DE1588243C - Phasenumsetzer - Google Patents
PhasenumsetzerInfo
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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
eQ = Ausgangsspannung,
R0 = Rückkopplungswiderstand,· \ . e,- = Eingangsspannung,
R; = Eingangswiderstand.
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
sin Θ
cos cos 0 - sin 60°— -z sin 0
-2
E sin wt
Θ (- J
+ cos Θ ^)-iSin0]
= — 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)
- 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. Phasenumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungen und Impedanzen durch ohmsche Widerstände gebildet sind.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US561154A US3386029A (en) | 1966-06-28 | 1966-06-28 | Phase converter utilizing amplifiers and feedback means |
US56115466 | 1966-06-28 | ||
DEG0050442 | 1967-06-21 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1588243A1 DE1588243A1 (de) | 1971-02-18 |
DE1588243B2 DE1588243B2 (de) | 1972-11-02 |
DE1588243C true DE1588243C (de) | 1973-05-17 |
Family
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