DE1926628C

DE1926628C - Einrichtung zur Erzeugung einer drehzahlproportionalen Gleichspannung

Info

Publication number: DE1926628C
Application number: DE19691926628
Authority: DE
Inventors: Ingemar Dipl Ing Eichmann Dieter Dipl Ing Lang weiler Frank Dipl Ing 85 20 Er langen Neuffer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1969-05-24
Publication date: 1973-05-24

Description

Zum Ausgleich von Unsymmctrien bei den erzeugten Phasenspannungen kann es zweckmäßig sein, die Torschaltungen über je einen veränderbaren Widerstand an den einen Eingang eines Verstärkers anzuschließen.

Eine optimale Ausnutzung der von der Wechselspannungsmaschine erzeugten Spannungen ergibt sich nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung da durch, daß jeweils zwei um 180° elektrisch versetzt angeordnete Phasenwicklungen gegensinnig in Reihe geschaltet jeweils über eine Torschaltung "und einen Widerstand sowohl an den einen als auch an den anderen Eingang eines Differenzverstärkers angeschlossen sind. Auf diese Weise können auch die negativen Spannungshalbwellen zur Bildung des Gleichspannungsausgangssignais mit herangezogen werden.

Es kann sich weiterhin als vorteilhaft erweisen, die nach- inander die Phasenspannungen durchschallenden TorM.-Mtungen überlappend in der Weise arbeiten zu Ja«t!i. daß die durchlässig gesteuerte ~orschaiiuiig i.inn in ihren Sperrzustand übergeführt wird. ; die nächstfolgende, durchlässig zu schaltende ..Haltung bereits diesen Zustand erreicht hat.

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Die mit X und Y bezeichneten Ausgangssignale der Geber 4 und 5 sind an die Eingangsklemmcn 6 und 7 einer Gatterschaltung 8 angeschlossen. Die Gatterschaltung 8 enthält zwei Umkehrgatter 9 und

10 zur Invertierung der Eingangssignal X und Y in die Signale X und Y sowie vier Undgatter U bis 14. welche so mit den Eingangsklemmen 6 und 7 sowie den Ausgängen der Umkehrgatter 9 und 10 verbunden sind, daß durch die von ihren Ausgängen IS bis

ίο 18 betätigten elektronischen Schalter 19 bis 22 läuferstellungsabhängig aus den einzelnen Phasenspannungen ein bestimmter Teil herausgeschnitten und auf eine gemeinsame Ausgangsleitung geschaltet wird. Die gemeinsame Ausgangsleilung kann in der

gestrichelt angedeuteten Verbindung der einzelnen Schalterausgänge, welche zu einer mit 23 bezeichneten Ausgangsklemme führt, bestehen oder in dem Eingang eines Verstärkers 24. mit dem die Ausgänge der elektronischen Schalter 10 bis 22 über justierbare

ao Widerstände verbunden sin-'. Zur Vermeidung nennenswerter feldverzerrender Ankerrückwirkungen darf der Ausgang 23 nur schwach belastet werden.
Die induktiven Annäherungsschalter 4 und 5 er-

(L-Signal),

ο »inp i»rK"kt cui. zeilen ein binäres »Eins«-Signal (L-Signal), wenn

isi eine ernonte Sicherheit gegen Spannungs- 45 sich der Metalkteg 3 jeweils in ihrer unmittelbaren urne gegeben. Hierzu können die Torschaltungen Nähe befindet. Diese Signale seien mit Y und X bezeichnet. Sehen sich die induktiven Geber 4 und 5 keinem Teil der Metallstege gegenüber, so wei>en die Eingänge 6 und 7 binäre Nullsignale auf. wahrend 30 dann an den Ausgängen der Umkehrgatter 9 und IO mit 3c" und Y bezeichnete binäre L-Signale erscheinen Bei der in Fig. I dargestellten Anordnung treten also L-Signale bei den von den Undgattern 11 bis 14 aus-

... gewerteten Signalpaaren XY, XY, HY, XX jeweils

.!Weise mit einer Reluktanzmaschine erreichen. 35 aufeinanderfolgend während genau einer Viertelumljerzu besonders gunstiges Verhältnis zwischen drehung des Permanentinduktors 2 auf. Werden mit

den an den Ausgangsklemmen 15 bis 18 erscheinenden L-Signalen die elektronischen Schalter 19 bis 22 durchlässig gesteuert, so wirkt jede Phasenspannung jeweils nur während der Dauer einer Viertelperiode auf die gemein:Rme Ausgangsleitung. Da die Durchschaltung der einzelnen Phasenspannungen jeweils zeitlich symmetrisch zum Nulldurchgang des ihre Wicklungen durchsetzenden Flusses erfolgt, ensteht

■ !3 weiterer Ausgestaltung der Erfindung — bei- -weise unter Verwendung an sich bekannter Zeit-

■ ··. in Form von monostabilen Kippschaltungen — ■ner Abschaltverzögerung versehen sein.

•1 zur Erzeugung einer oberwellenfreien Ausspannung geeigneter, mit der Läuferdrehung hselnd linear zunehmender und linear abneh-Induktionsverlauf läßt sich in besonders ein-

Fluß in der Quer- und in der Längsachse des Ars e-|ibt sich in weiterer Ausgestaltung der Er-

iung mit einem aktiven Läuferteil aus Blechstreifen ve:) kaltgewalztem, kornorientiertem Stihl.

Die Erfindung sei im folgenden an Hand der in dm Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläi.'tert.

In Fig. 1 ist mit 1 eine vierphasige Wechselspan-

r.ungsmaschine schematisch dargestellt. Sie weist vier 45 am Ausgang 23 bzw. 25 eine Gleichspannung, deren Phasenwicklungen A, B, C und D auf, an denen bei Höhe ,der Drehzahl und deren Polarität d.-r Dreh-Drehung eines in Form eines Dauermagneten aus- richtung des Maschinenläufers entspricht, gefiihnen Induktors 1 vier jeweils um 90° elektrisch
\ ersetzte Phasenspannungen zwischen ihren jeweiligen
Enden a, b, c und d und dem Bezugspotential, mit 5° Pbasenspannungen welchem die anderen Enden der Phasenwickiungen und Aivsschaltpunkte für die einzelnen Phasenspanverbunden sind, auftreten. Mit der Läuferwelle rotiert nungen. In der oberen Diagramm^kizzc ist der Verein Metallsteg 3, dessen Umfang genau den Winkel lauf des die Wicklung A durchsetzenden Flusses bei von 180° überdeckt. In der praktischen Ausführung Drehung des Permanentinduktors 2 um den Winkel > wird dieser Metallsteg zweckmäßigerweise als Metall- 55 dargestellt. Durch entsprechende Ausbildung der Vo band ausgebildet, welches auf einer starr mit der
Läuferwelle verbundenen, nichtmetallischen Scheibe
aufgebracht ist. Der Metalisteg 3 dient als Anregung
für zwei induktive Geber 4 und 5, welche Um 90°
gegeneinander versetzt symmetrisch zur Feldachse
einer Phasenwicklung, im dargestellten Beispiel zu
der Phasenwicklung A, ständerfest angebracht sind.
Die Ober können 0<is an sich bekannten induktiven

Fig. 2 zeigt fünf Diagrammskizzen zur Voranschaulichung des Flußverlaufes, des Verlaufe* der sowie der Zuordnung der Ein-

Annähemngsschaltern bestehen und enthalten im breite, des Ljftspaltes sowie der Wicklungsanordnung kann dafür gesorgt werden, daß der Fluß bei Drehung des Permanentinduktors in Abhängigkeit von seinem Drehwinkel α im wesentlichen dreieckförmig. d. h. linear abnehmend, bis zu einem Wert von \ = 180'' und ab dann 'inear zunehmend bis zu einem Winkel von λ = 360° verläuft. Dieser Flußverlauf ist der günstigste zur Erzeugung einer oberwellenfreien, völlig glatten Ausgangsgleichspannung. Da beim Ausfüh-

wesentlichen eine elektrische Oszillatorschaltung, 65 rungsbeispiel der F i g. 1 eine Durchschaltung wähwelche bei Annäherung von metallischen Gegen- rend eines Winkelbereiches von 90° vorgesehen;«.

und dann an ihren Ausständen verstimmt wird
gangen ein Signal hervorruft.

genügt es, wenn sich der Flußverlauf nur während eines solchen Winkelbereiches linear ändert. Es er-

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geben sich dann die in den weiteren Diagrammskizzen 21 mit dem mit — bezeichneten, invertierenden Einder Fig. 2 dargestellten, voll ausgezogenen Span- gang eines Differenzverstärkers 26 verbunden. Entnungsvcrläufe der Phasenspannungen U_a, U,„ U_c und sprechend ist das mit b bezeichnete Wicklungsende V_ü. Geht man von der in Fig. 1 dargestellten Stel- der Phasenwicklung B, welche mit der Phasenwicklung des Pcrmanentinduktors aus, so wird bei einem 5 lung D in Reihe liegt, über die elektronischen Schal-Verdrchungswinkel von 45" am Eingang 6 der ter 20 und 22 mit dem positiven bzw. negativen Gatterschaltung 8 und am Ausgang des Umkehrgatters Eingang des Verstärkers 26 verbunden. Der Differenz-10 ein L-Signal erhalten. Am Ausgang 15 des Und- verstärker 26 ist in an sich bekannter Weise als gattcrs 11 tritt demzufolge ein L-Signal auf, welches Addier-Subtrahier-Rechenverstärkcr beschältet. Die den elektronischen Schalter 19 betätigt und die io Ansteuerung der elektronischen Schalter 19 bis 22 Phasenspannung V₁, ab diesem Zeitpunkt auf die Aus- erfolgt in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach gangsleitung durchschauet bis zu einem Zeitpunkt, zu Fig. 1 durch die an den Klemmen 15 bis 18 aufdcm sich der mit N bezeichnete Nordpol des Perma- tretenden Ausgangssignale der Gatterschaltung 8. Wie ncntinduklors um den Winkel λ = 135 bezüglich sich an Hand der Diagrammskizze nach Fig. 2 verdcr Feldachse der Wicklung A gedreht hat und zu 15 folgen läßt, gelangt bei der Anordnung der Fig. 3 dem gleichzeitig der Geber 5 durch das Betätigungs- jeweils infolge der Hintereinanderschaltung von je element 3 zum Ansprechen gebracht worden ist. Es zwei Ph äsen wicklungen der doppelte Amplitudenwert weisen dann sowohl das Ausgangssignal X des Ge- einer Phasenspannung auf der Ausgangsleitung zur bcrs 4 als auch das Ausgangssignal Y des Gebers 5 Wirkung, und von jeder Phasenspannung wird vorcin L-Signal auf und steuern somit über das Undgattei 30 zeichen richtig auch deren negative Halbwolle vcr-12 den elektronischen Schalter 20 durchlässig, wäh- wendet.

rend gleichzeitig der elektronische Schalter 19 sperrt. Fig. 4 zeigt eine Ausführung des Betätigungs-Wie aus F i g. 2 in Verbindung mit F i g. 1 hervorgeht, clemcntcs für eine lophasige Wechselspannungssetzt sich dieses Spiel in zyklischer Reihenfolge be- maschine. Es besteht aus einer starr mit dem Läufer züglich der weiteren Phasenspannungen IZ₆, i/_fund U_d 25 verbundenen Scheibe 27, welche vier konzentrische, fort. Es wird weiterhin ersichtlich, daß die Anein- nach dem Gray-Code ausgebildete Codespuren aufanderfügung der herausgeschnittenen unipolaren weist, denen jeweils ein sie abtastender, ständerfestcr Spannungshalbwellen eine völlig glatte Ausgangs- Geber zugeordnet ist. Mit den an den Ausgängen 28 spannung ergib', deren Höhe der Lsufcrdrchzah! und bis 31 dieser Geber auftretenden Signalen kann in an deren Polarität der Läuferdrehrichtung entspricht. 30 sich bekannter Weise zwischen 16 diskreten Läufer-F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem durch Stellungen unterschieden werden. Bei einer 8- (bzw. eine fremdgesteuerte Zweiweggleichrichtung sämtliche 4-)phasigen Wechselspannungsmaschine wären nur Halbwellen der von der Maschine erzeugten Phasen- die 3 (bzw. 2) innersten Codespuren und demzufolge wcchselspannungen zur Erfassung der Läuferdrehzahl hur 3 (bzw. 2) Geber erforderlich. Allgemein ergibt herangezogen werden können. Bei dieser Variante 35 sich die Anzahl der Geber und damit die Anzahl der sind je zwei um 180° gegeneinander versetzte Phasen- erforderlichen Codespuren bei dieser Variante des wicklungen gegensinnig in Reihe geschaltet, so daß Betätigungselementes aus dem Logarithmus der sich ihre Spannungen jeweils addieren. Die Anord- Phasenzahl η zur Basis 2. Falls sich danach bei der nung der Wicklungen selbst entspricht der prm- Ermittlung der erforderlichen Geberanzahl eine Zahl zipiellen Anordnung nach Fig. 1. Das mit α bezeich- 40 zwischen zwei ganzen Zahlen ergeben sollte, so wird nete Wicklungsende der Phasenwicklung A, mit der die größere dieser beiden ganzen Zahlen verwendet die Wicklung C in Reihe geschaltet ist, ist über den und das Codemuster für /!aufeinanderfolgende Geberelektronischen Schalter 19 mit dem mit + bezeich- Signalkombinationen gleichmäßig über einen ganzen neten Eingang und über den elektronischen Schalter Scheibenumfang erstreckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

nungsmaschine eine Reluktanzmaschine ver- wendet ist* Patentansprüche: n Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Läuferteil aus

1. Einrichtung zur Erzeugung einer drehzahl- 5 Blechstreifen von kaltgewalztem, kornorientiertem proportionalen Gleichspannung unter Verwendung Stahl aufgebaut ist.

einer /i-phasigen Wechselspannungsmaschine mit
einem rotierenden Induktor und einem mitrotierenden Betätigungselement für ständerfest ange- .
ordnete Geber, weiche in Wirkverbindung mit to
elektronischen Schaltern zur zyklischen Durchschaltung unipolarer Phasenspannungen auf eine Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gemeinsame Ausgangsleitung stehen, dadurch ^- Einrichtung zur Erzeugung einer drehzahlproportiog e k e η η ζ e i c h η e t, daß als Betätigungselement nalen Gleichspannung unter Verwendung einer neine mit einem mehrspurigen Codemuster ver- 15 phasigen Wechselspannungsmaschine mit einem rotiesehene Scheibe (27) verwendet ist und jede Code- renden Induktor und einem mit rotierenden Betätispur durch einen Geber abtastbar ist (Fig. 4). gungselement für ständerfest angeordnet Geber.

2. Einridiiuüi, nach Anspruch 1, dadurch ge- welche in Wirkverbindung mit elektronischen Schalkenn/cichrict. daß ein reflektierter Code, Vorzugs- tern zur zyklischen Duichschaltung unipolarer Phasenweise der Gray-Code, verwendet ist. ao spannungin auf eine gemeinsame Ausgangsleitung

3. Einrichtung zur Erzeugung einer drehzahl- stehen. Ein derartiger kollektorloser Drehzahlgeber proportionalen Gleichspannung unter Verwen- ist bekannt nach der USA.-Patentschiift 3 039 040. dung einer vierphasigen Wechselspannungs- Hierbei ist jeder Phasenwicklung der Wechselspanmaschine mit einem rotierenden Induktor und nungsmaschine bzw. dem sie aktivierenden elektroeinem mitrotierenden Betätigungselement für 35 nischen Schalter ein eigener Geber zugeordnet. Aufständerfest angeordnete Geber, welche in Wirk- gab; der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, verbindung mit elektronischen Schaltern zur die Zahl der erforderlichen, relativ teueren Geberzyklischen Dun hschaltung unipolarer Phasen- elemente durch eine Mehrfachausnutzung derselben spannungen auf eine gemeinsame Ausgangsleitung zu reduzieren.

stehen, dadurch gekennzeichnet, daß als Beiäii- 30 Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung

gungsele.iient eine nichtmetallische Scheibe mit der eingangs genannten Art einmal dadurch, daß als

einer sich über einen Zentriwinkel von 180° er- Betätigungselement eine mit einem mehrspurigen

streckenden Metallbelegung verwendet ist und als Code muster versehene Scheibe verwendet ist und jede

Geber zwei induktive Annäherungsschalter, welche Codespur durch einen Geber abtastbar ist. Damit

um 90 gegeneinander versetzt angeordnet sind. 35 ergeben sich bei η Codespuren bzw./1 ihnen zugeord -

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- nete Geber 2" von diesen aktivistüare Phasenwickkennzeichnet, daß die Geberausgänge einer aus lungen.

zwei Umkehr- und vier Undgattern bestehenden Bei Einrichtungen der eingangs genannten Art mit

elektronischen Gatterschaltung (8) zugeführt sind, einer vierphasigen Wechselspannungsmaschine besteht deren Ausgangssignale vier elektronische Tor- 40 ein zweiter erfindungsgemäßer Losungsweg darin,

schaltungen (19 bis 22) betätigen. daß als Betätigungselement eine nichtmetallische

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, da- Scheibe mit einer sich über einen Zentriwinkel von durch gekennzeichnet, daß der Luftspalt und die 180 erstreckenden Metallbelegung verwendet ist und Anordnung der Wicklungen bei der Wechselspan- als Geber zwei induktive Annäherungsschalter vorgenungsmaschine so ausgebildet sind, daß sich ein 45 sehen sind, welche um 90° gegeneinander versetzt mit der Läuferdrehung abwechselnd im wesent- angeordnet sind. Eine derartige Einrichtung zeichnet liehen linear zunehmender und linear abnehmen- sich zusätzlich noch durch eine besonders einfache der Induktionsverlauf ergibt. Ausbildung des Betätigungselementes aus.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- Als vorteilhaft kann es sich beim zweiten Lösungskennzeichnet, daß die Durchschaltung mindestens 50 weg weiterhin erweisen, wenn die Geberausgänge während der 2//i-fachen Dauer der jeweiligen einer aus zwei Umkehr- und vier Undgattern be-Phasenspannungshalbwellen erfolgt. stenenden elektronischen Gatterschaltung zugeführt

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch sind, deren Ausgangssignale vier elektronische Torgekennzeichnet, daß die Torschaltungen über je schaltungen betätigen.

einen veränderbaren Widerstand an den einen 55 Zur Erzeugung einer Oberwellenausgangsspannung

Eingang eines Verstärkers (24) angeschlossen sind. erweist es sich nach einem weiteren Merkmal der

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7_S dadurch Erfindung als vorteilhaft, wenn der Luftspalt und die gekennzeichnet, daß jeweils zwei um 180° ver- Anordnung der Wicklungen bei der Wechselspansetzt angeordnete Phasenwicklungen gegensinnig nungsmaschine so ausgebildet sind, daß sich ein mit in Reihe geschaltet jeweils über eine Torschaltung 60 der Läuferdrehung abwechselnd im wesentlichen und einen Widerstand sowohl an den einen als lineiir zunehmender und linear abnehmender Indukauch an den anderen Eingang eines Differenzver- tionsverlauf ergibt.

stärkers (26) angeschlossen sind (F i g. 3). Zur Vermeidung von Spannungseinbrüchen bei der

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch- an der Ausgangsleitung auftretenden Gleichspannung gekennzeichnet, daß die Torschaltungen mit einer 65 ist es nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung vor-Abschaltverzögerung versehen sind. teilhaft, wenn die Durchschaltung mindestens wäh-

10. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 9, da- rend der 2/n-fachen Dauer der jeweiligen Phasenii-irch gekennzeichnet, daß als Wechselspan- spannungshalbwellen erfolgt.