DE1588243C - Phasenumsetzer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Phasenumsetzer zur Erzeugung zweier dem Sinus bzw. dem Cosinus eines Winkels proportionaler Spannungen aus den Ausgangsspannungen eines dreiphasigen Synchronservomechanismus.

In vielen Steuersystemen wird die Winkelstellung von bestimmten Teilen, beispielsweise von Wellen, in elektrischer Form durch Signale angezeigt, die von einem Synchrongeber erzeugt werden. Geber dieser Art umfassen einen Stator mit drei gleichmäßig verteilten stationären elektrischen Wicklungen sowie einen Rotor mit einer einzigen elektrischen Wicklung, die bezüglich der Statorwicklungen drehbar ist und von einem Wechselstrom erregt wird. Die Welle oder dasjenige Bauteil, dessen jeweilige Ausrichtung angezeigt werden soll, ist über ein Getriebe mit dem Rotor gekuppelt, so daß dieser direkt oder proportional mit der Lage einer solchen Welle ausgerichtet wird. Durch diese Abhängigkeit ergeben sich entsprechend der Ausrichtung der Welle und des Rotors an den drei Statorwicklungen Ausgangsspannungen, die die jeweilige Lage der Welle anzeigen. Wird beispielsweise der Rotor von einer sinusförmigen Spannung erregt, so entstehen an den drei Statorwicklungen Spannungen der Form

E-sinwi·sinΘ, E-sinwt·sin(Θ + 120°)

E- sin wt- sin (0 + 240°)

wobei JE die Amplitude der Sinuswelle darstellt, wdie Frequenz der sinusförmigen Erregung, t die Zeit und Θ den Winkel zwischen der Ausrichtung der Welle und einer bestimmten Bezugslage.

In derartigen Steuersystemen sind auch übertrager von der Art eines Resolvers anwendbar, der zwei uin 90° gegeneinander 'versetzte Statorwicklungen sowie eine bezüglich diesen drehbare Rotorwick-. lung zur Erzeugung von dem Sinus bzw. dem Cosinus des Drehwinkels proportionalen Ausgangsspannungen aufweist. Als Steuerübertrager besitzen jedoch die dreiphasigen Synchronservomechanismen an sich bestimmte Vorteile, indem sie die geradzahligen und alle ein ganzzahliges Vielfaches von 3 darstellenden Harmonischen unterdrücken. Infolgedessen sind sie in ihrer Anwendung vielseitiger. Andererseits benötigt man in vielen Steuerkreisen nicht dreiphasige Signale," sondern vorzugsweise nur zwei Signale, die die Winkelstellung der Welle in Form des Sinus und des Cosinus dieses Winkels gegenüber einer Bezugslage wiedergeben. In beiden Fällen ist daher eine Umsetzung der die Winkelstellung enthaltenden Information vom Dreiphasensystem in das Zweiphasensystem nützlich, und dazu ist eine besondere Schaltungseinheit erforderlich.

Derartige Umsetzungen von Dreiphasen- in Zweiphasensysteme lassen sich auch durch Verwendung eines Scott-T-Transformators durchführen. Ein solcher Transformator ist jedoch gegen Null-Harmonische, d. h. gegen die in der Nullstellung induzierten Oberwellen, und sonstiges Rauschen empfindlich; außerdem erfordern bestimmte zugehörige Schaltkreise,, beispielsweise die beim Scott-Transformator erforderlichen Pufferverstärker, eine sorgfältige Stabilisierung.· ,

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Umsetzer von

Dreiphasen- in Zweiphasensysteme zu schaffen, der unempfindlich gegen Oberwellen und Rauschen ist, ■ sich leicht stabilisieren läßt und bei Beaufschlagung mit verschiedenen Eingängen kürzeste Bereitstellungszei-ί ten aufweist. Trotz dieser Anforderungen soll der Umsetzer in Gewicht und Abmessungen den bekannten ί Geräten überlegen sein. ■

Diese Aufgabe wird bei einem Phasenumsetzer der eingangs bezeichneten-Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei jeweils mit einer Rückkopplungsschleife- von Ausgang zu' Eingang versehene Summierverstärker über gleiche Eingangsimpedanzen mit zwei der sterngeschalteten Statorwicklungen des über seine dritte Statorwicklung geerdeten Synchronservomechanismus verbunden sind und der Ausgang des ersten Summierverstärkers auf den Eingang des zweiten Summierverstärkers übergekoppelt ist, wobei der

Uberkopplungsfaktor das -L -fache des Rückkopplungsfaktors des ersten Summierverstärkers und das l#-fache des Rückkopplungsfaktors des zweiten Summierverstärkers beträgt, die Eingangsimpedanzen gleich der Rückkopplungsimpedanz des ersten Summierverstärkers sind, die Uberkopplungsimpedanz doppelt so groß wie die Rückko'pplungsimpedanz des ersten Summierverstärkers ist und die Rückkopplungsimpedanz des zweiten Summierverstärkers den •Ir-fachen Wert der Rückkopplungsirnpedanz des

ersten Summierverstärkers hat. Vorzugsweise können dabei die Kopplungen und Impedanzen durch ohmsche Widerstände gebildet sein. Der erfindungsgemäße

Phasenumsetzer zeichnet sich durch seine Unempfindlichkeit gegen Rauschen und seine einfache Stabilisierbarkeit aus. '

^% Eine Ausführungsform der Erfindung ist im fol-. genden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes beschrieben.

Der mit S bezeichnete Synchronservomechanismus besitzt drei Statorwicklungen 1,2,3 sowie einen (nicht . gezeigten) Rotor mit einer gegenüber den Statorwick-• -lungen drehbaren Wicklung. In Abhängigkeit von der . entsprechenden Erregung, erzeugt die Roforwicklung Spannungen, die dem Winkel zwischen ihr und der einzelnen Statorwicklung proportional sind. Die Winkelstellung der mit dem Rotor gekuppelten Welle wird demgemäß durch die an den Wicklungen entstehenden Spannungen dargestellt. Die drei Wicklungen sind an ihrem einen Ende sternförmig zusammengeschlossen. Das andere Ende der Wicklung 1 ist geerdet, während.die anderen Enden der Wick-■ . lungen 2 und 3 die Eingänge der erfindungsgemäßen und allgemein' mit 4 bezeichneten Schaltung darstellen.

Die Schaltung 4 umfaßt einen ersten Verstärker 5 und einen zweiten Verstärker 6, deren Eingänge an die Wicklungen 2 und 3 des Synchronservomechanismus 5 über jeweilige Widerstände 7 bzw. 8 angeschlossen sind. Ein Rückkopplungswiderstand 9 ist zwischen Ausgang und Eingang des Verstärkers 5 eingeschaltet; ebenso liegt zwischen Ausgang und Eingang des Verstärkers 6 ein Rückkopplungswiderstand 10. Zwischen den beiden Verstärkern ist eine Uberkopplung mittels eines Widerstandes 11 vorgesehen, der zwischen dem Ausgang des Verstärkers 5 und dem Eingang des Verstärkers 6 liegt.

Bei sämtlichen Widerständen der Schaltung 4 handelt es sich vorzugsweise um Präzisionswiderstände mit engen Toleranzen und bei den Verstärkern 5 und 6 um solche, die in ihren Arbeitsbereichen nur sehr geringe Verzerrung hervorrufen und einen extrem hohen Verstärkungsfaktor in der Größenordnung von mehreren hundert Millionen aufweisen. Die Eingangsklemmen dieser Verstärker liegen im wesentlichen auf Erdpotential, und die Eingangsimpedanzen sind derart hoch, daß der sie in Abhängigkeit von den von außen angelegten Spannungen durchfließende Strom vernachlässigbar gering ist.

-2 _ T£ sin

60°) ■ Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung haben die Widerstände 7,8 und 9-gleiche Werte, während der Widerstand 11 den doppelten Wert und der

Widerstand 10 den -^-fachen Wert bezüglich des Widerstandes 9 haben. Mit anderen'Worten ist der Rückkopplungsfaktor für den Verstärker 6 γ-mal größer als der für den Verstärker 5, während der Überkopplungsfaktor die Hälfte des Rückkopplungs-" faktors für den Verstärkers beträgt. Werden 'die Widerstandswerte entsprechend diesen Überlegungen bemessen, so erzeugt die Schaltung 4 aus den dem Synchronservomechanismus S entnommenen Spannungen an den jeweiligen Ausgängen 12 und 13 Spannungen, die dem Sinus bzw. dem Cosinus der Stellung der Rotorwicklung gegenüber dem Stator und damit dem Sinus bzw. Cosinus des Drehwinkels proportional sind. · "" " : ." Da in dem Verstärker 5 eine Phasenumkehr erfolgt,^:. ist die Ausgangsspannung an der Klemme 12 der Schaltung 4 der an ihrem Eingang liegenden Spannungumgekehrt. Das am Eingang auftretende Signal

£ · sin Θ · sin wi wird somit an der Ausgangsklemme 12 in das Signal

— E- sin<9· sinwi

. . - 1. invertiert. ' - -

Hinsichtlich der Wirkungsweise des Verstärkers 6 soll zunächst der allgemeine Ausdruck für die Funktion derartiger Verstärkerkreise mit mehreren Eingängen betrachtet werden, die folgendermaßen lautet:

Darin ist

e_Q = Ausgangsspannung,
R₀ = Rückkopplungswiderstand,· \ . e,- = Eingangsspannung,
R; = Eingangswiderstand.

Demgemäß lautet die Funktionsgleichung für den Verstärker 6:

■ sin wt — E sin 0 · sin wi

da der Wert des Widerstandes 10 das 4-fache des

Widerstandes 8 und der des Widerstandes 11 das Doppelte des Widerstandes 8 betragen. Ferner soll jestgehalten werden, daß die an der Statorwicklung 2

Damit wird '

— 2 2J?«

auftretende Spannung die Form . .

-£ sinwi- sin (0+240°) hat, was gleichbedeutend ist nut dem Ausdruck

Esinwi-sin (0 + 60°). "

E · sin wi

Γ
sin Θ

cos cos 0 - sin 60°— -z sin 0

-2

E sin wt

Θ (- J

+ cos Θ ^)-i_Sin0]

= — E sin wi · cos Θ .

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Schal- 65 mators durchführt. Diese Schaltung· besitzt für die tung 4 an ihren jeweiligen Ausgangsklemmen dem Verwendung· von Steuersystemen die folgenden Vorsin Θ bzw. dem cos Θ proportionale Spannungen er- teile gegenüber dem Scott-T-Transformator: Die Abzeugt und somit die Funktion eines Scott-T-Transfor- messungen und das Gewicht der Anordnung sind be-

deutend kleinen Es ist möglich, verschiedene Eingänge auf denselben Phasenumformer zu geben, ohne die Leistungsfähigkeit herabzusetzen und ohne Zeitverluste als Folge der Bereitstellungszeit der Anordnung hinnehmen zu müssen. Eine vergleichbare Leistungsfähigkeit eines solchen Vielfachsystems ist mit dem in den bekannten Anordnungen verwendeten Transformator nicht erreichbar, da die Bereitstellungszeit eines Transformators mindestens .eine Größenordnung größer ist.' ," ^w _; _.." r;~r::'.:" " :-.'"."■

Die Verstärker 5 und 6 sowie alle übrigen zugehörigen Komponenten können unter ausschließlicher Verwendung von Widerständen, Kondensate-* ren und Festkörper-Bauelementen ausgeführt sein, so daß sich ihre Größe und ihr Gewicht stark verringern. Die Genauigkeit der Umsetzung kann sehr fein bestimmt werden, da "sie im wesentlichen durch die j-Verhältnisse eines Widerstandswertes zu dem Wert / der übrigen Widerstände am Eingang in der über-' V kopplung und in der Rückkopplung gegeben ist., · '"■;-■};

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   L Phasenumsetzer zur Erzeugung zweier, dem Sinus bzw. dem Cosinus eines Winkels proportionaler Spannungen aus den Ausgangsspannungen ■ eines " dreiphasigen Synchronservomechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß zwei jeweils mit einer Rückkopplungsschleife von Ausgang zu Eingang versehene Summierverstärker (5, 6) über gleiche Eingangsimpedanzen (7, 8) mit zwei der sterngeschalteten Statorwicklungen (2, 3) des über seine dritte Statorwicklung (1) geerdeten Synchronservomechanismus (S) verbunden sind und der Ausgang des ersten Summierverstärkers (5) auf den Eingang des zweiten Summierverstärkers (6) übergekoppelt ist, wobei.der Uber-

   _.. kopplungsfaktor das ^- -fache des Rückkopplungsfaktors des ersten Summierverstärkers und das j/T-fache des Rückkopplungsfaktors des zweiten Summierverstärkers beträgt, die Eingangsimpedanzen (7, 8) gleich der Rückkopplungsimpedanz (9) des ersten Summierverstärkers (5) sind, die Uberkopplungsimpedanz (11) doppelt so groß wie die Rückkopplungsimpedanz (9) des ersten Summierverstärkers (5) ist und die Rückkopplungsimpedanz (10) des zweiten Summierverstärkers (6)

   den ψ? -fachen Wert der Rückkopplungsimpedanz

   (9) des ersten Summierverstärkers (5) hat.
2. 2. Phasenumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungen und Impedanzen durch ohmsche Widerstände gebildet sind.