DE1413700C - Drehmelder - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Drehmelder mit relativ zueinander beweglichem, induktiv gekoppeltem Stator
und Rotor, deren Wicklungen von einer Wechselspannungsquelle erregt sind und zwei- und mehrpolig
ausgebildet sind, so daß zwei Wechselspannungen verschiedener Frequenz erzeugt werden können.
In Datenübertragungssystemen werden als Geber und als Steuerwandler häufig Gleichlaufsysteme oder
Drehmelder verwendet, wobei sich insbesondere bei der Anwendung in Geschossen und in Raketen, die
aus dem Bereich der Atmosphäre austreten, ein Bedarf an genauen Synchronantrieben ergibt, deren
maximaler Gesamtübertragungsfehler bei einem Arbeitsbereich von 360° kleiner als 1 Minute ist. Es ist
erwünscht, daß derartige Synchronantriebe mit den zur Verfügung stehenden Werkzeugmaschinen hergestellt
werden können und daß das Produktionsergebnis und die Kosten einwandfreier Geräte vorherbestimmbar
sind.
Die Synchronantriebe müssen in der Lage sein, die angegebene Genauigkeit unter mechanischen und
thermischen Beanspruchungen beizubehalten, wie sie durch die Befestigung oder Einspannung, durch verhältnismäßig
grobe Behandlung und durch Umweltbedingungen eintreten, die in einem Geschoß oder in
einer Rakete herrschen, weiche sich außerhalb des Bereiches der Atmosphäre befindet.
Da es bisher praktisch unmöglich war, Synchronantriebe
oder Drehmelder mit der geforderten hohen Genauigkeit herzustellen, wurden mehr oder minder
geistreiche Anordnungen verwendet, bei denen in einem mechanischen Zweigeschwindigkeitssystem zwei
gewöhnliche zweipolige Geber-Synchronantriebe über ein Getriebe verbunden wurden, so daß der eine
Geber-Synchronantrieb eine Umdrehung ausführt und ein Ausgangssignal abgibt, das aus einer einzigen
Sinuswelle besteht, während der andere Geber-Synchronantrieb η Umdrehungen macht und η Sinuswellen
abgibt. Der die einzelne Sinuswelle abgebende Synchronantrieb wurde der Grobgeber und der die
η Sinuswellen abgebende Synchronantrieb wurde der Feingeber genannt. Dabei wurde eine ähnliche
Steuerwandleranordnung mit den Gebern verbunden. Mit dem Grobgeber und dem entsprechenden Steuerwandler
wurde eine Stellungsmehrdeutigkeit vermieden.
Wegen dem Getriebespiel und Temperaturempfindlichkeit
und anderen der Anordnung innewohnenden Getriebefehlern ist dieser Lösungsweg jedoch abzulehnen.
Ein bekannter Drehmelder arbeitet nach dem Prinzip eines Eingeschwindigkeitsdrehmelders, und
es sind bei diesem bekannten Eingeschwindigkcitssystem mehrere Wicklungen so angeordnet, daß bei
einer bestimmten Relativdrehung die Ausgangsspannungen in Überlegung im wesentlichen sich einer
Rechteckwelle nähern. Zu diesem Zweck sind außerdem die Amplituden der Ausgänge mit höherer
Periodenzahl gegenüber dem Ausgang mit Einzelperiode verringert. Bei diesem bekannten Drehmelder
ist die für die Drehstellung kennzeichnende Ausgangsgröße die Summe der Amplituden der verschiedenen
Ausgänge. Da dieser bekannte Drehmelder z. B. vier verschiedene Wicklungen aufweist, so läßt sich
mit Hilfe der von diesen Wicklungen erzeugten Ausgangsgröße, also der Summe der Amplituden der
verschiedenen Ausgänge, nicht die ideale Kurvenform erreichen, so daß dieser bekannte Drehmelder relativ
kleine Verdrehungen nicht genau anzuzeigen vermag (französische Patentschrift 955 380).
Es ist ebenfalls eine Einrichtung zur synchronen übertragung von Drehbewegungen bekanntgeworden,
bei der ein vielpoliges System mit einem zweipoligen System sowohl auf der Geberseite wie auf
der.Empfängerseite vereinigt wird, jedoch das zweipolige System nur kurzzeitig bei der Inbetriebsetzung
zwecks Synchronisierung erregt wird. Der eigentliche
ίο Betrieb wird bei diesem bekannten System dabei
nur mit dem vielpoligen System vorgenommen. Das zweipolige System, das nicht als solches vorgesehen
ist, sondern durch Anzapfung des vielpoligen Systems hergestellt wird, hat daher nicht die Aufgabe einer
Grobübertragung, um also z. B. ein Zeigersystem zunächst in die grobe Anzeigelage zu bringen, sondern
dieses zweipolige System dient einzig der anfänglichen Synchronisierung der Geberseite mit der Empfängerseite.
Durch die kurzzeitige Einschaltung des zweipoligen Systems wird erreicht, daß nur eine mögliche
Einschaltstellung vorgesehen wird, so daß keinerlei Zahnrädergetriebe mehr notwendig sind. Es ist dabei
jedoch immer zusätzlich eine Gleichstromerregung erforderlich, und die magnetischen Flüsse des zweipoligen
und des mehrpoligen Systems sind immer zwangläufig miteinander verkettet (deutsche Patentschrift
755 224).
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Drehmelder der eingangs genannten
Art zu schaffen, der auch bei großen mechanischen und thermischen Beanspruchungen mit einer
Genauigkeit von 30 Bogensekunden arbeitet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Drehmelder sowohl in seinem Stator als
auch in seinem Rotor zwei- und mehrpolige Wicklungen besitzt, so daß gleichzeitig und ohne Umschaltung
Wechselspannungen verschiedener, jedoch in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehender Frequenzen
erzeugbar sind, die der Verdrehung des Drehmelders proportional sind und zur Grob- und
Feinanzeige dienen.
Beim Drehmelder nach der vorliegenden Erfindung ist also sowohl das zweipolige als auch das mehrpolige
System während des Betriebes des Drehmelders, im Gegensatz zum Bekannten, dauernd gleichzeitig
erregt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß der von der auf dem Rotor befindlichen
vielpoligen Wicklung erzeugte vielpolige Magnet-/j
fluß y Pole aufweist, wobei η ein Vielfaches von
vier und größer als vier ist und daß die von der auf dem Stator angeordneten vielpoligen Wicklung er-
zeugte vielperiodige Ausgangsspannung ^ Perioden
enthält, wenn die Elemente eine Rclativdrehung über den bestimmten Winkel ausführen. Hierbei ist vorgesehen,
daß auf dem Stator drei um einen Winkel von 120 versetzte Gruppen von Wicklungen angeordnet
sind.
Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß sowohl auf
der Stator- als auch auf der Rotorseite die Wicklungen
*>5 in Sternschaltung geschaltet sind. Hierbei werden
die auf dem Rotor befindlichen Wicklungen durch Wechselstrom erregt, und die einpolige Wicklung
auf dem Stator ist so verteilt, daß eine Ausgangs-
spannung erzeugt wird, die folgender Gleichung folgt: E = K1E1n Sin (2.T./f + A1) Sin B .
Die vielpolige Wicklung auf dem Rotor ist so verteilt, daß man eine Ausgangsspannung gemäß der
Gleichung
E = K2E1n Sin (2 rr/i + A2) Sin ~ B
erhält, wobei £,„ die Eingangsspannung, K ( und K2 das
Verhältnis der maximalen Sekundärspannung zur Eingangsspannung, / die erregende Frequenz der
Wechselstromquelle, ί die Zeit, A1 und A2 die Phasenverschiebung
der Sekundärspannungen zur Eingangsspannung Ein und B die Rotorstellung bedeutet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist weiter vorgesehen, daß die zweite andere, auf dem Stator angeordnete
einpolige Wicklung, die von der ersten einpoligen Wicklung um einen Winkel von Φ versetzt
ist, so verteilt ist, daß eine Ausgangsspannung gemäß der folgenden Gleichung entsteht:
E„, = K1 £,„ Sin (2 π ft + A1) Sin (B + Φ)
und daß eine auf dem Stator angeordnete erste vielpolige Wicklung, die von der zweiten vielpoligen
Wicklung um einen Winkel von Φ versetzt ist, so verteilt ist, daß eine Ausgangsspannung gemäß der
folgenden Gleichung erzeugt wird:
folgenden prozentualen Anteile an der gesamten Windungszahl der Wicklung ausmachen:
Nutenschritt der Spule | Windungen in Prozent der Gcsumtwindungen |
2 | 1,352 |
4 | 13,889 |
6 | 17,817 |
8 | 6,670 |
13 | 9,221 |
U | 19,432 |
9 | 11,629 |
3 | 4,039 |
1 | 15,961 |
Εφ = K2E1n Sin (2 nft + A2) Sin(~ B + φ
Um eine besonders einfache Ausbildung und Herstellung
zu ermöglichen, kann die Erfindung zweckmäßig noch dadurch weiter ausgestaltet werden, daß
die Wicklungen des Rotors zweipolig und 22polig ausgebildet sind und der Stator 27 Nuten aufweist,
wobei die auf dem Stator angeordnete zweipolige Wicklung in den Nuten in parallelen unabhängigen
Spulen verteilt ist und die Windungen jeder Spule mit den angegebenen Nutenschritten die folgenden
prozentualen Anteile der gesamten Windungszahl der Wicklung ausmachen:
Nutenschritt der Spule | Windungen in Prozent der Gesamtwindungen |
6 | 4,039 |
8 | 9,221 |
10 | 13,889 |
12 | 17,817 |
13 | 19,432 |
II | 15,961 |
9 | 11,629 |
7 | 6,670 |
5 | 1,352 |
Bei der zuvor beschriebenen Anordnung der zweipoligen Wicklung ist weiter vorgesehen, daß die
mehrpolige Wicklung des Drehmelders, die sich auf dem Stator befindet, in den Nuten in parallelen unabhängigen
Spulen verteilt ist, wobei die Windungen jeder Spule mit dem angegebenen Nutenschritt die
Eine weitgehende Entkopplung der einzelnen Flüsse und Spannungen wird auch dadurch in vorteilhafter
Weise unterstützt, daß die Erregerspannung Tür die zweipolige Wicklung niedriger gewählt ist als diejenige
für die mehrpolige Wicklung.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigt
F i g. 1 eine auseinandergezogene Ansicht eines erfindungsgemäßen Drehmelders mit einem Rotor
mit 22 Nuten und einem Stator mit 27 Nuten. Die mehrpoligen Wicklungen des Rotors und Stators
sind in ausgezogenen Linien und die zweipoligen Wicklungen in unterbrochenen Linien dargestellt,
F i g. 2 eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht des Erfindungsgegenstandes,
bei dem die Wicklung zur einfacheren Herstellung abgeändert ist,
F i g. 3 die von dem Drehmelder abgegebenen Spannungen und
F i g. 4 ein schematisches Schaltbild eines Anwendungsbeispiels
des Drehmelders, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
Der in der Zeichnung veranschaulichte und gemäß
. der Erfindung aufgebaute Drehmelder weist einen Rotor 1 auf, der in gebräuchlicher Weise innerhalb
eines Stators 3 drehbar angeordnet ist. Rotor und Stator sind miteinander induktiv gekoppelt. Um die
Wicklungsanordnung des Rotors und Stators deutlicher zu zeigen, sind diese in den F i g. 1 und 2 auseinandergezogen
dargestellt.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Rotor so gewickelt, daß ein zweipoliger und ein
22poliger magnetischer Fluß geschaffen wird. Der Rotor weist 22 Nuten 5 bis 26 auf, in denen die mit
unterbrochenen Linien dargestellten zweipoligen Spulen 31 bis 42 und die mit ausgezogenen Linien dargestellten
22poligen Spulen 51 bis 72 verteilt sind. Der Augenblickswert des durch die Spulen fließenden
Wechselstromes ist durch Pfeile gekennzeichnet. Man bemerkt, daß der Strom durch alle zweipoligen
Spulen 31 bis 42 in gleicher Richtung und daß der Strom durch die 22poligen Spulen 51 bis 72 in abwechselnden
oder umgekehrten Richtungen fließt.
Wie an früherer Stelle angegeben, werden durch die Spulen 31 bis 42 zwei Magnetpole und durch die Spulen 51 bis 72 22 Magnetpole geschaffen, die abwechselnd entgegengesetzt gerichtete Polaritäten aufweisen.
Wie an früherer Stelle angegeben, werden durch die Spulen 31 bis 42 zwei Magnetpole und durch die Spulen 51 bis 72 22 Magnetpole geschaffen, die abwechselnd entgegengesetzt gerichtete Polaritäten aufweisen.
Nachstehend wird die
zweipoligen Wicklungen
und zwar ausgedrückt
Windungszahl je Phase:
zweipoligen Wicklungen
und zwar ausgedrückt
Windungszahl je Phase:
Verteilung der Spulen der in den Nuten angegeben, in Prozent der gesamten
Spule | = 2,0255% |
31 = N1 | = 2,0255% |
42 = N1 | = 5,913% |
32 = N, | = 5,913% |
41 = N3 | = 9,3205% |
33 = N5 | = 9,3205% |
40 = N5 | = 11,971% |
34 = N7 | = 11,971% |
39 = N7 | = 13,6545% |
35 = N9 | = 13,6545% |
38 = N9 | = 7,1-155% |
36 = Nn | = 7,1155% |
37 = N11 | |
wobei N die Anzahl der Windungen je Phase in den Spulen ist. die durch einen Index gekennzeichnet
sind, der die Anzahl der Zähne zwischen den Nuten über den kürzeren Weg bedeutet.
Die 22poligen Spulen 51 bis 72 haben alle gleiche
Windungszahlen und sind in Reihe geschaltet, so daß, wie durch Pfeile angedeutet ist, der Augenblickswert des Stromflusses durch abwechselnd aufeinanderfolgende
Spulen in entgegengesetzten Richtungen verläuft.
In der veranschaulichten Ausführungsform weist der Stator 3 27 Nuten 81 bis 107 auf, die zur Schaffung
einer rings um den Umfang gleichförmigen Permeabilität geschrägt sind und in denen die mit unterbrochenen
Linien dargestellten, mit den zweipoligen Spulen 31 bis 42 zusammenarbeitenden Spulen 111 bis 119 und
die in ausgezogenen Linien dargestellten, mit den 22poligen Spulen 51 bis 72 zusammenarbeitenden
Spulen 121 bis 129 verteilt sind. Die Verteilung der Spulen Ul bis 119 und der Spulen 121 bis 129 ist
wie folgt (in Prozent der gesamten Windungszahl je Phase):
2-Pole | Spulen mil | Spule | 22-Polc Spulen mil | + 1.352% | |
Spule | unierbrochenen Linien | 121 | ausgezogenen Linien | - 13.889% | |
Hl | N | 122 | N2 | 4- 17.817% | |
112 | Nb H | 123 | N4 | - 6.670% | |
113 | 124 | N„ | -- 9.221% | ||
114 | N1, H | 125 | N8 | + 19,432% | |
115 | 126 | N13 | + 11,629% | ||
116 | N11 ^ | 127 | N11 | - 4,039% | |
117 | N9 H | 128 | N9 | + 15,961% | |
118 | N7 H | 129 | N3 | ||
119 | N5 - | N1 | |||
- 4.039% | |||||
r 9.221% | |||||
h 13.889% | |||||
h 17.817% | |||||
h 19.432% | |||||
h 15,961% | |||||
h 11,629% | |||||
h 6,670% | |||||
h 1.352% | |||||
wobei N die Anzahl der Windungen je Phase in den Spulen ist. welche durch einen Index gekennzeichnet
sind, der die Anzahl der Zähne zwischen den Nuten auf dem kürzeren Weg angibt.
In F i g. 1 sind nur die Wicklungen einer einzigen Phase dargestellt. Es werden zwei zusätzliche, um
120 und 240 gegenüber der dargestellten Wicklung
verdrehte Wicklungen verwendet, wie dies in F i g. 1 angegeben ist.
Die drei Wicklungen werden vorzugsweise in Sternschaltung miteinander verbunden. Die Anzahl der
Windungen einerseits und die Verteilung der Spulen andererseits ist die gleiche wie bei den dargestellten
Wicklungen. Der hier benutzte Ausdruck »Phase« bezieht sich auf die räumliche Phase und nicht auf die
zeitliche Phase.
Die aus den mit unterbrochenen Linien dargestellten Spulen 31 bis 42 bestehenden zweipoligen Wicklungen
des Rotors 1 werden durch eine Wechselspannung erregt und arbeiten mit den Spulen 111
bis 119 des Stators zusammen, die mit unterbrochenen
ίο Linien gekennzeichnet sind. Das zweipolige Magnetfeld
im Rotor induziert in den Statorwicklungen einen Wechselstrom, der sich nach einer relativen
Drehung von Rotor und Stator sinusförmig gemäß der folgenden Gleichung ändert und eine vollständige
Periode durchläuft, wenn sich der Rotor um 360° mit Bezug auf den Stator dreht, wie in Kurve A in
F i g.3 angegeben:
E = K1E1n Sin (2 .-τ/f + A1) Sin B .
Die mit ausgezogenen Linien dargestellten, die Spulen 51 bis 72 umfassenden 22poligen Wicklungen
des Rotors werden in ähnlicher Weise mittels einer Wechselspannung erregt und das entstehende 22polige
Magnetfeld induziert in den Spulen 121 bis 129 des Stators eine Wechselspannung, die sich gemäß der
folgenden Gleichung sinusförmig ändert, nachdem eine relative Drehung von Rotor und Stator stattgefunden
hat und die bei einer relativen Drehung des Rotors gegenüber dem Stator um 360' elf Perioden
durchläuft, wie es in der Kurve B in F i g. 3 dargestellt ist:
E = K2Ein Sin (2 .τ/f + A2) Sin 11B .
In den vorstehenden Gleichungen bedeutet Ein
die Eingangsspannung, K1 und. K2 das Verhältnis
der maximalen Sekundärspannung zu der Eingangsspannung, / die erregende Frequenz der Wechselstromquelle,
f die Zeit, A1 und A2 die zeitliche Phasenverschiebung
der Sekundärspannung bezüglich der Eingangsspannung Ein und B die Rotorstellung.
Bei einer Relativdrehung von Rotor und Stator über einen Winkel von 360 ändert sich daher die
in den Spulen 111 bis 119 des Stators induzierte Spannung sinusförmig und durchläuft eine Periode,
während sich die in den Spulen 121 bis 129 des Stators induzierte Spannung sinusförmig ändert und elf
Perioden durchläuft. Die in den anderen zwei Wicklungen des einperiodigen Abschnittes induzierten
Spannungen sind um 120 und um 240 gegenüber der dargestellten Spannung verschoben und zeigen
folgenden Verlauf:
E120C = K1E1n Sin (2 .τ/f + A1) Sin (B + 120 )
E240, = K1E1n Sin (2 .τ/f + A1) Sin (B + 240").
Die in den anderen beiden Wicklungen des elfperiodigen
Abschnittes induzierten Spannungen sind ebenfalls um 120 und um 240 verschoben und verlaufen
wie folgt:
El2& = K2E1n Sin (2 .τ/f + A2) Sin (11 B + 120 )
E2ACf = ^2E1n Sin (2.τ/ί + A2) Sin (11 B + 240 ).
Wenn auch die Erfindung im Zusammenhang mit einem Drehmelder beschrieben wird, dessen Rotor
22 Nuten und dessen Stator 27 Nuten enthält und dessen Wicklung so verteilt ist, daß sich in dem vielperiodigen
Abschnitt ein elfperiodiges Ausgangssignal ergibt, so ist doch klar, daß irgendeine andere
geeignete Anordnung von Nuten, Wicklungsverteilung oder viel periodigem Ausgangssignal ebenfalls verwendet
werden kann. Die allgemeinen Spannungsgleichungen für eine derartige vielperiodige Anordnung
sind wie folgt:
E = K2E1n Sin (2 .-r/r + A2) Sin -j B
Εφ1 = K2E,,, Sin (2.-r/r + A2)Sm(^ B +<1>λ
Spule | KP | KPX |
N13 | Sin 280/3 | Sin 280/3 X |
Nn | Sin 320/3 | Sin 320/3 X |
N9 | Sin 360/3 | Sin 360/3 X |
N1 | Sin 400/3 | Sin 400/3 X |
N5 ■ | Sin 440/3 | Sin 440/3 X |
N3' | Sin 480/3 | Sin 480/3 X |
N1 ■ | Sin 520/3 | Sin 520/3 X |
Εφ ι =
. . wobei X die in Betracht gezogene Harmonische und
K2E1n Sin (2 Tr Jt + A2) Sin (-χ ß + φ2) ■ N die Anzahl der Windungen je Phase in den Spulen
V4 ' >5 ist, die durch einen Index gekennzeichnet sind, der
die Anzahl der Zähne zwischen den Nuten über den kürzeren Weg angibt.
Die in einer beliebigen Spule unter dem Einfluß einer beliebigen Flußharmonischen induzierte Spannung
lautet wie folgt:
wobei η eine gerade Zahl größer als 4 ist und Φ{ und
02 die Winkelverschiebungen zwischen den verschiedenen
Wicklungen darstellen. Es ist natürlich klar, daß jede beliebige Anzahl von Wicklungen verwendet
werden kann und daß die Erfindung nicht auf drei Wicklungen beschränkt ist.
Elf-Perioden-Abschnitt .
Die Erregung der Spulen 51 bis 72 des Rotors erzeugt 22 abwechselnd positive und negative Pole
des Flusses mit einer gleichförmigen Flußdichte der Größe 0,„ax, und die allgemeine Gleichung der Flußverteilung
in jedem Pol ist die gleiche wie die Gleichung der Harmonischen, die eine rechteckige Welle
bilden. Diese Gleichung wird nachstehend angegeben:
<l>rm - '''max (K1 Cos β - K3 Cos 3 W
+ K5 Cos 5(-J-K1 Cos 7(-)
+ K9 Cos 9 <y usw.),
+ K5 Cos 5(-J-K1 Cos 7(-)
+ K9 Cos 9 <y usw.),
wobei K1, K3, K5, K7 und K9 usw. das Verhältnis
von Φ,,,αχ für die verschiedenen Harmonischen angibt
und (-) der von zwei Polen des Flusses eingeschlossene Winkel ist.
Die Gleichung der Flußverteilung Für den elfperiodigen
Fluß der 22 Pole erfordert, daß jeder Winkel (-) mit 11 multipliziert wird und lautet wie
folgt:
■'/'/«ι β) = Φ,,,αχ (Kn Cos 11
<·) - K33 Cos 33 (-)
+ K55 Cos 55 (-) --K11 Cos 77 (■)
+ K9qCos99<y usw.),
wobei K11, K33, K55, K77 usw. das Verhältnis von
Φ,,,αχ für die verschiedenen Harmonischen angibt.
Bei einem Stator mit 27 Nuten, wie er in den Zeichnungen veranschaulicht ist, sind 13 Spulen möglich
mit 13 möglichen Faktoren des Wickelschrittcs. Die Schrittfaktoren für die Grundwelle (KP) und die
Schrittfaktoren in Gliedern oder Ausdrücken irgendeiner beliebigen Harmonischen (KPX) lauten für
die 13 Spulen wie folgt:
Spule | KP | Sin | KPX |
N2 | Sin 40/3 | Sin | 40/3 X |
N | Sin 80/3 | Sin | 80/3 A" |
N | Sin 120 3 | Sin | 120/3 A" |
/ν« | Sin 160 3 | Sin | 160/3 A |
/V10 | Sin 2(X)'3 | Sin | 2(X) 3 X |
N12 | Sin 240 3 | 240 3 X | |
'\x.N) = Φ,,,αχ Kx Cos X β Cos λ" θ Nn KPX ,
wobei ί(Λ· N) = die in einer beliebigen Spule N auf
Grund der Flußharmonischen X induzierte Spannung, <t>max Kx Cos X β = die in Betracht gezogene Flußharmonische,
Nn = die in Betracht gezogene Spule,
KPA" = der auf der Flußharmonischen (A") beruhende Schrittfaktor ist.
KPA" = der auf der Flußharmonischen (A") beruhende Schrittfaktor ist.
,Die in einer Phasenwicklung auf Grund irgendeiner
beliebigen Harmonischen des Flusses induzierte Spannung ist die Summe der Spannungen, die in
den einzelnen Spulen wegen der Flußharmonischen induziert werden. Die in einer beliebigen Phasenwicklung
wegen einer beliebigen Flußharmonischen (X) induzierte Spannung lautet wie folgt:
= Φ x Kx Cos
Tn2 Sin 4-°;
X + N4 Sin ~} X + Nh Sin ,^- X
4«0
+■ /V1 Sin
l-fx.:. +/V3 Sin
520
wobei f(V) = die auf Grund der Flußharmonischen (A")
induzierte Spannung,
'/',„« K.Y Cos.A" W = die Größe der Flußharmonischen
(A") und
Sin 4" X +
N1 Sin
= die Summe der Produkte aus den Windungen N
je Spule mal den Wickelschrittfaktor aller Spulen ist. die die Phasenwicklung umfaßt, ist.
Für die in einer Phasenwicklung wegen der im Rotor erzeugten Flußharmonischen 0r,u β) erzeugten
Spannungen kann eine Reihe von Gleichungen in
Form von Ausdrücken der Windungen und Faktoren der Wickelschritte Tür die die Phasenwicklung bilden-
10
den Spulen angeschrieben werden. Die Spannungsgleichungen lauten in verkürzter Form wie folgt:
ΦιηαχΚη
Cos
W, Sin ~ 11
+ W1 Sin ~ 11
]■
'33
= ">ma
Cos 33 β
W2 Sin y 33
W13 Sin 33
+ W1 Sin ~ 33"],
"53 = ■*»« ^55 Cos 55 θ \n2 Sin y 55 ... N13 Sin ^ 55 ... +W1 Sin ~ 55~|
'77 = *„« ^77 Cos 77 (-) |~W2 Sin y 77 ... W13 Sin ~ 77 ... +W2 Sin =|=* 77*1,
'99
Cos 99 «
w2 Sin y 99
13 Sin ^ 99 ... + W1 Sin ~ 99~|
Da Spannungsharmonische größerer Ordnung als 27 Wiederholungen der Harmonischen der Ordnung
von 1 bis 27 sind, sind nur die folgende Spannungsharmonischen von Belang:
'll' '33' ''«> ''77. '99. f121 ' 'l43' 'l65>
'l87. '209' '231»
'253> '275 und '297· Somit haben wir 13 Spannungsgleichungen ίπ, f33 usw. mit 13 Unbekannten:
W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9, W10, W11, W12
und W
und W
13·
Mit 13 Spannungsgleichungen und 13 Unbekannten
kann die Beseitigung der gegenüber der Grundwelle höheren Spannungsharmonischen leicht dadurch erreicht
werden, daß man anders als bei der Grundwelle die Harmonischen gleich Null setzt und nach den
13 Unbekannten W1, W2, W3 usw. auflöst.
Wenn die Wicklungen gegenseitig um 120° versetzt
und in Stern geschaltet sind, werden die dritten Spannungsharmonischen beseitigt, so daß es nicht
notwendig ist, die Gleichungen für >33, J99, f165, f231
gleich Null zu setzen, wodurch sich die Spannungsgleichungen auf neun reduzieren, und zwar fH, t55.
'77. 'πι» '143. '187. '209. '253- '275· Die Anzahl der Spulen
kann auch auf neun vermindert werden.
Die neun Spulen mit dem größten Wickelschrittfaktor für die Grundwellenspannung werden ausgewählt,
da sie den meisten Einfluß bezüglich der für eine vorgegebene Ausgangsspannung erforderlichen
Anzahl von Windungen haben, womit an erforderlichem Kupfer gespart wird. Die folgenden
neun Spulen haben den größten Wickelschrittfaktor für die Grund welle:
W2, W4, W6, W8, W13, W11, W9, W3, W1 .
Die neun Spannungsgleichungen und die neun Unbekannten W können gleichzeitig gelöst werden,
in dem alle harmonischen Spannungen mit Ausnahme der Grundwelle gleich Null gesetzt werden.
Somit ist fU = 1 und f55 = ^77 = t12, = f143 = t187
= '209 = '253 = '275 = 0, und W2, W4, W6 werden
in prozentualen Anteilen der Gesamtwindungen (W7-)
erhalten, wobei
/Vr = W2 + W4 + W6 + W8 + W13
+ W11 + W9 + N3 + N1.
+ W11 + W9 + N3 + N1.
θ | Sin | V2 | Nt | / | Sin | Tabelle | 1 | v" | -Sin | 400/3 | / | V | Λ | 280/3 | -Sin | /, | N3 | 120/3 | Sin | V, | 200/3 | |
θ | Sin | 440/3 | - Sin 200/3 | Sin | 240/3 | Sin | 160/3 | -Sin | 160/3 | Sin | 320/3 | Sin | 360/3 | - Sin | 480/3 | Sin | 320/3 | 440/3 | ||||
θ | -Sin | 40/2 | Sin 80/3 | Sin | Wickelschrittfaktoren | 120/3 | Sin | 440/3 | Sin | 280/3 | Sin | 200/3 | -Sin | 360/3 | Sin | 240/3 | Sin | 520/3 | ,961 | |||
β | Sin | 160/3 | - Sin 320/3 | Sin | 480/3 | - Sin | 80/3 | -Sin | 40/3 | - Sin | 160/3 | Sin | 360/3 | Sin | 240/3 | Sin | 80/3 | |||||
Harmo nische |
θ | Sin | 520/3 | -Sin 40/3 | Sin | 480/3 | Sin | 2(K)/3 | Sin | 400/3 | -Sin | 400/3 | -Sin | 360/3 | -Sin | 480/3 | -Sin | 280/3 | ||||
Il | θ | -Sin | 320/3 | -Sin 440/3 | Sin | 120/3 | - Sin | 320/3 | Sin | 80/3 | Sin | 440/3 | Sin | 360/3 | -Sin | 120/3 | Sin | 160/3 | ||||
55 | θ | -Sin | 80/3 | - Sin 160/3 | Sin | 240/3 | -Sin | 40/3 | Sin | 520/3 | Sin | 80/3 | ^ Sin | 360/3 | Sin | 120/3 | 40/3 | |||||
77 | θ | Sin | 280/3 | Sin 520/3 | Sin | 240/3 | Sin | 520/3 | Sin | 200/3 | -Sin | 40/3 | Sin | 360/3 | -Sin | 480/3 | - Sin 400/3 | |||||
121 | θ | Sin | 400/3 | - Sin 280/3 | Sin | 120/3 | -Sin | 280/3 | - Sin | 440/3 | -Sin | 520/3 | -Sin | 360/3 | Sin | 240/3 | -Sin | |||||
143 | %JVT | 1 | 200/3 | Sin 400/3 | 480/3 | -6,670 | Sin | 320/3 | Sin | 19,432 | -11 | 360/3 | Sin | -4,039 | Sin | |||||||
187 | ,352 | -13,889 | 17,817 | -9,221 | ,629 | If | ||||||||||||||||
209 | ||||||||||||||||||||||
253 | ||||||||||||||||||||||
275 | ||||||||||||||||||||||
Spule
31 =
31 =
42 = N1 =
32 = N3 =
41 = N3 =
41 = N3 =
33 = N5 =
40 = N5 =
40 = N5 =
34 = N7 =11,971%
39 = N7 =11,971%
39 = N7 =11,971%
35 = N9 =13,6545%
38 = N9 =13,6545%
38 = N9 =13,6545%
2,0255%
2,0255%
5,913%
5,913%
9,3205%
9,3205%
Die Bedeutung der negativen Prozentangabe N7-in
der letzten Zeile der vorhergehenden Tabelle liegt darin, daß die Spule in einer Richtung eingesetzt
werden soll, die gegenüber der Richtung der Spulen mit positiven Vorzeichen umgekehrt ist. Auf diese
Weise werden alle Harmonischen der Grundwelle mit Ausnahme derjenigen Harmonischen beseitigt,
die die gleichen Wickelschrittfaktoren wie die Grundwelle aufweisen, d. h. die Nutenharmonischen
N = X 27 ± 1, wobei X = 2, 4, 6, 8 usw.
Diese Harmonischen können dadurch vermindert oder beseitigt werden, daß die Nuten in gebräuchlicher
Weise schräg ausgeführt werden. Wegen der hohen Ordnungszahl der Nutenharmonischen und des Verhältnisses
von 11:1 des elektrischen Fehlers hinsichtlich der mechanischen Bewegung ist eine sehr
genaue mechanische Einstellung unter Verwendung der üblichen, bei Synchronantrieben gebräuchlichen
Technik möglich. Bei der übertragung einer Wellenstellung muß dafür Sorge getragen werden, daß aus
den elf zur Wahl stehenden möglichen Stellungen die richtige Wellenstellung ausgewählt wird. Aus
diesem Grund ist zur Vermeidung einer Mehrdeutigkeit ein Element mit einer einzigen Periode erforderlich.
♦
Der Abschnitt für eine einzige Periode
Die Rotorwicklungen für eine einzige Periode umfassen zwölf in Reihe geschaltete konzentrische
Spulen 31 bis 42. Die Verteilung der Spulen, ausgedrückt in Prozent der Windungen, ist wie folgt:
36 = N11= 7,1155%
37 = N11= 7,1155%
wobei N7- = (N1 + N3 + N5 + N7 + N9 + 2 N11
+ N9.+ /V7 + N5 + N3 + N1) = 100%.
Durch diese Spulenverteilung werden alle Harmonischen mit Ajsnahme der Nutenharmonischen
22XiI, wobei X = 1, 2, 3, 4, 5 usw. ist, beseitigt.
Für den Rotor mit einer einzigen Periode ergibt sich die folgende Flußverteilung:
"V> = «„„ (K.Cos (-) + K21CoS 21 (-)
+ /C23COS 23 H + K43CoS 43
<-)
+ K45CoS 45 (-) usw.
wobei K1, K21, K23, K43, K45 usw. das Verhältnis von
(l>max für die verschiedenen Harmonischen darstellen.
Wenn man die gleiche Technik verfolgt, wie sie für den Abschnitt mit elf Perioden angegeben wurde,
so können die Gleichungen der Spannungsharmonischen auf neun Gleichungen Tür
vermindert werden, wobei neun Unbekannte
■ N6, N8, N10, N12, N13, N11, N9, N7 und N5
vorhanden sind. Bei dem Abschnitt mit einer einzigen Periode stellen die oben angegebenen Spulen N6, N8
usw. diejenigen Spulen dar, die für die Grundwellen-Spannungsgleichungen die größten Wickelschrittfaktoren
aufweisen. Mit den neun Gleichungen und den neun Unbekannten können die Spannungsharmonischen
gleich Null gesetzt werden, und es kann die Windungsverteilung für die neun Unbekannten (N6,
N8 usw.) bestimmt werden. Die Wickelschrittfaktoren der verschiedenen Spulen (N6, N8, N10 usw.) für die
• verschiedenen Spannungsharmonischen (*,, f5, r7 usw.)
sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. In dieser Tabelle ist ebenfalls die Windungsverteilung, ausgedrückt
in Anteilen der Gesamtzahl an Windungen N7-, enthalten.
Harmo nische |
Θ | . Λ | U | Λ | '■ | Λ | '■0 . | N» | 240/3 | N | 13 | 320/3 | Λ | '.. | Λ | 360/3 | Λ | /, | I |
1 | θ | Sin | 120/3 | Sin | 160/3 | Sin | 200/3 | Sin | 120/3 | Sin 280/3 | 200/3 | Sin | 320/3 | Sin | 360/3 | Sin | 400/3 | Sin | |
5 | θ | -Sin | 480/3 | -Sin | 280/3 | -Sin | 80/3 | Sin | 480/3 | Sin | 160/3 | Sin | 520/3 | -Sin | 360/3 | -Sin | 160/3 | Sin | |
7 | β | -Sin | 240/3 | Sin | 40/3 | Sin | 320/3 | - Sin | 480/3 | -Sin | 400/3 | Sin | 80/3 | Sin | 360/3 | -Sin | 440/3 | -Sin | |
11 | θ | Sin | 240/3 | -Sin | 400/3 | Sin | 40/3 | Sin | 120/3 | -Sin | 440/3 | Sin | 280/3 | -Sin | 360/3 | Sin | 80/3 | Sin | |
13 | (-) | Sin | 480/3 | -Sin | 80/3 | Sin | 440/3 | -Sin | 240/3 | Sin | 80/3 | -Sin | 160/3 | Sin | 360/3 | -Sin | 200/3 | Sin | |
17 | θ | -Sin | 120/3 | -Sin | 520/3 | Sin | 160/3 | -Sin | 240/3 | Sin | 40/3 | Sin | 40/3 | -Sin | 360/3 | Sin | 320/3 | -Sin | |
19 | θ | Sin | 120/3 | -Sin | 200/3 | -Sin | 520/3 | Sin | 120/3 | -Sin | 520/3 | -Sin | 400/3 | Sin | 360/3 | Sin | 40/3 | -Sin | |
23 | β | -Sin | 480/3 | Sin | 440/3 | Sin | 280/3 | Sin | 480/3 | -Sin | 19,432 | -Sin | 200/3 | -Sin | 360/3 | -Sin | 520/3 | Sin | |
25 | %Nr | -Sin | 240/3 | -Sin | 320/3 | -Sin | 400/3 | -Sin | 7,817 | -Sin | Sin | 440/3 | Sin | ,629 | Sin | 280/3 | Sin | ||
4,039 | 9,221 | 13,889 | 1" | 15,961 | 11 | 6,670 | I | ||||||||||||
V5 . | |||||||||||||||||||
440/3 | |||||||||||||||||||
40/3 | |||||||||||||||||||
160/3 | |||||||||||||||||||
520/3 | |||||||||||||||||||
320/3 | |||||||||||||||||||
80/3 | |||||||||||||||||||
280/3 | |||||||||||||||||||
400/3 | |||||||||||||||||||
200/3 | |||||||||||||||||||
,352 |
Die Statorwicklung für eine einzige Periode be- 65 Da die Wickelschrittfaktoren für die Spulen der
seitigt alle im Rotor erzeugten Flußharmonischen Abschnitte mit einer Periode und mit elf Perioden
mit Ausnahme der Nutenharmonischen 27 A" ±1, identisch sind, ist die Lösung der Gleichungen" für
wobei X = 1,2,3,4, 5 usw. ist. den Abschnitt mit einer Periode die gleiche wie bei
dem Abschnitt mit elf Perioden. Der Prozentsatz an
der gesamten Windungszahl je Phase (/V7) ist bei den
Spulen, die gleiche Wickelschrittfaktorcn aufweisen, für die Spulen der Abschnitte mit elf Perioden und
mit einer einzigen Periode gleich.
Die Wechselwirkung zwischen den Abschnitten
mit einer einzigen Periode und den Abschnitten mit
elf Perioden
Ein Vergleich der Wickelschrittfaktorcn für die Statorwicklungen für elf Perioden mit den Wickelschritlfaktoren
der Statorwicklungen mit einer einzigen Periode ergibt, daß die Wickelschrittfaktoren
genau gleich sind, wenn man folgendes in Betracht zieht:
a) Das negative Vorzeichen vor dem Prozentsatz der Wicklungsverteilung für die Spulen der elfperiodigen
Wicklung zeigt, daß in umgekehrter Richtung eingelegt wird oder daß der Strom umgekehrt
fließt und gilt für N4. /V8, /V13, /V4, /V3.
b) Wenn man die vorstehend erwähnte Umkehrung des Vorzeichens in Betracht zieht, so haben die
folgenden Spulen des Abschnittes mit einer einzigen Periode und des Abschnittes mit elf
Perioden die gleichen Wickelschrittfaktoren:
lünfiiehe Periode
. N11
N10
N,
N-N5
N-N5
!!If Perioden | % \r |
N, | 4.039 |
N1., | 9.221 |
N, | 13.889 |
N1, | 17.817 |
Nn ■ | 19,432 |
/V1 | 15,961 |
11,629 | |
Nn | 6,670 |
N1 | 1,352 |
Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Spulen
mit gleichen Wickelschrittfaktoren auch die gleiche prozentuale Windungsverteilung aufweisen. Diese Tatsache
erlaubt die Erzeugung oder die Anordnung eines Abschnittes für eine einzige Periode und eines Abschnittes
Tür elf Perioden auf dem gleichen Rotor- und Slatorkem. Die Spannung mit einer einzelnen
Periode und deren Harmonische werden in dem Abschnitt mit elf Perioden wegen der Spulenverteilung
und der Wickelschrittfaktoren des elfperiodigen Abschnittes nicht erzeugt. In gleicher Weise werden die
elfperiodigc Spannung und deren Harmonische wegen der Spulenverteilung und der Wicklungsfaktoren des
Abschnittes mit einer einzigen Periode nicht in diesem Abschnitt erzeugt.
In Wirklichkeit ergibt sich in der Praxis eine kleine Wechselwirkung oder Beeinflussung zwischen dem
elfperiodigen Abschnitt und dem Abschnitt mit einer einzigen Periode, die einen Fehler in der Ordnung
der 54. Harmonischen ergibt, der in erster Linie davon herrührt, daß es nicht möglich ist, die Statornuten
gleichzeitig für die ein- und mehrperiodigen Abschnitte in der genau richtigen Schräglage auszuführen.
Die Statornuten werden vorzugsweise so geschrägt, daß der in dem Drehmelder befindliche
Abschnitt mit elf Perioden so genau wie möglich wird, da der elfperiodige Abschnitt für die Feineinstellung
verwendet wird und der einperiodige Abschnitt für die Grobeinstellung dient, mit der eine
Stellungsvieldeutigkeit verhindert wird.
Um den Fehler aus der Wechselwirkung oder der gegenseitigen Beeinflussung zwischen dem einphasigen und dem elfphasigen Abschnitt auf einen Kleinstwert zu bringen, wird der einphasige Abschnitt auf einem möglichst niedrigen Flußpegel betrieben, während der Betrieb des elfphasigen Abschnittes bei einem Flußpegel erfolgt, der so hoch ist, wie es die physikalischen Erfordernisse des Synchronantriebes zulassen. Dies kann erreicht werden, indem man zur Erregung der Rotorspulen 31 bis 42 des Abschnittes mit einer einzigen Periode eine niedrigere Spannung als zur Erregung der Rotorspulen 51 bis 72 des elfperiodigen Abschnittes verwendet oder in dem man die Wicklung anders auslegt oder beide Maßnahmen kombiniert.
Um den Fehler aus der Wechselwirkung oder der gegenseitigen Beeinflussung zwischen dem einphasigen und dem elfphasigen Abschnitt auf einen Kleinstwert zu bringen, wird der einphasige Abschnitt auf einem möglichst niedrigen Flußpegel betrieben, während der Betrieb des elfphasigen Abschnittes bei einem Flußpegel erfolgt, der so hoch ist, wie es die physikalischen Erfordernisse des Synchronantriebes zulassen. Dies kann erreicht werden, indem man zur Erregung der Rotorspulen 31 bis 42 des Abschnittes mit einer einzigen Periode eine niedrigere Spannung als zur Erregung der Rotorspulen 51 bis 72 des elfperiodigen Abschnittes verwendet oder in dem man die Wicklung anders auslegt oder beide Maßnahmen kombiniert.
Die vorstehend beschriebenen Änderungen, die dazu dienen, die Beeinflussung zwischen den beiden
Abschnitten auf einen Kleinstwert zu bringen und damit eine gute Genauigkeit des elfperiodigen Abschnittes
zu erreichen, sind nicht erforderlich, wenn getrennte Rotoren und Statoren zur Anwendung
gelangen.
In F i g. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Spulenanordnung nach Fig. 1 veranschaulicht,
die zur Vereinfachung der Herstellung dient, jedoch Ergebnisse liefert, die mit denjenigen der F i g. 1
verglichen werden können. Die Verteilung der Spulen 31. bis 42 und 51 bis 72 im Rotor für die einperiodigen
bzw. die elfperiodigen Abschnitte ist die gleiche wie in Fig. 1. Auch die Verteilung der einperiodigen
Spulen 111 bis 119 im Stator ist die gleiche wie in Fig. 1. Die elfperiodigen Spulen 140 bis 155 im
Stator, die in F i g. 2 mit ausgezogenen Linien dargestellt sind, sind anders als die Spulen 121 bis 129 in
F i g. 1 verteilt.
Die Prozentzahl der gesamten Windungen N in den Spulen 140 bis 155 wird dadurch berechnet, daß die Anzahl von Windungen in den Nuten bestimmt wird, in denen die Spulen eingesetzt sind und die relative Richtung des Einsetzens oder des Stromflusses durch die Spulen in Rechnung gestellt wird. Die Prozentzahl an Gesamtwindungen N in den Spulen 140 bis 155 ist wie folgt errechnet:
Die Prozentzahl der gesamten Windungen N in den Spulen 140 bis 155 wird dadurch berechnet, daß die Anzahl von Windungen in den Nuten bestimmt wird, in denen die Spulen eingesetzt sind und die relative Richtung des Einsetzens oder des Stromflusses durch die Spulen in Rechnung gestellt wird. Die Prozentzahl an Gesamtwindungen N in den Spulen 140 bis 155 ist wie folgt errechnet:
Spule
NH = N3 = -4,039,
Nj = N3 + Ni = -4,039 + 15,961 = +11,922,
N0= -N9 = -(11,629) = +11,629,
NF =
NE =
-(/V9 + /V11) = -(-11,629 + 19,432)
= -7,803,
-(/V9 + /V11 + /V13) = -(-11,629
+ 19,432 - 9,221) = +1,418.
Nο = -/V8 -(-6,670 = +6,670),
N β = -(N6 + N8 + N4 + N11 + N13)
= -(17,817 - 6,670 - 11,629 + 19,432 - 9,221) = -9,729,
/V4 = N2 = 1,352,
= -(N6 + N8 + N9 + N11 + N13 + N9 ■
= -(-2,808) = 2,808.
= -(-2,808) = 2,808.
wobei
N1 die Windungszahl der Spulen 140 bis 141
N8 die Windungszahl der Spulen 142 und 143, Nc die Windungszahl der Spule 144,
Ν« die Windungszahl der Spulen 145 und 146, . N, die Windungszahl der Spulen 147 und 148, Nf die Windungszahl der Spulen 149 und 150, Nc die Windungszahl der Spulen 151 und 152, N11 die Windungszahl der Spulen 153 und 154, Nj die Windungszahl der Spule 155,
N2 die Windungszahl der Spule 121,
N4 die Windungszahl der Spule 122,
N6 die Windungszahl der Spule 123,
N8 die Windungszahl der Spule 124,
N13 die Windungszahl der Spule 125,
N11 die Windungszahl der Spule 126,
N9 die Windungszahl der Spule 127,
N3 die Windungszahl der Spule 128,
N1 die Windungszahl der Spule 129
ist. ·
N8 die Windungszahl der Spulen 142 und 143, Nc die Windungszahl der Spule 144,
Ν« die Windungszahl der Spulen 145 und 146, . N, die Windungszahl der Spulen 147 und 148, Nf die Windungszahl der Spulen 149 und 150, Nc die Windungszahl der Spulen 151 und 152, N11 die Windungszahl der Spulen 153 und 154, Nj die Windungszahl der Spule 155,
N2 die Windungszahl der Spule 121,
N4 die Windungszahl der Spule 122,
N6 die Windungszahl der Spule 123,
N8 die Windungszahl der Spule 124,
N13 die Windungszahl der Spule 125,
N11 die Windungszahl der Spule 126,
N9 die Windungszahl der Spule 127,
N3 die Windungszahl der Spule 128,
N1 die Windungszahl der Spule 129
ist. ·
Das negative Vorzeichen zeigt an, daß die Spulen im Uhrzeigersinn in die Nuten eingelegt und das
positive Vorzeichen zeigt an, daß die Spulen in die Nuten entgegen dem Uhrzeigersinn eingesetzt werden
müssen.
Die F i g. 4 zeigt ein Datenübertragungssystem, das einen gemäß der Erfindung aufgebauten Drehmelder
enthält und einen Sender (Geber) 200 und einen Steuerwandler 202 enthält. Der Geber 200 weist
einen Rotor 204 auf, der in Übereinstimmung mit einer Zustandsänderung von einer Fühleinrichtung
für diesen Zustand 205 über ein Verbindungsglied 207 eingestellt werden kann. Der Rotor 204 enthält eine
von einer Energiequelle E1 erregte zweipolige Wicklung
206 (die Energiequelle kann 15 Volt, 400 Hertz aufweisen) und eine von einer Energiequelle E1
erregte vielpolige Wicklung 208 (die Energiequelle kann 26 Volt, 400 Hertz aufweisen). Der Sender
(Geber) 200 besitzt einen Stator 210 mit drei Ausgangswicklungen 212 für eine einzige Periode, welche
mit der zweipoligen Rotorwicklung 206 zusammenarbeiten, sowie drei mit der vielpoligen Rotorwicklung
208 zusammenarbeitende vielperiodige Ausgangswicklungen 214. Der Steuerwandler 202 ist ähnlich wie der
Geber 200 ausgeführt und enthält einen Rotor 216 mit einer zweipoligen Wicklung 218 und eine vielpolige
Wicklung 200, die für den nachstehend beschriebenen Zweck mit einem Schaltnetzwerk 222
verbunden ist. Der Steuerwandler enthält einen Stator 224 mit drei an die Statorwicklungen 212 angeschlossenen
einperiodigen Wicklungen 226 und drei mit den Statorwicklungen 214 verbundene vielperiodige Wicklungen
228. Der einperiodige Abschnitt des Senders oder Gebers 200 und des Steuerwandlers 202 ergibt
eine Grobregelung, und der vielperiodige Abschnitt des Gebers 200 und des Steuerwandlers 202
ergibt eine Feinsteuerung. ' » .
Das Schaltnetzwerk 222 ist mit einem Verstärker 230 verbunden, der die vom Steuerwandler kommenden
Signale verstärkt und die verstärkten Signale dem Servosteuermotor 234 zuführt, der mit einer
N2) Energiequelle verbunden ist. Der Servomotor steht in Antriebsverbindung mit dem Rotor 216 des Steuerwandlers
202 und in der dargestellten Anordnung mit einem Anzeigegerät 238 über ein Getriebe 240.
Das Schaltnetzwerk enthält zwei Dioden 242, 244, die zwischen der zweipoligen Wicklung 218 und dem
Verstärker 230 über eine Leitung 245 angeschlossen sind. Die vielpolige Wicklung 220 ist über Widerstände
246, 252 und eine Leitung 245 mit dem Verstärker 230 und über einen Widerstand 246 und zwei
Dioden 248, 250 mit Erde verbunden.
Wenn ein Signal relativ großer Amplitude an der zweipoligen Wicklung 218 erscheint, wird über
die Dioden 242, 244 und den Leiter 245 ein Signal dem Verstärker 230 zugeführt. Während dieser Zeit
sind die Dioden 248, 250 leitend, und für das von der vielpoligen Wicklung 220 kommende Signal wird
eine Verbindung über den Widerstand 246 und die Dioden 248,250 zu Erde geschaffen. Wenn das
von der zweipoligen Wicklung 218 kommende Signal in seiner Amplitude abnimmt und sich Null nähert,
werden die Dioden 242,240 und 248, 250 nichtleitend. und das Signal der mehrpoligen Wicklung 220 wird
über die Widerstände 246, 252 und den Leiter 245 dem Verstärker zugeführt.
Mittels dieser beschriebenen Anordnung steuert der zweipolige Abschnitt des Gebers und des Steuerwandlers
den Betrieb des Motors 234, wobei das Anzeigegerät 238 angenähert in seine Lage gebracht
wird, wonach der mehrpolige Abschnitt des Gebers und Steuerwandlers den Servomotor in eine genauere
Stellung des Anzeigegerätes bringt.
Der hier beschriebene Drehmelder behält in einem Arbeitsbereich von 360° einen Fehler von weniger
als einer Minute bei, auch wenn' mechanische und thermische Beanspruchung auftreten» die von Umgebungsbedingungen
herrühren, wie sie in Geschossen und Raketen herrschen, die sich außerhalb der Erdatmosphäre
befinden. Der Verhältnis von Empfindlichkeit zu Störungen ist so, daß der Sender (Geber)
Signale erzeugt, die im wesentlichen von Harmonischen und um 90° phasenverschobenen Spannungen
frei sind, so daß der Drehmelder innerhalb der genannten Genauigkeit ohne aufwendige Hilfseinrichtungen
zur Beseitigung der Harmonischen und Sperrung der 90 -Phasenverschiebung verwendet werden
kann. Der neue Drehmelder vermeidet die den bisher benutzten mechanischen Systemen innewohnenden
Nachteile und arbeitet in weiten Temperaturbereichen und bei Beanspruchungen, die eine Formänderung
ergeben mit einer Genauigkeit von 30 Bogensekunden. Die Erfindung ist zwar als gebräuchlicher Synchronantrieb
mit drei um einen Winkel von 120° versetzten Wicklungen beschrieben worden, es kann jedoch
jede beliebige Anzahl von Windungen verwendet und diese um irgendeinen geeigneten Winkel versetzt
sein. Beispielsweise kann die Erfindung bei einem Auflösegerät verwendet werden, das zwei durch einen
Winkel von 90° getrennte Wicklungen aufweist.
60
Claims (10)
1. Drehmelder mit relativ zueinander beweglichem, induktiv gekoppeltem Stator und Rotor,
deren Wicklungen von einer Wechselspannungsquelle erregt sind und zwei-,und mehrpolig ausgebildet
sind, so daß zwei Wechselspannungen verschiedener Frequenz erzeugbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreh-
109632/32
meider sowohl in seinem Stator (3) als auch in seinem Rotor (1) zwei- (31 bis 42; 111 bis 119)
und mehrpolige (51 bis 72; 121 bis 129) Wicklungen besitzt, so daß gleichzeitig und ohne Umschaltung
Wechselspannungen (A, B) verschiedener, jedoch in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander
stehender Frequenzen erzeugbar sind, die der Verdrehung des Drehmelders proportional sind
und zur Grob- und Feinanzeige dienen.
2. Drehmelder nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο
kennzeichnet, daß der von der auf dem Rotor (1) befindlichen vielpoligen Wicklung (51 bis 72)
erzeugte vielpolige Magnetfluß y Pole aufweist,
wobei η ein Vielfaches von vier und größer als «5
vier ist, und daß die von der auf dem Stator (3) angeordneten vielpolige Wicklung (121 bis 129)
erzeugte vielperiodige Ausgangsspannung i Perioden
enthält, wenn die Elemente (1,3) eine Relativdrehung über den bestimmten Winkel ausführen.
3. Drehmelder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Stator (3) drei um
einen Winkel von 120° versetzte Gruppen von Wicklungen angeordnet sind.
4. Drehmelder nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Sternschaltung der Wicklungen auf
Rotor und Stator.
5. Drehmelder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Rotor (1) befindlichen
Wicklungen (31 bis 42; 51 bis 72) durch Wechselstrom erregt sind.
6. Drehmelder nach den Ansprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einpolige Wicklung
(111 bis 119) auf dem Stator (3) so verteilt ist, daß eine Ausgangsspannung gemäß der Gleichung
E = K1E1nSm (2.-Γ ft + Ai)Sin B
erzeugbar ist, und daß die vielpolige Wicklung (51 bis 72) auf dem Rotor (1) so verteilt ist, daß
eine Ausgangsspannung gemäß der Gleichung
E = K2E1n Sin (2 .-r/r + A2) Sin — B
4
erzeugbar ist, wobei bedeutet Ein die Eingangsspannung, K1 und K2 das Verhältnis der maximalen
Sekundärspannung zur Eingangsspannung, / die erregende Frequenz der Wechselstromquelle,
t die Zeit, A1 und A2 die Phasenverschiebung der
Sekundärspannung zur Eingangsspannung E1n und
B die Rotorstellung.
7. Drehmelder nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite andere, auf dem
Stator (3) angeordnete einpolige Wicklung, die von der ersten einpoligen Wicklung um einen
Winkel von Φ versetzt ist, so verteilt ist, daß eine Ausgangsspannung gemäß der folgenden Gleichung
entsteht:
ΕΦ = K1E111SiIi (luft + Ax)Sm (B + Φ)
und daß eine auf dem Stator (3) angeordnete erste vielpolige Wicklung (121 bis 129), die von der
zweiten vielpoligen Wicklung um einen Winkel von Φ versetzt ist, so verteilt ist, daß ein Ausgangssignal
gemäß der folgenden Gleichung erzeugt wird:
Εφ = K2E1n Sin (2 7, ft + A2) Sin (^ B + φ
8. Drehmelder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wicklungen (31 bis 42; 51 bis 72) des Rotors (1) zwei- und 22polig ausgebildet sind
und der Staror (3) 27 Nuten aufweist, wobei die auf dem Stator (3) angeordnete zweipolige Wicklung
(111 bis 119) in den Nuten in parallelen unabhängigen
Spulen verteilt ist und die Windungen jeder Spule mit den angegebenen Nutenschritten
die folgenden prozentualen Anteile der gesamten Windungszahl der Wicklung ausmachen:
Gesamtwindungen
9. Drehmelder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die vielpolige Wicklung (121 bis 129), die sich auf dem Stator (3) befindet, in den Nuten in
parallelen unabhängigen Spulen verteilt ist, wobei die Windungen jeder Spule mit dem angegebenen
Nutenschritt die folgenden prozentualen .Anteile an der gesamten Windungszahl der Wicklung
ausmachen:
Gesamtwindungen
10. Drehmelder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erregerspannung für die zweipolige Wicklung (31 bis 42) niedriger gewählt ist als diejenige
für die mehrpolige Wicklung (51 bis 72).
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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