DE1548834B2

DE1548834B2 -

Info

Publication number: DE1548834B2
Application number: DE19661548834
Authority: DE
Priority date: 1966-06-11
Filing date: 1966-06-11
Publication date: 1970-10-29
Also published as: DE1548834A1

Description

1 2

Aus dem Buch von Alfred K. Susskind »Notes hung zur Speisespannung des Magnetsystems erzeugt on Analog-Digital Conversion Techniques«, 1958, werden und die das eine der beiden Flipflops in seine Verlag Chapman & Hall, Fig. 6-8, Seite 6-18, ist es be- richtige Lage zwingen, sofern es diese nicht schon vorkannt, die Winkelstellung eines räumlich drehbaren her eingenommen hat. Das richtige Funktionieren der magnetischen Wechselfeldes, das z. B. durch Dreh- 5 Koppelschaltung wird gewährleistet durch Tore, welmeldergeber erzeugt werden kann, zu digitalisieren. Die ehe durch die phasenbeweglichen Spannungen gebekannte Anordnung bedient sich zweier i?C-Reihen- steuert werden und die Setzimpulse wahlweise durchschaltungen, welche gespeist werden von der Summe lassen. Hier ist festzustellen, daß der Rückgriff auf die zweier phasengleicher Spannungen, deren Amplituden Speisespannung nur im Rahmen dieser der Sicherheit sich mit dem Sinus bzw. dem Kosinus des Stellungs- io dienenden Koppelschaltung von Bedeutung ist und mit winkeis ändern. Dabei entstehen zwei gegensinnig pha- der Erzeugung der Start- und Stoppimpulse im Gegensenbewegliche Wechselspannungen, welche Start- und satz zu den Einfachbrückenschaltungen nichts zu tun Stoppimpulse für ein Tor liefern, das somit winkel- hat.

proportionale Öffnungszeiten hat und dementsprechend Mit einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird

winkelproportionale Impulsgruppen liefert. 15 erreicht, daß die genormte Nullstellung der üblichen

Diese Anordnung hat gegenüber solchen mit nur dreiphasigen Drehmeldergeber mit dem Zustand null

einer iiC-Brückenschaltung und Ableitung des Start- Impulse am digitalen Ausgang übereinstimmt. Es wird

oder Stoppimpulses aus der Speisespannung des Ma- ein Scott-Transformator eingesetzt, dessen drei Pri-

gnetsystems den Vorteil, wesentliche Fehlerquellen aus- märklemmen an die Ausgangsklemmen eines dreipha-

zuschalten. Jeder Störeinnuß, der sich auf die beiden 20 sigen Drehmelder-Magnetsystems angeschlossen wer-

Brückenschaltungen in gleicher Weise auswirkt, dreht den können. Mindestens derjenige Teil des Scott-

die beiden gegenläufigen Spannungszeiger in der glei- Transformators, an dem in der Nullstellung des an-

chen Richtung. Dadurch wird sein Einfluß verringert geschlossenen Drehmelders keine Spannung liegt, muß (

und kommt so im Ergebnis nicht zum Vorschein. Die zwei getrennte Sekundärwicklungen haben. Diese

Phasenverschiebung zwischen Start- und Stoppsignal 25 beiden Wicklungen werden in die beiden zu bildenden

bleibt auch unbeeinflußt durch Phasenverschiebungen Phasenbrückenschaltungen entgegengesetzt eingeschal-

im Magnetsystem. Endlich ist bei gleicher Zählfrequenz tet.

die Auflösung des Stellungswinkels doppelt so groß, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol-

wie wenn der Start- oder Stoppimpuls von einer pha- genden an Hand der Zeichnungen näher erläutert,

senstarren Spannung abgeleitet wird. 30 F i g. 1 zeigt das komplette Schaltbild mit den Lo-

Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 3 147 473 ein gik-Elementen in Blockdarstellung;

AD-Wandler mit einem Transformator in Scott- F i g. 2 zeigt das Schaltbild der Doppelbrücke mit

Schaltung bekannt. Hier ist aber nur eine i?C-Brücken- eingetragenen Spannungsbeziehungen;

schaltung vorhanden, und die Speisespannung des Ma- F i g. 3 bis 5 sind drei Spannungsdiagramme für die

gnetsystems dient als Referenz für die Phasenverschie- 35 Winkelstellungen O, 10 und 50°;

bung. F i g. 6 und 7 sind Impulsdiagramme für die Winkel-

Die Anordnung mit Doppelbrücke nach S u s s- Stellungen 15 und 45°.

k i η d hat jedoch den Nachteil, daß sie doppeldeutig In F i g. 1 ist ein an sich bekannter Drehmelderist, sofern der Stellungswinkel über 180° hinausgeht. geber 1 mit einer gestrichelten Linie umgrenzt. Wick-Sie ist daher nur für Winkel unter 180° zu gebrauchen. 40 lungen 2 bis 4 sind zu einem Stern verkettet und mögen

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine feststehen, während eine Rotorwicklung 5 das Magnetdigitale Meßanordnung, die sich praktisch wie ein feld liefert, dessen Winkelstellung mit Hilfe der erfinüblicher Drehmelderempfänger an den Drehmelder- dungsgemäßen Anordnung als Digitalgröße erfaßt geber anschließen läßt, so weiterzubilden, daß der werden soll. Der Stellungswinkel Θ wird von einer Bevolle Winkelbereich von 360° unzweideutig übertragen 45 zugslinie 6 aus gemessen. Der Geber befindet sich also werden kann. Dabei wird von einer Anordnung aus- in Nullstellung, wenn die Achse der Wicklung 5 mit gegangen, die den Phasenunterschied zwischen zwei der Linie 6 übereinstimmt, wobei an Wicklung 3 die gegensinnig phasenbeweglichen Wechselspannungen größtmögliche Spannung liegt. Diese Nullstellung dreierfaßt, die mit Hilfe je einer .RC-Brückenschaltung aus phasiger Geber ist genormt.

zwei phasengleichen Spannungen gewonnen werden, 50 Die Anordnung? stellt einen Transformator in

deren Amplituden sich wiederum mit dem Sinus bzw. »Scott«-Schaltung dar. Eine Primärwicklung 8 ist über

dem Kosinus des Stellungswinkels ändern. einen ersten nicht dargestellten Eisenkern mit einer Se-

Die Erfindung besteht darin, daß Frequenzteiler vor- kundärwicklung 9 magnetisch verkettet, während zu der handen sind, welche aus den phasenbeweglichen Span- mittenangezapften Primärwicklung 10 zwei getrennte nungen solche von halber Frequenz bilden. Als Fre- 55 Sekundärwicklungen 11 und 12 gehören. Es ist leicht quenzteiler werden insbesondere Flipflops in an sich ersichtlich, daß in der Nullstellung Sekundärwicklung 9 bekannter Weise verwendet. Diese nehmen jedoch be- die größtmögliche Spannung und die Sekundärwickkanntlich bei Betriebsbeginn eine vom Zufall abhän- lungen 11 und 12 keine Spannung führen. Dementgige Lage ein und können auch durch Störimpulse un- sprechend bezeichnet man die Spannung der Sekunkontrollierbar gekippt werden. In Weiterbildung der 60 därwicklung 9 als cos-Spannung und die Spannungen Erfindung wird daher eine Koppelschaltung vorgeschla- der Wicklungenil und 12 als sin-Spannungen. Ihre gen, welche die beiden als Frequenzteiler geschalteten Phasenlagen verschieben sich nicht und sind durch die Flipflops derart voneinander abhängig macht, daß Impedanzen der Magnetsysteme gegeben. Ihre Amplidurch Störeinflüsse hervorgerufene Kippvorgänge, so- tuden dagegen hängen sin- bzw. cos-förmig vom Stelweit sie bei nur einem der beiden Flipflops auftreten, 65 lungswinkel Θ ab.

von Zeit zu Zeit selbsttätig wieder rückgängig gemacht Ferner sind zwei jRC-Reihenschaltungen, bestehend

werden. Dies geschieht mit sog. statischen Setzimpul- aus den Widerständen 14 und 16 und den Kapazitäten

sen, das sind Impulse, welche in fester Phasenbezie- 15 und 17, vorgesehen. Die eine dieser untereinander

möglichst gleichen Reihenschaltungen wird von den ebenfalls in Reihe liegenden Sekundärwicklungen 9 und 11 und die andere von den Sekundärwicklungen 9 und 12 gespeist. Die Enden der Wicklung 12 sind vertauscht. Der Verbindungspunkt aller drei Sekundärwicklungen liegt an Masse, während die Verbindungspunkte von Kapazität und Widerstand jeweils herausgeführt sind. Diese sog. Doppelbrückenschaltung liefert somit zwei Spannungen U und U*, die bei gleichbleibender Amplitude gegensinnig phasenbeweglich sind.

Das wird aus F i g. 2 und den zugehörigen Zeigerdiagrammen deutlich. In F i g. 2 ist die Doppelbrücke mit den sie speisenden Sekundärwicklungen des Scott-Transformators noch einmal aufgezeichnet. Wicklung 9 führt die Spannung t/_cos = ΰ · cos Θ, und die Wicklung 11 führt die Spannung !7_Sin = U · sin Θ. Beide Spannungspfeile sind gleichgerichtet. Die zugehörigen Spannungen an Widerstand und Kapazität sind U_T und U₀. Im unteren Brückenteil sind alle Spannungen mit einem Stern bezeichnet, und der Spannungspfeil UJ_a ist umgedreht. Für den Fall 0 = 0° ergibt sich das Zeigerdiagramm nach F i g. 3. Die Spannungen an den Widerständen und Kapazitäten sowie die beiden Brückenspannungen U und U" fallen zusammen. Der Spannungszeiger t/_cos hat seinen Maximalwert, die Spannungszeiger Usm und UZt sind beide gleich 0. Das Zeigerdiagramm nach F i g. 4 gilt für einen Stellungswinkel Θ = 10°. Der Spannungszeiger t/cos ist ein wenig kürzer geworden, und an seine Spitze fügen sich die Zeiger £7_Sin und UJ_n an. Darüber bauen sich rechtwinklige Dreiecke mit den Katheten U_r und U₀ bzw. U* und U_c* auf. Von der Spitze des Pfeiles £/_Cos zu den rechtwinkligen Ecken der Dreiecke spannen sich die Zeiger U und U*. Sie bilden miteinander den Winkel 2(9 = 20°. Weiter zeigt F i g. 5 das Diagramm für Θ = 50°. Der Zeiger J7_COs ist etwas kürzer als die beiden Zeiger U_sm und {7J_n. Es ergibt sich ein großes rechtwinkliges Dreieck mit den Katheten U_r und Uc sowie ein sehr kleines, nach unten gekipptes Dreieck mit den Katheten U* und U_e*. Die beiden Zeiger Uund 17* bilden einen Winkel 20 = 100° miteinander.

Der Vorteil dieser Doppel brücke gegenüber der bekannten Doppelbrücke liegt im wesentlichen darin, daß für die Winkelstellung Θ = 0° auch die beiden gegenläufigen Zeiger den Winkel 0° zwischen sich einschließen, d. h. zusammenfallen. Da jedoch der zwischen den Zeigern zu messende Winkel 2Θ beträgt, ist auch diese Brücke an sich nur bis Θ = 180° eindeutig, Nach der Erfindung werden daher die Frequenzen der Brückenausgangsspannungen U und U* halbiert, so daß bei Aufrechterhaltung der Eindeutigkeit eine doppelt so große Phasenverschiebung möglich ist.

Dies wird bei der weiteren Beschreibung von F i g. 1 deutlich. Die Ausgangsspannungen werden zunächst in Rechteckformern 18 und 19 zu Rechteckspannungen A und B mit dem Tastverhältnis 1: 1 umgeformt. Die Rechteckspannungen gelangen auf Flipflops 20 und 21, die je einen Eingang haben und bei jedem folgenden negativen Potentialsprung ihrer Eingangsspannung einmal kippen. Die entstehenden Spannungen C und D bilden die Eingänge eines weiteren Flipflops 22, welches so geartet ist, daß ein negativer Potntialsprung an dem einen Eingang ein Hin- und ein negativer Potentialsprung am anderen Eingang ein Zurückkippen bewirkt. Der Ausgang dieses Flipflops steuert ein Tor 23, welches während seiner Öffnungszeiten schnelle Zählimpulse eines Taktgenerators 24 durchläßt. Auf diese Weise entstehen über einen unzweideutigen Stellungsbereich von 0 bis 360° zum Stellungswinkel proportionale Öffnungszeiten und Impulsgruppen.

Andererseits hängt die Eindeutigkeit des Digitalwertes von einer eindeutigen Ausgangsstellung der beiden Flipflops 20 und 21 ab und weiter davon, daß nicht infolge irgendwelcher Störeinflüsse unbeabsichtigte Kippvorgänge an einem der beiden Flipflops auftreten.

ίο Soweit Kippvorgänge gleichzeitig an beiden auftreten, sind sie belanglos. Um die Auswirkungen der unbestimmten Flip-Flop-Ausgangslagen und der Störimpulse in Grenzen zu halten, ist die erfindungsgemäße, mit statischen Setzimpulsen arbeitende Koppelschaltung vorgesehen. Von der sinusförmigen Spannungsquelle 13 führt ein Abzweig zu einem Rechteckformer 25, dessen Ansprechschwelle so eingestellt ist, daß sich eine Rechteckspannung R vom Tastverhältnis 1: 3 ergibt. Die eine Flanke dieser Rechteckspannung steuert ein Monoflop 26 und die andere Flanke ein Monoflop 27 an, welche Nadelimpulse erzeugen. Diese Nadelimpulse sind die Setzimpulse S₁ und S₂- Sie führen zu den Eingängen zweier Tore 28 und 29, deren Ausgänge mit den statischen Eingängen des Flipflops 21 verbunden sind. Die statischen Eingänge sind so zu verstehen, daß, wenn an ihnen negatives Potential liegt, das Flipflop in die entsprechende Lage gezwungen wird. Den Toren 28 und 29 wird ferner vom zweiten Ausgang des Flipflops 20 die Spannung c zugeführt.

Tor 28 erhält außerdem über ein Monoflop 30, welches durch den negativen Potentialsprung der Spannung-^ angesteuert wird, eine Spannung MA- Die labile Zeit des Monoflops 30 entspricht etwa einem Viertel der Periodendauer der Spannungen A oder B. Tor 29 erhält an dritter Stelle die Spannung ~B, welche über einer· ' Werter 31 aus B gewonnen wird.

F i g. 6 zeigt die wesentlichen Spannungen und Impulse über der Zeit aufgetragen für den Fall Θ = 15°. Oben zunächst die phasenunbeweglichen Größen R mit der Periodendauer Tr, sowie die Setzimpulse S₁ und S₂- Darunter die Gruppe A, C, ~c und MA, welche sich mit steigendem Stellungswinkel nach rechts verschiebt. Die Gruppe B, ~b und D verschiebt sich dagegen mit steigendem Stellungswinkel nach links. Der negative Potentialsprung von D öffnet das Tor 22, und der negative Potentialsprung von C schließt es wieder. Die Zeit / ~ Θ ist angedeutet. Für Θ = 0 fallen die beiden Spannungen mit der strichpunktiert angedeuteten Nullinie 32 zusammen. Von dieser Nullinie ist einer der Impulse S₁ um Γη/12 nach rechts verschoben. Diese Einstellung läßt sich durch einen nicht gezeichneten, dem Rechteckformer 25 vorgelagerten Phasenschieber bewirken. Wie dem Bild zu entnehmen, kommt nur der rechte der beiden gezeichneten SV-Impulse durch. Er setzt Flipflop 21 in die Stellung »0«, auch wenn es sich zufällig nicht in dieser Lage befinden würde. Sollte dagegen Flipflop 20 sich in der falschen Ausgangslage befunden haben oder durch Störungen gekippt sein, so würde der linke SV-Impuls durchkommen und das Flipflop 21 von der »1«- in die »0«-Lage setzen.

Das zweite Beispiel, nach F i g. 7, welches für Θ = 45° gezeichnet ist, macht deutlich, daß nun außer dem rechten SV-Impuls auch die beiden äußeren Sj-Impulse über Tor 29 durchkommen. Beide Setzimpulse haben keine Auswirkung, da sie das Flipflop 21 schon in der jeweils richtigen Stellung finden. Eine falsche Ausgangslage oder ein durch Störung

hervorgerufener Kippvorgang würde hier also schon nach längstens y der Periode von D berichtigt sein. Ebenso würde eine eventuell falsche Lage des Flipflops 20 durch den mittleren S₁- und die äußeren iSV-Irnpulse alsbald berichtigt sein.

Diese Überlegungen lassen sich für die übrigen Winkelstellungen systematisch fortführen. Vom Stellungswinkel 30 bis 300° setzt S₁ über c und MA das Flipflop 21 in Lage »1«, und von 240 bis 360° sowie von bis 60 setzt S₂ das Flipflop über c und B in Lage »0«.

Claims

Patentansprüche:

1. Digitale Meßanordnung für die Winkelstellung eines räumlich drehbaren magnetischen Wechselfeldes mit Hilfe des Phasenunterschiedes zwischen zwei gegensinnig phasenbeweglichen Wechselspannungen, die mit Hilfe je einer ÄC-Brückenschaltung aus zwei phasengleichen Spannungen gewonnen werden, deren Amplituden sich mit dem Sinus bzw. dem Kosinus des Stellungswinkels ändern, g ekennzeichnet durch Frequenzteiler (20, 21), welche aus den phasenbeweglichen Spannungen (A, B) solche (C, D) von halber Frequenz bilden.

2. Digitale Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Flipflopschaltungen (20, 21) als Frequenzteiler geschaltet und mittels einer Koppelschaltung (25 bis 31) derart voneinander abhängig sind, daß durch Störeinflüsse hervorgerufene Kippvorgänge, soweit sie bei nur einem der beiden Flipflops auftreten, von Zeit zu Zeit selbsttätig wieder rückgängig gemacht werden.

3. Digitale Meßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in fester Phasenbeziehung zur Speisespannung (13) eines Drehmeldergebers (1) Impulse (S₁ und S₂) erzeugt werden, welche über Tore (28, 29) als statische Setzimpulse auf das eine (21) der beiden Flipflops gelangen und daß diese Tore in fester Phasenbeziehung zu den phasenbeweglichen Spannungen (A, B) gesteuert werden.

4. Digitale Meßanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transformator (7) in »Scott-eSchaltung mit zwei getrennten Sekundärwicklungen (11, 12) an zumindest demjenigen Transformatorenteil, an dem bei Nullstellung des Magnetfeldes keine Spannung liegt, und durch zwei ÄC-Reihenschaltungen (14, 15 und 16, 17), die von den Summen der beiden verschiedenen Sekundärspannungen gespeist werden, und dadurch, daß in einer der so gebildeten Brücken (9, 12, 14, 15) eine (12) der doppelten, bei Nullstellung des Magnetfeldes stromlosen Sekundärwicklungen mit vertauschten Enden angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.