist über einen Widerstand 30 an den positiven Pol einer Spannungsquelle V-g angeschlossen. Der Kollektor des iDransistors 29 ist außerdem über eine Diode 31 mit der Basis eines !Transistors 33 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Die Basis des Transistors 33 liegt über einen Widerstand 32 an Erde. Der Kollektor des

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Transistors 33 Ist über einen Widerstand 34 an den positiven Pol der Spannungsquelle Vg 'angeschlossen und außerdem über einen Widerstand 35 an die Basis eines Transistors 36, dessen Emitter mit der Basis eines Transistors 38 verbunden ist und feraer über einen Widerstand 37 an Erde, liegt. Die Kollektoren der Transistoren 36 und 38 sind mit.der Erregerspule 2 und der Spannungsquelle Vg verbunden. Der Emitter des Transistors 38 ist mit einem Widerstand 39 verbunden, dessen anderer Anschluß geerdet ist_o Die Verbindungsstelle zwischen dem Emitter des Transistors 38 und dem Widerstand 39 ist über einen Widerstand 40 mit einem Kondensator 41 verbunden, dessen anderer Anschluß an Erde liegt. Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 41 und dem Widerstand 40 ist über eine Diode an die Basis des Transistors 33 geschaltet.

Wenn das durch Kurve (a) der Fig. 4 dargestellte Erregersignal der Basis des Transistors 29 zugeführt wird, wird der Transistor 29 leitend und das Potential des Kollektors des.Transistors 29 sinkt ab, so daß der Transistor 33 in den nichtleitenden Zustand gelangt. Demzufolge werden die Transistoren. 36 und 38 leitend und es fließt ein Erregerstrom aus der Spannungsquelle Vg zur Erregerspule 2. Dieser Erregerstrom wird im Widerstand 39 als Spannungsfall erfaßt, und der er-'

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faßte Wert durch den Kondensator 41 integriert. Da die Ladespannung im Kondensator 4-1 zu Beginn der Erregung UuIl ist, lädt die an Widerstand 39 abfallende Spannung den Kondensator 4-1 über den Widerstand 4-0 auf. "Erreicht die Kondensat or spannung einen vorgegebenen Wert, dann \ri.rd der !Transistor 33 leitend, und somit werden die Transistoren 36 und 38 nichtleitend. Die Zeitkonstante der Entladung des Kondensators 4-1 ist verhältnismäßig groß gewählt. Als Folge hiervon wird, wenn der Erregerstrom erneut fließt, der durch den Widerstand 39 erfaßte Wert unmittelbar der Basis des Transistors 33 zugeführt, da in diesem !'all der Anfangswert der Spannung an dem Kondensator 41 nicht Null ist. Der Erregerstrom wird dann unterbrochen, um den erfaßten Wert auf den vorgegebenen Betrag zu bringen.

Wenn, wie oben erwähnt, das in Kurve (a) der Fig. 4- dargestellte Erregersignal der Basis des Transistors 29 zugeführt wird, fließt in der Erregerspule der in der Kurve (c) der Fig. 4-dargestellte Erregerstrom. Im Anfangsstadium der Erregung fließt ein Erregerstrom großer Stromstärke, und dieser sinkt allmählich auf den Erregerstrom des vorgegebenen mittleren Betrags ab. Kurve (b) der Fig.. 4- stellt die Potentialänderung zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 38 dar. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die Integrationsschaltun^· dazu benutzt, um der Strommeß schaltung eine nicht-

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BADORtGlNAL

lineare Charakteristik zu geben. Es können für diesen Zweck aber auch andere Typen von nicht-linearen Elementen verwendet werden« Z.B. kann ein Varistor oder ein Thermistor anstelle des Widerstandes 39 oder in Parallelschaltung zu dem Widerstand 39 verwendet werden. ■

In I?ig. 5 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der in S¹Ig. 2A gezeigten Antriebs schaltung dargestellt. Bei der Schaltung nach Fig. 5 wird das Erregersignal über einen Verstärker 4-3 einer Meßstromsteuerschaltung (IDC) 44 zugeführt. Der Ausgang der Meßstromsteuer schaltung 44- und der Ausgang einer Strommeß schaltung (IDT) 4-9 sind in einer Verbundschaltung (GOM) 4-5 vereinigt, und der Ausgang der Verbundschaltung 4-5 steuert eine Torschaltung 4-6. Der Ausgang der Torschaltung 4-6 steuert über einen Verstärker 4-7 den Schaltkreis 48,· d.h. den Erregerstrom, der durch die Erregerspule 2 fließt. Der Erregerfc strom wird in der Strommeß schaltung (IDT) 4-9 erfaßt und der Ausgang der Schaltung 4-9, wie oben erwähnt, der Verbundschaltung 45 zugeführt.

Fig. 6 zeigt ein Schaltungsdiagramm der in S¹Ig. 5 dargestellten Ausführungsform.. Die Schaltung nach 3fig. 6 unterscheidet sich von der nach IPig. 4 wie folgt. Die Meßstromsteuerschaltung und die Verbundschaltung 45 sind zwischen den Kollektor des

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Transistors 29 und die Basis des Transistors 33 geschaltet. Die Meßströmsteuerschaltung besteht nämlich aus einer Reihenschaltung, die einen Kondensator 50 und einen Widerstand 51 enthält, sowie einer weiteren Reihenschaltung, die eine Diode 52 und einen Widerstand 53 enthält. Ein Anschluß der Meßstromsteuerschaltung ist mit dem Kollektor des Transistors und der andere über eine Diode 54·, die als Verbundschaltung dient, mit der Basis des Transistors 33 verbunden. Die Verbindungsstelle zwischen dem Emitter des Transistors 38 und dem Widerstand 39 ist über einen Widerstand ^ und eine Diode 56 mit der Verbindungsstelle der Meßstromsteuerschaltung und der Diode 54- verbunden. Wenn der Erregerstrom über den Transistor 38 durch die Erregerspule 2 fließt, wird die am Widerstand 39 abfallende Spannung über den Widerstand 55 und die Dioden 56 und 54- slel die Basis des Transistors 33 gelegt. Erreicht der Erregerstrom den vorgegebenen Wert, dann wird der Transistor 33 leitend*, und die Transistoren 36 und 38 werden nicht-leitend, wodurch der Erregerstrom unterbrochen wird. Als Folge hiervon nimmt der Spannungsfall am Widerstand 39 ab, und der Transistor 33 gelangt erneut in den nicht-leitenden Zustand, und damit beginnt der Erregerstrom wieder zu fließen. Wie erwähnt, fließt der zerhackte Erregerstrom durch die Erregerspule 2.

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Im Anfangs stadium wird der Kondensator 50 über die Widerstände 50,51 und 52 und über die Diode 54- durch die Spannungsquelle V-g aufgeladen. Wenn der Eingangsklemme 26 das durch die Kurve (a) der Pig. 7 dargestellte Erregersignal zugeführt wird unider Transistor 29 leitend wird, fällt das Potential der Basis des Transistors 55 entsprechend dem Potential des Kondensators 50 H ab, der Transistor 53 wird nicht-leitend, die Transistoren 36 und 38 werden leitend, und es fließt durch die Erregerspule 2 der Erregerstrom. Demgemäß steigt die Spannung am Widerstand 39 an. Der Erregerstrom nimmt jedoch weiter zu, bis die Ladespannung des Kondensators 50 auf den vorgegebenen Wert abgesunken ist. Wenn sich der Kondensator über den Transistor 29, die Widerstände 51» 39 und ^ sowie die Diode 56 entlädt, erreicht der Spannungsfall am Widerstand E^ einen Wert, der den Transistor 33 leitend macht, und der Erregerstrom wird unterbrochen. Danach wird, wie durch Kurve (c) der Pig. 7 dargestellt, der Erregerstrom jedesmal dann unterbrochen, wenn er den vorgegebenen Wert erreicht hat, und somit wird der vorgegebene Mittelwert aufrechterhalten. In der Kurve (c) der Pig. bedeutet Tc die Periode des Zerhackervorgangs im normalen Zustand und Tb die Periode des Zerhackervorgangs im Anfangsstadium des Erregersignals. Wie in Kurve (c) der Pig. 7 dargestellt, fließt im Anfangsstadium der Erregung ein großer

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Strom mit einer kurzen Anstiegszeit, und danach fällt der Erregerstrom auf einen Mittelwert eines vorgegebenen Betrags ab. Kurve (b) der S¹Ig. 7 zeigt die Potentialanderung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 38«, Bei der Schaltung nach Fig. 6 sind die Diode 52 und der Widerstand 53 vorgesehen, um die Spannung am Kondensator 50 festzuhalten. Die erwähnte Wirkung tritt nicht ein, wenn diese Elemente weggelassen werden.

Wenn die JTo Ige frequenz des Erregersignals ansteigt, steigt auch, wie in i'ig. 9 dargestellt, der Mittelwert des Erregerstroms an, da der Erregerstrom im ersten Zeitabschnitt der Erregung groß ist, und die Periode,während der der Erregerstrom einen kleinen Mittelwert besitzt, abnimmt. Bei bekannten Schaltungen hat der Mittelwert des Erregerstromes die Tendenz, wie in Ifig. 8 dargestellt, in Abhängigkeit von der IPolgefrequenz abzunehmen.

In üfig. Ί0 sind zusätzlich zu den Schaltungselement en der i'ig. 6 ein Wandler (I¹V) 57 vorgesehen, der die ü'olgefrequenz des Erregersignals in eine entsprechende Spannung umwandelt, ferner eine Steuerschaltung (VE) 58? <üe die Meßspannung des Widerstandes 39 steuert. Der Wandler 57 kann entweder als

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digitaler Analogumwandler oder als Integrationsschaltung unter Verwendung eines Kondensators ausgebildet sein. Die Steuerschaltung 58 "bestellt z.B. aus einer Schaltung, die unter Verwendung eines Transistors etc. einen variablen Widerstand steuert. Wenn die Frequenz des Erregersignals ansteigt, wandelt der Wandler 57 die Frequenz in eine Spannung um, die umgekehrt proportional zur Frequenz verläuft. Diese Spannung wird der

" Steuerschaltung 58 zugeführt, und es wird damit die der Basis des Transistors 33 von dem Widerstand 39 zugeführte Spannung gesteuert. Als Folge hiervon fließt der Erregerstrom weiter, bis der Strom einen Wert erreicht, der den vorgegebenen Betrag überschreitet, und dann nimmt der Mittelwert des Stromes zu. Wenn die Frequenz des Erregersignals weiter ansteigt, wird der Erregerstrom nicht länger zerhackt. Falls ferner die Frequenz des Erregerstromes bekannt ist, kann^eSurch die Strommeßschaltung erfaßte Wert unter Verwendung der in Fig. 10 dargestellten Schaltung gesteuert werden.

Fig. 11 zeigt die in dem elektrischen Schrittmotor tatsächlich verwendete Antriebsschaltung. Bei dieser Schaltung ist ein veränderbarer Widerstand 59 _} der einen Widerstandswert zwischen 0,28 Ohm und 0,38 Ohm besitzt, mit dem Emitter des Transistors 38 und mit Erde verbunden. Die Verbindungsstelle zwischen dem

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Emitter des Transistors 38 und dem Widerstand 39 ist über einen Widerstand 62 und eine Diode 63 mit einem Kondensator 60 verbunden, dessen anderer Anschluß geerdet ist. Zwischen die Verbindungsstelle der Kollektoren der Transistoren 36 und 38 und die Verbindungsstelle zwischen der Diode 63 und dem Widerstand 62 ist ein Kondensator 61 geschaltet. Parallel zum Widerstand 62 liegt eine Diode 65· Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 60 und der Diode 63 ist über einen Widerstand 64 mit der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 5Λ und der Diode 54- verbunden.

Wenn an die in Pig. 11 dargestellte Schaltung die Spannungsquelle V-g- angeschaltet wird, werden die Kondensatoren 50, 60 und 61 gleichzeitig aufgeladen, und der Transistor 33 wird leitend. Dann wird, wenn das Eingangssignal der Eingangsklemme 26 zugeführt wird, der Transistor 29 leitend, der Transistor 31 wird nicht-leitend und die Transistoren 36 und 38 werden leitend. Jetzt beginnen sich gleichzeitig die Kondensatoren 50, 60 und 61 zu entladen, es fließt durch die Erregerspule 2 ein Erregerstrom, und das elektrische Potential an der Stelle E nimmt exponentiell zu. Nach Beendigung der Entladung in dem Kreis des Kondensators 61 des Transistors und des Widerstandes 62 wird die Diode 63 durch Potentialanstig an der Stelle E leitend, und damit werden die Kondensatoren 50 und 60 aufgeladen. Nachdem die Diode 63

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leitend geworden ist, wird der Transistor 33 leitend, und die Transistoren 36 "und 38 gelangen in den nicht-leitenden Zustand. Damit ist der erste Vorgang zum Unterbrechen des Erregerstromes beendet. Danach wird der Kondensator 60 über den Kondensator 61 und die Diode 63 durch den Spannungsstoß, der beim Unterbrechen des Transistors 38 auftritt, aufgeladen. Der aufgeladene Kondensator wird mit der Zeitkonstante des Widerstandes 64- und des Kondensators 60 entladen. Ist die Entladung beendet, dann wird der Transistor 33 nichtleitend, und es werden die Transistoren 36 und 38 leitend. Als Folge hiervon beginnt der Erregerstrom erneut durch die Erregerspule 2 zu fließen,- und der Kondensator 61 beginnt sich erneut zu entladen. Nachdem der Kondensator 61 völlig entladen ist, nimmt die Spannung am Widerstand 59 zu, macht die Dioden 63 und 54 leitend, der Transistor 33 wird leitend, und die Transistoren 36 und 38 werden nicht-leitend. Damit ist der zweite Vorgang zum Unterbrechen des Erregerstromes beendet. Danach wird dieser Vorgang kontinuierlich wiederholt, während das durch die Kurve (a) der Fig. 12 dargestellte Eingangssignal der Eingangsklemme 26 zugeführt wird. Der durch die Erregerspule fließende Erregerstrom hat die durch die Kurve (d) der Fig. 12 dargestellte Wellenform. Die Kurve (b) der Fig» 12 zeigt die Wellenform der Spannung

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zwischen dem Kollektor des Transistors 38 uncL Erde und die Kurve (c) der J¹Ig. 12 die Wellenform der Spannung an dem Kondensator 60.

Es wird nun die Funkenlöschschaltung erläutert. Bei der Schaltung nach Fig. 13 sind die Funkenlöschschaltungen jeweils parallel zu den Erregerspulen 2-5 äes elektrischen Schrittmotors 1 geschaltet. Die Schaltungen bestehen aus Moden 65 - 69 und Parallelschaltungen, die mit den Dioden verbunden sind und aus Widerständen 75 - 79 und- Kondensatoren 70 - 74-bestehen. Wenn die Funkenlöschschaltung nicht mit der entsprechenden Erregerspule verbunden ist, tritt in Verbindung mit dem aus den Antriebsschaltungen 7 - 11 fließenden Erregerstrom zufolge der gegenelektromotorischen Kraft die durch die Kurven (a) und (c) der Fig. 14 dargestellte Spannung auf. In dieser Fig. bedeuten T_fi die Breite der Funkenspannung, T-Q die Periode des Erreger stromes, T-j- die Periode der Schwingung, V^ die Funkenspannung und Vt den sich ändernden Teil der Funkenspannung. Es ist ersichtlich, daß die Änderung der Funkenspannung ansteigt, wenn die Belastung abnimmt, und die Änderung der Funkenspannung abfällt, wenn die Belastung ansteigt. Wenn an die Erregerspulen 2-6 die Funkenlöschschaltung angeschlossen ist, nimmt die Funkenspannung,

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wie in den Kurven (b) und (d) der Fig. 14 dargestellt, ab. Die Zeitkonstante T.der Integrationsschaltung, die sich aus dem Widerstand und dem Kondensator der Funkenlöschschaltung zusammensetzt, wird wie folgt ausgewählt:

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Damit wird eine Veränderung zufolge der Eigenschwingung absorbiert und eine Pendelbewegung bei geringer Veränderung der Last vermieden.

Bei dem Beispiel nach Fig. 15 besteht die Erregerspule 2 für eine Phase aus einer Induktivität L und einem Widerstand r und die parallel zur Erregerspule 2 angeordnete Funkenlöschschaltung aus einer Diode 65 und einem Widerstand 71 sowie einem Kondensator 70. «."Die Spannungsquelle V-g wird über einen Schaltkreis, bestehend raus- einem Transistor 80 an die Parallelschaltung aus der Erregerspule 2 und der Funkenlöschschaltung angelegt. Die während der Unterbrechung des Erregerstromes erzeugte Funkenspannung bzw. Spannungsspitze .wird über die Diode 65 der Integrationsschaltung zugeführt und durch den Kondensator 70 absorbiert, wodurch die Funkenspannung ab- . fällt. Da die Integratiendschaltung eine Zeitkonstante .T _:

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"besitztj die größer &1& die Periode der Mgenschwing&ng Φ_ istj wird darch die Integrations schaltung, eine plötzliche .änderung; znfolge der Eigenschwingung absorbiert« Bi e Integrationsschalt-Eaig arbeitet somit als Mffipftaägsglied für den elektrischen Schrittmotor* MlIt der Wert der Ms tmter des ¥"ert der ©paniitiiig ¥ des EoBdeasators TO ' daßn wird die Bi ode 65 in Sperrie&ttffig vörgespartttt,, tmd dastit die lEttegrationsscMaittmg uran der Erregerspiile al>getreBüat« hiervoEL wird die Äfcfailzeit&oiistaBte 3?i, &«!u

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ztt Äull· Damit fällt der Erregerstroia rasoL· ab* Damit ■beeinträchtigt die beschriebene Jhinkenlöschschaltting nicht die Empfindlichkeit der Erregerspule« Es ist wegen möglicher Zerst03?ung des Iransistors 80 erforderlich_f die SHirLfcenspaimungs-« spitze zu verringern, und damit ist die J^nkenlöschschalttoigö erforderlich* Würde lediglich eine übliche IPunkenlÖschschaltung verwendet werden, so hätte dies den liachteil, daß die Abfailöharakteristik des Erregerstromes beeinträchtigt werden wurde. Wenn die Funüehlaschschaltung Widerstände oder Kondensatoren enthält$ und wenn sie eine größe Zeitkonstante bei der Abfallzeit des Eriegerstromes besitzt j wird die Empfindlichkeit des Stromes beeinträchtigt. Bei der vorliegenden Anmeldung wird

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eine soJLche Beeinträchtigung durch die jedoch vermieden, da in Reihe zur Integrationsschaltung Dioden verwendet

fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen der· Folgefrecjuenz der Impulse (1QOQ Imp/s) und dem Drehmoment (kg « em) einer konventionellen Steuerschaltung für den elektrischen Schritte motor. Wie aus der fig. ersichtlich, erseheinen in der Kurve große Talstellen, und diese Stellen sind eine Steige der ligenscnwingung des elektrischen Sanrittmotors, Bei der er-. findungsgemäßen Schaltung ist_t wie aus SIg. 17 ersichtlich_t die Veränderung des Drehmomentes nicht so groß.

Die Pig. 18 und 19 zeigen ein weiteres Beispiel der löschschaltung. Bei der Schaltung nach 3?ig. 18 wird ein gell meinsamer Integrationskreis, "bestehend aus einem Kondensator¹ 86 und einem Widerstand 87»für die Erregerspulen S -* 6 "he<nutzt, und der Integratiqnskreis ist mit Dioden 81 -? 85 ver-r bunden* In Fig* 19 wird eine elektrische Spannungsguelle (V_s) 88 in der Funkenloschschaltung verwendet. Diese Spannungs-* quelle 88 ist zur Kompensation der Spannung V vpr-gesehen, die am Kondensator Q auftritt, wenn die Spannung z.u niedrig ■ ist, '

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Claims (5)

1. Jfc

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   Patentansprüche

   (1./Schaltung zur Steuerung der Erregerspule eines elektromagnetischen Gerätes, wie eines Schrittmotors, eines Elektromagneten, eines elektromagnetischen Ventils oder dergleichen, die eine elektrische Spannungsquelle und eine an die elektrische Spannungsquelle angeschlossene Erregerspule enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung vorgesehen ist, die die Spannung der elektrischen Spannungsquelle während der Zeit zerhackt, während der der ■ Steuerschaltung ein Erreger-Steuersignal zugeführt wird, und die die Erregerspule mit· Stromimpulsen beliefert, wobei die Länge des ersten Stromimpulses,der während der Anstiegszeit des Erreger-Steuersignals auftritt, größer als die der folgenden Stromimpulse zu wählen ist.' -
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1', d a d. u r c h g e k e η η ζ e i chn e t, daß die Steuerschaltung einen mit der Erregerspule verbundenen Schaltkreis enthält, ferner eine mit dem Schaltkreis verbundene Strommeßschaltung,und daß die Strommeßschaltung eine nicht-lineare Charakteristik be- . sitzt, so daß die durch die Strommeßschaltung erfaßten Werte

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   des Stromes nur im Anfangs stadium der Erregung niedrig sind, und daß der Schaltkreis durch die durch die Strommeßschaltung erfaßten Werte geschaltet wird.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung einen mit der Erregerspule verbundenen Schaltkreis enthält, ferner eine mit dem Schaltkreis verbundene Strommeßschaltung, eine Meßstromsteuerschaltung, die die erfaßten Verte in Übereinstimmung mit dem Anfangsstadium des Erreger-Steuersignals steuern, und daß der Schaltkreis durch die in der Strommeßschaltung erfaßten Werte geschaltet wird.
4. 4-. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung außerdem einen k Wandler zum Umwandeln der !Frequenz des Erreger-Steuersignals

   in eine zur Frequenz umgekehrt proportionale Spannung und ferner eine Steuerschaltung enthält, die die durch die Strommeßschaltung erfaßten Werte unter Benutzung der Ausgangsgröße des Wandlers steuert, wodurch der Mittelwert des Erregerstromes gesteuert wird.

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5. 5. Schaltung nach Anspruch. 1 , dadurch g e k e η η ζ e i σ h η e t , daß sie eine Funkenlöschschalt-ung enthält, die aus einer Integrierschaltung aufgebaut ist, welche einen Widerstand und einen Kondensator und eine in Eeihe mit der Integrierschaltung geschaltete Diode enthält, und daß die lunkenlöschschaltung pamLlel zur Erregerspule angeordnet ist*