DE2110733C3 - Schaltungsanordnung zur Fehlerverminderung bei induktiven Gebern, die eine mechanische Winkelstellung in eine elektrische Größe umwandeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan- as Bei einer derartigen Schaltungsanordnung sind Ordnung zur Fehlerverminderung bei induktiven zwar die durch mangelhafte 90°-Versetzung der Gebern, die eine mechanische Winkelstellung in eine Schaltungen -ind die nicht einwandfreie Anpassung elektrische Größe umwandeln und eine Rotorwick- von R und C hervorgerufenen Fehler ebenfalls vorlung und eine Statorwicklung aufweisen, welche je- handen; während aber bei den bekannten Anordweris aus zwei um 90^D versetzten Winkelabschnitten 30 nungen der Fehler sich sinusförmig ändert und nicht bestehen, wobei der Statorwicklung eine Versorgungs- oder nur auf außerordentlich komplizierte Weise spannung zugeführt ist und der Rotorwicklung ein korrigiert weiden kann, ist der Fehler im Falle der KC-Korrekturglied parallel zur Reihenschaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ein Phasenbeiden Rotorwickiungsabscl litte zugeschaltet ist und fehler, dessen Maß konstant ist und leicht korrigiert wobei an der Verbindungsstelle zwischen Widerstand 35 werden kann. Daraus ergibt sich, daß mit der erfin- und Kondensator die Ausgangsspannung abgegriffen dungsgemäßen Schaltungsanordnung eine sehr hohe wird. Meßgenauigkeit auch bei nicht exakt zutreffender

Nachstehend wird der besseren Übersicht wegen Nennspeisung der Wicklungen oder bei Verwendung auf Geber mit einem magnetischen Drehfeld mit von mit Innenfehlern behafteten Komponenten erkreisförmiger Erstreckung Bezug genommen. Die er- 40 zielt werden kann.

findungsgemäße Schaltungsanordnung gilt aber auch Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung

für magnetische oder elektrische Felder mit linearer mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbei-Erstreckung (z. B. solche, die von einem »Inducto- spieles erläutert. Es zeigt

san« erzeugt worden sind) sowie für Geber zur Wie- Fig. 1 das Funktionsprinzip eines bekannten

dergabe beliebiger physikalischer Größen durch pha- 45 Gebers, der ein Signa! V mit veränderlicher Phase senveränderliche elektrische Signale. erzeugt,

Die in Betracht kommenden Geber arbeiten im all- F i g. 2 einen als Synchro-Resolver ausgebildeten

gemeinen auf der Basis der Messung der Phasenver- bekannten Geber, der zur Messung der Winkelstelschiebung eines beispielsweise sinusförmigen Signals lung seines Rotors dient,

gegenüber einem anderen, beispielsweise ebenfalls 50 Fig. 3 die Vektordarstellung der Nennspannunsinusförmigen Signal. Diese Phasenverschiebung ent- gen für den Anschluß des Gebers nach F i g. 2,
spricht der Eingangsgröße des Gebers, wobei es sich F i g. 4 eine bekannte Abwandlung des Gebers

im betrachteten Fall um eine lineare oder eine Win- nach F i g. 2, bei dem eine einzige Statorwicklung kelstellung handeln kann. Im allgemeinen stellt der sowie das tfC-Glied am Rotor Verwendung finden, Winkel <■» nur dann eine genaue Umformung der Ein- 55 Fig. 5 eine Vektordarstellung der Spannungen und gangsgröße dar, wenn gewisse optimale Bedingungen F i g. 6 das Schema eines Gebers gemäß der Erfin-

in bezug auf Stromspeisung und Aufbau des Gebers dung.

erfüllt sind; andernfalls ist die Wiedergabe der zu Wie in F i g. 1 dargestellt, beruht ein beispielsweise

messenden Größe durch den Winkel <t mit einem ge- zur Messung der mechanischen Winkel- oder Linearwissen Fehler behaftet. 60 stellung eines Bauteiles bestimmter Geber auf dem Eine eingangs erläuterte Schaltungsanordnung ist Vergleich zwischen der Phasenverschiebung eiiies beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift Signals V mit veränderlicher Phase (in F i g. 1 ein 1 298 298 bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung sinusförmiges Signal) und einem ebenfalls sinusförwird eine einzige Rotorwicklung angewendet, die mit migen Prüfsignal VR.

einem Einphasenstrom gespeist ist, während im Se- 65 Das Signal V mit veränderlicher Phase kann z. B. kundärkreis des induktiven Gebers eine Statorwick- von einem Resolver, wie in Fig. 2 dargestellt,erzeugt lung, bestehend aus zwei um 90° versetzten Wick- werden. Aus dieser Figur geht hervor, daß der Resol-Iungsabschnitten, die an einem Ende miteinander ver- ver als Zweiphasenmotor mit zwei feststehenden

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Statorwicklungen S₁ und .S₈ ausgebildet ist, wobei die Enden der Statorwicklungen mit 1,2,3, 4 bezeichnet sind und die Wicklungen um 90° gegeneinander versetzt und wenigstens theoretisch mit einer genau gleichen Anzahl von Windungen versehen sind.

Der Resolver umfaßt außerdem einen Rotor/?», der über eine Ausgangswelle mechanisch in Drehbewegung versetzt werden kann und zwei untereinander gleiche, gegeneinander um 90° versetzte Rotorwickhmgen R₁, R_t mit zwei Endanschlüssen S und 7 und einem Mittelanschluß 6 aufweist. Der Klarheit halber wird in der nachstehenden Beschreibung angenommen, daß alle Wicklungen des Resolvers das gleiche Windungsverhältnis aufweisen. In F i g. 2 ist auch der vom Rotor gegenüber einer festgelegten Stellung gebildete mechanische Winkel n, der die elektrisch darzustellende Größe wiedergibt, gezeigt.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: An den Enden der Statorwicklungen werden zwei beispielsweise sinusförmige, um 90° phasenverschobene (F i g. 3) Spannungen gleicher Amplitude angelegt, und zwar an S_x die Spannung VR = Ve Un' und an S.y die Spannung

Diese beiden Spannungen erzeugen im Luftspalt des Resolvers ein magnetisches Drehfeld mit einer Geschwindigkeit ω wodurch an den Wicklungen R_x und /?., eine Spannung entsteht, die bei gleichen Wicklungen eine Amplitude aufweist, welche gleich ist der Amplitude der Eingangssignale VR und VQ, und auch eine Phase besitzt, die sich in gleichem Maße verändert wie die Winkelstellung * des Rotors gegenüber einer Bezugsstellung. An den Enden von R₁ tritt beispielsweise eine Spannung

VJJ = VeH-" 4

Eine Messung der Phasenverschiebung von VU ergibt also das Maß für die mechanische Stellung des Rotors, wobei die Genauigkeit dieses Maßes von der Genauigkeit des zweiphasigen Speisesystems, d. h. von der Gleichheit und Phasenverschiebung um 90° von TTf und VQ, von der Gleichheit der Windungen der Wicklungen sowie von der genauen mechanischen Verschiebung um 90° derselben abhängt.

In F i g. 4 ist eine bekannte Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 2 dargestellt. 3ei dieser Abwandlung wird nur eine Statorwicklung verwendet. Aus dieser F ι g. 4 ergibt sich, daß zwischen den beiden Anschlüssen 5, 7 der Rotorwicklungen ein Kondensator C und ein Widerstand R in Serie eingeschaltet sind, wobei der Anschluß 6 und der dem Widerstand/? und dem KondensatorC gemeinsame Punkte die Ausgangsanschlüsse der Vorrichtung bilden.

Wird nun der Resolver nur durch die beispielsweise an die Wicklung S_x gelegte Spannung VR gespeist und wird vorausgesetzt, daß R und C gleich l/a gewählt sind und daß auch die oben angegebenen baulichen Bedingungen zutreffen, so entsteht zwischen den Anschlüssen 6 und 8 eine Spannung

γη _

Ϋ2

wobei λ in jedem Augenblick gleich der mechanischen Verstellung des Rotors ist.

Die erwähnten Bedingungen sind jedoch rein theoretisch, weswegen die Phase « de» Signals VU sowohl nach dem ersten »Is auch, nach dem zweiten bekannten Verfahren um einen periodisch verlau-

s fenden Wert vom mechanischen Winkel * abweichen wird.

Alle Meßfehler im ersten wie im zweiten Verfahren haben dieselbe Wirkung einer nicht einwandfreien zweiphasigen Speisung, wie in F i g. 5 gezeigt ist, und

ίο zwar wird nach Fig. 5 die effektive Spannung VR₁ aus der theoretischen Spannung VR (von gleicher Amplitude wie VQ und genau um 90° gegenüber dieser versetzt) zuzüglich einer Feblerspannung Ve mit einer Phase β gegenüber VR erhalten.

Der durch dieses Signal Ve hervorgerufene Fehler der Größe von « weist in Abhängigkeit von der Stellung der Rotorwelle bzw. in Abhängigkeit von % einen sinusförmigen Verlauf auf.

Im Fall der Erfindung (Fig. 6) werden die beiden

ao Statorwicklungen au? einem zweiphasigen System gespeist, und man vervv -.adet am Rotor ein /?C-Glied, wobei R und C so bemes«en sind, daß <oRC=\ ist. In diesem Fall sind die durch die Speisung, die man gelhafte 90°-Versetzung der Schaltung und die nicht einwandfreie Anpassung von R und C hervorgerufenen Fehler ebenfalls vorhanden, wobei jedoch die Gesamtwirkung dieser Fehler, die wiederum als Spannung Vf mit einer Phase/? darstellbar sind, einen nicht mehr periodisch, sondern konstant verlaufenden Fehler in der Phase <* verursacht; daher ist ein solcher Fehler durch eine einfache Verseilung des Ursprungs der Phase λ auf einfache Weise zu berichtigen.

Dementsprechend ist das durch die Schaltungen nach F i g. 6 erhaltene Signal

VO = VO_x +FU₂ mit FU₁ = ]/2 · K-e"··■' + «+»' und

VTI = ' ρ/(ι»/+ί-« + α)

- ρ

Man sieht also, daß die Komponente VO_x und die Komponente VO₂ eine Fehlerverschiebung in der Phase aufweisen. Sowohl die Komponente VO₁ als auch die Komponente VO₂ sind nämlich gegenüber der Bezugspannung mit einer Phasenverschiebung behaftet, die, abgesehen von den festen Verschiebungen β und 45°, genauso wie der mechanische Winkel \ des Rotors veränderlich sind. Dies bedeutet, daß die an den Anschlüssen 6, 8 abgegriffene Spannung VO nicht durch eventuelle Fehler in der Speisung der Wicklungen S_x und S₂ oder durch elektrische und'oder mechanische Unsymmetrie der Stator oder Roturwicklungen und im Luftspalt des Resolvers, durch die einem Vektor Vt nach F i g. 5 entsprechende Fehler entstehen, bedingt ist. Daher ist die erzielte Genauigkeit der Messung bedeutend größer.

Dar System leidet zwar noch unter zeitbedingten Veränderungen der Eigenmerkmale der Komponen-

ten, da diese Veränderungen Amplitudenschwankungen Ve und die Phase β der Scheinspannung Fe hervorrufen. Solche Langzeitfehler sind jedoch von geringerer Bedeutung, weil bei diesen Messungen im

allgemeinen eine für eine mittlere Zeitspanne gültige Genauigkeit interessiert. Außerdem sind oft die durch Alterung der Komponenten verursachten Fehler von vernachlässigbarer Größenordnung.

Aus vorstehender Beschreibung folgt nun. daß es mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnu möglich ist, eine sehr hohe Meßgenauigkeit auch t nicht exakt zutreffender Nennspeisung der Wieklu gen oder bei Verwendung von mit Innenfehlern b hafteten Komponenten zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. bunden und zu einem ΛΓ-GHcd parallel geschaltet

   Patentanspruch: Mnd, vorgesehen ist.

   Ein genaues Ergebnis wird nur dann erhalten,

   Schaltungsanordnung zur Fehlerverminderung wenn die theoretischen Bedingungen für eine embei induktiven Gebern, die eine mechanische S wandfreie Gleichheit und eine mechanische Verschie-Winkelsteüung in eine elektrische Größe umwan- bung alter Stator- und Rotorwicklungen um 90 , dein und eine Rotorwicklung und eine Statorwick- einer elektrischen Phasenverschiebung der Speiselung aufweisen, weiche jeweUs aus zwei um 90° spannungen um 90 > sowie der genauen Dimensionieversetzten Winkelabschnitten bestehen, wobei der rung des Widerstandes und der Kapazität erfüllt sind; Statorwicklung eine Versorgungsspannung züge- io daraus ergibt sich, daß praktisch alle vorgenommenen führt ist und der Rotorwicklung ein ÄC-Korrek- Messungen einen gewissen Fehler aufweisen, der bei turglied parallel zur Reihenschaltung der beiden einer mechanischen Drehung des Rotors periodisch Rotorwicklungsabschnitte zugeschaltet ist und verläuft.

   wobei an der Verbindungsstelle zwischen Wider- Ziel der Erfindung ist, bei einer Schaltungsauord-

   stand und Kondensator die Ausgangsspanmng *s nung der eingangs angegebenen Art die durch nicht abgegriffen wird, dadurch gekennzeich- einwandfreie Speisespannungen oder elektrische bzw. net, daß zur Erzeugung eines Drehfeldes die mechanische Unsymmetrie im Geber verursachten Statorwicklung (S₁, S») mit einem Zweiphasen- Fehler in entscheidendem Maße zu verringern.
   strom gespeist ist. " Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,

   ao daß zur Erzeugung eines Drehfeldes die Statorwicklung mit einem Zweiphasenstrom gespeist ist und

   daß die Rotorwicklung aus zwei 90° gegeneinander

   versetzten Einzelwicklungen besteht, die parallel zu einem ÄC-Glied liegen.