194453. lajstromszámú szabadalom • Léptetőmotor meghajtó áramköri elrendezés
1 194.453 2 A találmány tárgya léptetőniotort meghajtó áranv kórt elrendezés, amely áramköri elrendezésben lépés- Iránymeghatározó kapcsolók és tápgenerátor van, továbbá a lépésiránymeghatározó kapcsolók egyik bemenetéire csatlakozik, m(g az áramgenerátor kimenete a lépésirányineghatározó kapcsolók tápbemenetére vagy a léptetőmotor gerjesztő tekercseinek másik bemenetelre van kötve. Mint ismeretes, léptetőmotorok alkalmazásánál digitális vezérlés esetén egyszerű módon alakíthatók ki a pozicionáló rendszerek. A léptetőmotorok elvéből következően a helyzetérzékelés egyszerű számlálással végezhető, azaz nincs szükség visszacsatolásra, mint az analóg szervórendszerekben. A léptetőmotoros pozicionálás nyílt hurokban történhet. Ez lényegesen leegyszerűsíti a vezérlő elektronikát. Az egyszerű vezérlés mellett is lehet hatékony hajtást létrehozni. A hatékonyságot az elérhető nyomaték és sebesség, valamint a felhasznált teljesítmény viszonya szabja meg. A nyomaték növelése több tekercs egyidejű gerjesztésével érhető el. A tekercseket sorosan vagy párhuzamosan köthetjük. A sebesség a gerjesztéstől függ. A nagyobb sebességhez nagyobb gerjesztőáramra van szükség. Ehhez nagyáramú vagy nagyfeszültségű generátort kell alkalmazni. A gyakorlatban elterjedt léptetőmotoros meghajtó áramkörök általában szabványos TTL színtű digitális vezérlőimpulzusokat fogadnak és ezeket alakít-Íák át megfelelő kapcsolási szekvenciává a motorterercsek számára. A tekercsekre egy teljesítményerősítő kapcsolja a szükséges áramot. Ismeretesek unipoláris és bipoláris hajtások. Unipoláris hajtás esetén a motortekercseknek minden lépésfázisban csak az egyik fele gerjesztett, míg a másik fele gerjesztetlen marad. A bipoláris hatás egyidejűleg működteti az összes tekercset és így növeli a hatékonyságot. Kb. 30%-os kimenő teljesítmény növekedés érhető el bipoláris hajtás esetén az unipoláris hajtáshoz képest, ha a bemenő teljesítmények azonosak. Mind az unipoláris, mind a bipoláris hajtás lehet feszültséggenerátoros, R/L áramgenerátoros és chopper hajtás. Feszültséggenerá toros hajtás a legegyszerűbb típus. A kapcsolási szekvenciának megfelelő sorrendben a tekercsekre a motor névleges feszültségével azonos nagyságú feszültséget kapcsolnak. R/L hajtásnál a motortekercsek időállandója határolja a tekercsáram emelkedésének sebességét, és ezáltal a motor nyomatékét magas lépésfrekvencia esetén. Ha a motor névleges feszültségénél nagyobb feszültséget használunk a motortekercsekkel sorbakapcsolt ellenálláson keresztül, akkor az időállandó csökken. Növelve ezzel nagyobb sebességeknél a motor nyomatékét. A külső ellenállás használatának hátránya a hődisszipációból adódó energiaveszteség és a nagyobb helyszükséglet. Áramgenerátoros hajtás esetén a tekercsekre a névleges áramot kapcsoljuk. Az áram növekedési meredeksége nagy, ezáltal javul a nagyfrekvenciás viselkedés. Chopper hajtás a leghatékonyabb állandó áramú hajtás. Magasabb működési sebességet tesz lehetővé, miközben egy ekvivalens R/L hajtás teljesítményigényének csak az 1/3-a szükséges, ugyanis a hődisszipáció minimálisra csökken. Egy áramérzékelő elem figyeli a tekercseken átfolyó áramot, és úgy vezérli az áramszaggatást, hogy a tekercsben mindig a névleges áram folyjon keresztül. Mindezeknél a megoldásoknál a nagyáramú vagy nagyfeszültségű generátor állandóan be van kapcsolva a működtetés ideje alatt. A nagy áram viszont melegíti a motort és hőveszteséget okoz. A tapasztalat szerint a motor tartásához nem kell akkora erő mint a léptetéshez, ilyenkor ugyanis nem kell gyorsítani a motort és a hozzá kapcsolt rendszert. A szükséges tartónyomaték egészen kis (szélső esetben nulla) árammal is biztosítható. Ez vezetett oda, hogy különválasztották a léptetést és a tartást. Léptetéskor nagy geijesztőáramot alkalmaznak a kellő nyomaték és sebesség biztosítására. Miután a motor beállt a kívánt helyzetbe,a gerjesztőáramot lecsokkentik a tartóáram értékére. Ismeretes olyan megoldás, ahol ezt a problémát két tápfeszültség alkalmazásával oldják meg, sőt a fokozatok számát növelve több tápfeszültséget alkalmaznak. Ilyen megoldást ismertet pl. az 586.972 sz. CH, a 4.035.708 sz., valamint a 4.044.291 sz. US és a 21.33.583 sz. DE szabadalmi leírás. Ezeknél a megoldásoknál egy tápfeszültség esetén a nagyáramú vagy nagyfeszültségű generátor legalább a kisebb feszültségre állandóan be van kapcsolva és ez jelentős hőveszteséget okoz, vagy több tápfeszültség szükséges. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy egyetlen tápfeszültséggel is megoldható a feladat, ha áramfonásként áramgenerátort, éspedig olyan két vagy többállapotú áramgenerátort alkalmazunk, amelyet egy vezérlő elektronika segítségével vezérlünk olymódon, hogy mindig a kívánt nagyságú erő lépjen fel. A találmánynak az a lényege, hogy a tápgenerátor vezérelhető, legalább kétállapotú áramgenerátor, amely áramgenerátor vezérlő bemenetéinek a száma egyenlő az áramgenerátor állapotszámával vagy eggyel kevesebb, mint az áramgenerátor állapotszáma. A találmányt részletesebben az ábrákon bemutatott kiviteli példák segítségével ismertetjük: az 1. ábrán a találmány szerinti áramköri elrendezés egy kiviteli példáját szemléltetjük, a 2. ábrán a találmány szerinti áramgenerátor egy kiviteli példája látható. Az 1. ábra szerinti kapcsolási elrendezésben a fel nem tüntetett léptetőmotor T1-T4 gerjesztő tekercseinek egyik kivezetéseire lépésiránymeghatározó K1-K4 kapcsolók egyik kivezetései csatlakoznak. A TI és T2 gerjesztő tekercsek másik kivezetései, valamint a T3 és T4 gerjesztő tekercsek másik kivezetései egymással össze vannak kötve. A Kj és Kj kapcsolók egymással, továbbá aK3 és K4 kapcsolók egymással kapcsolópárokat alkotnak, A kapcsolópárok a sorbakötött T), Tj, illetve T3, T4 gerjesztő tekercsek egyik felét földre, a másik felét G áramgenerátorra kötik. A G áramgenerátornak Uj tápfeszültség bemenete, továbbá C vezérlő elektronika Ö,, öj, ... kimenetéire kötött 1,, l3,... vezérlő bemenetel vannak. A Kj, ... K4 kapcsolók vezérelhető elektronikus kapcsolók. Lehetséges olyan eset is, hogy a G áramgenerátor egyik 11, Ij, I3 vezérlő bemenetén sem kap vezérlő jelet, de az UT tápfeszültség be van kapcsolva és a G áramgenerátor minimális, a tartáshoz szükséges energiát szolgáltatja. Ilyenkor lényegében az It, I3, I3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
