DE3737435A1 - Verfahren zum bestimmen der drehwinkelstellung einer drehbahr gelagerten elektrischen wicklung - Google Patents
Verfahren zum bestimmen der drehwinkelstellung einer drehbahr gelagerten elektrischen wicklungInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren mit den im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Ein solches Verfahren, welches zum Betrieb eines induktiven
Drehmelders dient, ist aus der DE-Z "Industrie-Elektrik +
Elektronik", 30. Jahrgang, 1985, Nr. 9, Seiten 62-69, be
kannt. Der Drehmelder besteht hauptsächlich aus einem Stator
mit zwei gleichen, unter einem rechten Winkel gekreuzten
elektrischen Wicklungen (nachfolgend als Statorwicklungen
bezeichnet) und aus einem Rotor mit einer weiteren elektri
schen Wicklung, welche nachfolgend als Rotorwicklung be
zeichnet wird. Um die Drehwinkelstellung des Rotors relativ
zum Stator zu ermitteln, wird die eine Statorwicklung mit
einem sinusförmigen Wechselstrom und die andere Statorwick
lung mit einem cosinusförmigen Wechselstrom mit überein
stimmender Frequenz erregt. Durch Überlagerung der beiden
in den Statorwicklungen erzeugten Magnetfelder entsteht
ein magnetisches Drehfeld, welches in die Rotorwicklung eine
elektrische Wechselspannung induziert. Zum Bestimmen der
Drehwinkelstellung der Rotorwicklung wird die Zeitspanne
zwischen dem Durchlauf des Feldstärkevektors durch eine vor
gegebene Drehwinkelstellung und dem nächsten positiven oder
negativen Nulldurchgang der Wechselspannung in der Rotor
wicklung gemessen. Diese Zeitspanne ist direkt proportional
der aktuellen Drehwinkelstellung der Rotorwicklung in Bezug
auf die vorgegebene Drehwinkelstellung des Feldstärkevektors
des Drehfeldes. Unter dem positiven Nulldurchgang der
Wechselspannung wird hier jener Nulldurchgang verstanden,
bei dem das Vorzeichen der Wechselspannung von negativ
nach positiv wechselt; entsprechend wird unter dem negativen
Nulldurchgang jener verstanden, bei welchem das Vorzeichen
der Wechselspannung von positiv nach negativ wechselt. Die
zu messende Zeitspanne wird entweder nur durch den positiven
oder nur durch den negativen Nulldurchgang der induzierten
Wechselspannung beendet, um eine 180°-Zweideutigkeit der
Bestimmung der Drehwinkelstellung auszuschließen.
Die Amplitude des magnetischen Drehfeldes ist vom Drehwinkel
unabhängig, wenn die beiden Wicklungen wie vorgesehen ein
ander gleich sind und wenn sie mit Wechselströmen gleicher
Amplitude gespeist werden. In die Rotorwicklung, welche sich
in dem magnetischen Drehfeld bewegt, wird dann eine elektrische
Wechselspannung induziert, deren Amplitude von der Drehwinkel
stellung ebenfalls im wesentlichen unabhängig ist, was die
Auswertung der induzierten Wechselspannung erleichtert.
Wie man bei der Durchführung des Verfahrens die Lage des
rotierenden Feldstärkevektors wählt, von der aus man die Zeit
differenz bis zum Nulldurchgang der Wechselspannung in der
Rotorwicklung mißt, ist im Prinzip gleichgültig. Zweckmäßiger
weise wählt man jedoch eine möglichst leicht feststellbare
Position des Feldstärkevektors, insbesondere eine solche
Position, die durch den Nulldurchgang der Stromstärke eines
der beiden in die Statorwicklungen eingespeisten Wechsel
ströme gekennzeichnet ist; so ist es auch bei der bekannten
Drehmelderauswertung. Die zu messende Zeitspanne stellt sich
dann als Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Null
durchgängen zweier sinusförmig schwankender elektrischer
Signale dar. Die Zeitspanne wird digital gemessen, indem
man eine Folge von elektrischen Impulsen in einen elektroni
schen Zähler einspeist, der durch ein vom ersten Nulldurchgang
abgeleitetes Signal gestartet und durch ein vom zweiten Null
durchgang abgeleitetes Signal gestoppt wird. Damit diese Zeit
spanne mit hinreichender Genauigkeit bestimmbar ist, muß
natürlich die Frequenz der Impulsfolge, mit deren Hilfe die
jeweilige Zeitspanne gemessen wird, groß sein gegen die Frequenz
der in die Statorwicklungen eingespeisten Wechselströme.
Tatsächlich wertet man bei dem Drehmelder jedoch nicht die
in die Rotorwicklung induzierte Spannung aus, sondern den
aufgrund der induzierten Spannung in der Rotorwicklung
fließenden elektrischen Strom. Wegen der ohmisch-induktiven
Eigenschaften des Rotorwicklung-Stromkreises stellt sich
eine temperaturabhängige Phasenverschiebung zwischen der
induzierten Spannung und dem in der Rotorwicklung fließen
den Strom ein, und die Größe dieser Phasenverschiebung ist
temperaturabhängig. Auf diese Weise ist die auf der Messung
des Nulldurchganges des in der Rotorwicklung fließenden
Wechselstromes beruhende Messung der Drehwinkelstellung des
Rotors mit einem temperaturabhängigen Fehler behaftet.
Bei einem praktisch ausgeführten Drehmelder wurde eine
thermisch bedingte Drift der Winkelmessung von 0,05 Winkel
grad pro Grad K Temperaturänderung beobachtet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, nach welchem sich ein solcher temperaturab
hängiger Fehler in der Bestimmung der Winkelstellung ver
meiden oder korrigieren läßt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im
Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbil
dungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der
auf den temperaturabhängigen, elektrischen Eigenschaften
des Drehmelders beruhende Beitrag zum gemessenen Winkel
von Zeit zu Zeit für sich gemessen und bei den nachfolgenden
Bestimmungen der Winkelstellung des Rotors von dem dann be
stimmten, sowohl von der Rotorstellung abhängigen Anteil
als auch den von den temperaturabhängigen, elektrischen Eigen
schaften abhängigen Anteil enthaltenden Winkel subtrahiert,
so daß der gesuchte, allein von der Rotorstellung abhängige
Winkel übrigbleibt. Dabei ist es ein besonderer Vorteil dieses
Verfahrens, daß dabei nicht nur der temperaturabhängige Bei
trag des Rotorstromkreises zur Winkelangabe kompensiert wird,
sondern der temperaturabhängige Beitrag der gesamten elektri
schen Auswerteschaltung, so daß die Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens die Bestimmung der Winkel
lage des Rotors von den temperaturabhängigen individuellen
Eigenschaften des Drehmelders vollständig unabhängig macht.
Dadurch werden sogar frequenzselektive Auswerteverfahren
möglich, die bei Drehmeldern nach dem Stand der Technik nicht
angewendet werden konnten. Insgesamt kann ein sehr störun
empfindlicher Betrieb des Drehmelders erreicht werden.
Während bei regulären Messungen ein rotierender magnetischer
Feldstärkevektor erzeugt wird, der in der Rotorwicklung
einen Wechselstrom mit Rotorlage abhängiger Phasenverschie
bung fließen läßt, wird für die Messung der rein elektrisch
bedingten Phasenverschiebung die Drehbewegung des magneti
schen Feldstärkevektors kurzzeitig angehalten, so daß der
Feldstärkevektor bei gleichbleibender Richtung sinus- oder
cosinusförmig schwankt. Die Rotorlage beeinflußt in diesem
Betriebszustand lediglich die Amplitude des Wechselstromes
in der Rotorwicklung, aber nicht ihre Phasenlage.
Wenn das magnetische Drehfeld - wie üblich - durch Ein
speisen zweier um 90° gegeneinander verschobener Wechsel
ströme in zwei rechtwinklig gekreuzt angeordnete Stator
wicklungen erzeugt wird, dann ist es am einfachsten, die
Drehbewegung des Feldstärkevektors dadurch zu unterbrechen,
daß man - am besten für die Dauer einer Periode - die
Wechselstromeinspeisung in eine der beiden Statorwicklungen
unterbricht, wobei man die Unterbrechung am besten mit
einem Nulldurchgang der Stromstärke beginnen und enden
läßt, um sprungartige Magnetfeldänderungen zu vermeiden.
Anschaulich gesehen bleibt der rotierende Magnetfeld
vektor plötzlich für die Dauer einer Feldperiode stehen
und wird in dieser festen Winkellage cosinusförmig um
moduliert. Die von der Rotorwicklung gesehene Magnetfeld
amplitude ist in diesem Stadium mit dem Cosinus der Winkel
differenz zwischen dem Feldstärkevektor und dem flächen
normalen Vektor (Richtung der im Innern der Rotorwicklung
gelegenen Hauptachse der Rotorwicklung) der Rotorwicklung
bewertet. Zweckmäßigerweise unterbricht man den Wechsel
strom zu jener Statorwicklung, deren Magnetfeldvektor einen
weniger als 45° betragenden Winkel mit dem flächennormalen
Winkel der Rotorwicklung einschließt. Die Magnetfeldamplitude,
welche auf die Rotorwicklung einwirkt, hat dann eine Varia
tion von maximal 1 : 0,707, was für die Meßgenauigkeit bei
der Bestimmung der rein elektrisch bedingten Phasenver
schiebung praktisch keine Rolle spielt.
Durch Schaltungsauslegung kann man sicherstellen, daß die
elektrisch bedingte Phasenverschiebung im Stromkreis der
Rotorwicklung kleiner als 90° bleibt. In diesem Fall genügt
ein halbperiodischer Meßzyklus. Jeder Statornulldurchgang
kann dann die Messung unabhängig von seiner Durchgangsrich
tung starten, und jeder Nulldurchgang des Wechselstroms in
der Rotorwicklung kann die Messung unabhängig von der
Nulldurchgangsrichtung stoppen. Liegt der gemessene
Phasenwinkel zwischen β=(90°-180°) so besteht
eine Voreilung von 180°-β. Liegt der gemessene Phasen
winkel zwischen β=(0°-90°), so besteht eine Nach
eilung von β.
Im Idealfall wird die rein elektrisch bedingte Phasenver
schiebung bei stillstehendem Rotor gemessen. Dies ist je
doch eine Voraussetzung, die in der Praxis nicht in jedem
Fall eingehalten werden kann. Bei sich gleichförmig
drehendem Rotor kann jedoch gemäß Patentanspruch 7 eine
von der Drehgeschwindigkeit abhängige Korrektur angebracht
werden. Eine gleichförmige Rotordrehung liefert nämlich
einen Beitrag δ zum gemessenen Phasenwinkel, und dieser
Beitrag ist in guter Näherung gegeben durch
worin die Winkelgeschwindigkeit der Rotorwicklung und
ω die vorgegebene Kreisfrequenz des magnetischen Dreh
feldes ist. Die Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit der
Rotorwicklung kann durch Differenzbildung aus zwei aufein
anderfolgenden Drehwinkelstellungsbestimmungen geschehen,
und daraus kann durch eine Rechenschaltung, insbesondere
durch einen Mikroprozessor der Korrekturwinkel δ bestimmt
werden. Ob die Bestimmung tatsächlich bei konstanter
Drehgeschwindigkeit durchgeführt wurde, kann vom
Mikroprozessor dadurch überwacht werden, daß er die
Drehgeschwindigkeit vor und nach der Messung des
Korrekturwinkels bestimmt und auf Gleichheit über
prüft. Stellt er fest, daß die Drehgeschwindigkeiten
nicht gleich sind, verwirft er den Meßwert und führt
eine erneute Messung durch. Andernfalls übernimmt er
den Meßwert und speichert den hinsichtlich der Rotor
drehung kompensierten Korrekturwert für die Bestimmung
der Rotorposition ab, bis er durch einen neuen Meßwert
ersetzt wird. Wie häufig der Korrekturwert neu bestimmt
wird, hängt davon ab, welche Temperaturschwankungen im
konkreten Anwendungsfall erwartet werden. Grundsätzlich
ist eine zeitlich recht dichte Folge möglich. Z.B. kann
man die Positionsmessungen in Abständen von einer ms
durchführen, während man die temperaturabhängigen
Korrekturwerte in Abständen von einer Sekunde bestimmt,
also jeden tausendsten Positionsmeßzyklus ausfallen läßt,
was durchaus tolerierbar ist.
Eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besonders geeignete Schaltungsanordnung wird nachstehend
anhand des beigefügten Blockschaltbildes eines erfindungs
gemäßen Drehmelders näher beschrieben. Der Drehmelder be
steht aus zwei untereinander gleichen, sich unter einem
rechten Winkel kreuzenden Statorwicklungen 1 und 2 und
einer demgegenüber drehbar gelagerten Rotorwicklung 3,
welche lediglich in dem Blockschaltbild seitlich neben den
Statorwicklungen 1 und 2 angeordnet gezeichnet ist, im
konkret ausgeführten Drehmelder aber so angeordnet ist,
daß die um eine im rechten Winkel zur Längsachse der
Rotorwicklung 3 durch deren Mittel verlaufende Drehachse
zusammenfällt mit jener Achse 12, die im rechten Winkel
zur Längsachse der beiden Statorwicklungen 1 und 2 sowohl
durch die Mitte der einen als auch durch die Mitte der
anderen Statorwicklung verläuft (diese Achse 12 verläuft
in der zeichnerischen Darstellung senkrecht zur Zeichen
ebene).
Zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes mit der
Kreisfrequenz ω sind zwei steuerbare Stromquellen 4 und
5 vorgesehen, von denen die eine zum Einspeisen eines
sinusförmigen Wechselstroms in die eine Statorwicklung
1 und die andere zum Einspeisen eines weiteren sinus
förmigen Wechselstroms von gleicher Frequenz und gleicher
Amplitude, aber in der Phase um gegenüber dem ersten
Wechselstrom verschoben, in die andere Statorwicklung 2
einspeist. Der sinusförmige Wechselstrom wird nach einem
digitalen Verfahren erzeugt, wie es z.B. in der DE-OS 36
43 389 beschrieben ist. Zu diesem Zweck ist ein Quarz
oszillator 6 vorgesehen, der mit einer konstanten Frequenz,
beispielsweise mit 10 MHz, schwingt. Dieser Oszillator 6
taktet unmittelbar einen Adressenzähler 7 mit einer vor
gegebenen Anzahl (beispielsweise 1024) Adressen für entspre
chend viele Stützstellen für die Erzeugung des sinusförmigen
bzw. cosinusförmigen Wechselstroms. Dem Adressenzähler 7 ist
ein Nur-Lese-Speicher 10 (ROM) und ein Digital-zu-Analog-
Wandler 14 nachgeschaltet, welcher im selben Takt, mit dem der
Adressenzähler 7 vom Oszillator 6 weitergeschaltet wird,
die beiden Stromquellen 4 und 5 so steuert, daß diese
in dem der jeweiligen Stützstelle zugeordneten Zeit
intervall einen Strom mit vorgegebener, unter der Adresse
der Stützstelle gespeicherter Stärke abgeben. Durch
zyklisches Abfragen der Adressen werden auf diese Weise
Wechselströme von polygonzugartig angenähertem sinus-
bzw. cosinusförmigen Verlauf erzeugt.
Das durch Einspeisen dieser Wechselströme in die Stator
wicklungen 1 und 2 erzeugte magnetische Drehfeld in
duziert in die Rotorwicklung 3 eine sinusförmige Wechsel
spannung. Zur Bestimmung der Drehwinkelstellung der Rotor
wicklung 3 relativ zu den Statorwicklungen 1 und 2 wird
die Zeitspanne zwischen einem Nulldurchgang des Wechsel
stromes, welcher in die Statorwicklung 1 oder in die
Statorwicklung 2 eingespeist wird, und dem nächstfolgen
den Nulldurchgang des in der Rotorwicklung 3 fließenden
Wechselstroms gemessen. Zu diesem Zweck ist die Rotor
wicklung 3 mit einer Erkennungsschaltung 8 für den Null
durchgang (Nulldurchgangdetektor) verbunden, dessen Aus
gang mit dem Stopeingang eines Positionszählers 9 verbunden
ist. Sein Startsignal erhält dieser Positionszähler 9
vom Adressenzähler 7, welcher in jedem Sinus- oder
Cosinuszyklus beim Aufrufen einer bestimmten Adresse,
z.B. beim Aufrufen der jeweils ersten Adresse eines
Zyklus, ein Signal abgibt, welches den Positionszähler 9
startet. Zwischen diesem Startimpuls und dem nächst
folgenden, vom Nulldurchgangsdetektor 8 abgegebenen
Stopimpuls zählt dieser Positionszähler 9 Impulse, die
ihm vom Oszillator 6 übermittelt werden, dessen Frequenz
groß ist gegen die Frequenz der Wechselströme, die die
Statorwicklungen 1 und 2 erregen. Der Zählerstand des
Positionszählers 9 ist unmittelbar ein Maß für die Dreh
winkelstellung der Rotorwicklung 3. Die Position der
Rotorwicklung, repräsentiert durch den Zählerstand im
Ausgabezähler 15, kann mittels eines Anzeigegerätes 13
digital angezeigt oder nach entsprechender Umformung
analog angezeigt oder auf andere Weise ausgegeben werden.
Dem Positionszähler 9 ist ein Ausgabezähler 15 nachge
schaltet, in welchen der Zählerstand des Positions
zählers 9 am Ende eines jeden Meßzyklus, welches mit
dem Ansprechen des Nulldurchgangsdetektors 8 zusammen
fällt, als Anfangszählerstand übertragen wird. Die
Rotorposition wird im Takt der Frequenz des magnetischen
Drehfeldes ermittelt, kann aber auch mit der doppelten
Frequenz ermittelt werden, wenn man den Positionszähler 9
beispielsweise mit jedem Nulldurchgang des Wechselstroms
in der einen oder in der anderen Statorwicklung 1 oder
2 starten läßt.
Zum Ermitteln der Drehgeschwindigkeit der Rotorwicklung
3 ist ein Mikroprozessor 11 vorgesehen, der ebenfalls
vom Oszillator 6 getaktet ist und dem die Ergebnisse der
Drehwinkelstellungsbestimmungen in Gestalt der Zähler
stände des Positionszählers 9 übermittelt werden. Aus
aufeinanderfolgenden Drehwinkelstellungsbestimmungen
errechnet der Mikroprozessor 11 eine Winkeldifferenz,
und da dies in gleichbleibendem Takt geschieht, ist die
Winkeldifferenz unmittelbar proportional zur Drehge
schwindigkeit, die durch ein Anzeigegerät 17 ange
zeigt werden kann.
Um auch zwischen zwei aufeinanderfolgenden, im Takt des
erregenden Wechselstroms erfolgenden Positionsmessungen
Winkelpositionen der Rotorwicklung 3 ausgeben zu können,
ist noch ein vorladbarer Aufwärtszähler 16 vorgesehen.
Es könnte sich dabei um einen Zähler handeln, der die
selbe Kapazität hat wie der Positionszähler 9 und der Aus
gabezähler 15; er kann aber auch eine geringere Kapazität
haben: Beispielsweise können der Positionszähler 9
und der Ausgabezähler 15 eine Kapazität von 14 Bit
haben, während der Aufwärtszähler 16 nur eine Kapazität
von 10 Bit hat. Die Kapazität des Aufwärtszählers 16
ist so ausgenutzt, daß er mit Ablauf einer Zeitspanne,
in welcher der Positionszähler 9 eine einem Winkel von
0 bis 360° entsprechende Anzahl von Zählimpulsen gezählt
hat, überläuft; er wird deshalb nicht mit demselben
Zähltakt versorgt wie der Positionszähler 9, sondern mit
einem im Verhältnis 1 : 16 heruntergeteilten Takt; dafür
ist ein Frequenzteiler 17 vorgesehen.
Der vorladbare Aufwärtszähler 16 wird bei jedem Zyklus
start des Positionszählers 9 mit der Messung der Dreh
winkelstellung synchronisiert. Zwischen den Drehwinkel
stellungsmessungen läuft er frei. Er wird vom Mikro
prozessor 11 jeweils mit den höchstwertigen 10 Bits der
Drehgeschwindigkeit vorgeladen und dann mit 1/16 des
Zähltaktes des Positionszählers hochgezählt. Bei Überlauf
lädt sich der Aufwärtszähler 16 selbsttätig nach auf den
Wert der Drehgeschwindigkeit, mit dem er vorgeladen war,
und gibt einen Überlaufimpuls als Zählimpuls an den Ausgabe
zähler 15 ab, um dessen Zählerstand - je nach der Dreh
richtung des Rotors - zu erhöhen oder zu erniedrigen. Da
durch, daß der Aufwärtszähler auf einen der Drehge
schwindigkeit entsprechenden Zählerstand vorgeladen wird,
wirkt er als Taktteiler, dessen Teilverhältnis durch die
Drehzahl bestimmt wird. Ruht der Rotor, dann läuft der
Aufwärtszähler nicht über, bevor der Positionszähler
9 die nächste gemessene Drehwinkelstellung an den Aus
gabezähler 15 übermittelt, und es werden keine extra
polierten Zwischenwerte ausgegeben. Je schneller der
Rotor sich dreht, desto höher ist der Zählerstand, auf
welchen der Aufwärtszähler 16 vorgeladen wird, und desto
dichter wird die Folge der Überlaufimpulse, die den
Zählerstand des Ausgabezählers 16 erhöhen oder erniedrigen
und dadurch extrapolierte Positionsanzeigen bewirken.
Verwendet man einen Oszillator mit einer Taktfrequenz
von 20 MHz und unterteilt man eine vollständige Sinus
schwingung in 214 Stützstellen, deren Adressen im
20 MHz Takt abgefragt werden, und startet man in jeder
Sinus-Periode eine Drehwinkelstellungsmessung, dann er
folgen die Drehwinkelstellungsmessungen bei stillstehendem
Rotor alle 819,2 µs. Bei einem ausgeführten Drehmelder
mit einer maximalen Drehzahl von 9155 Umdrehungen pro
Minute entsprechend 152,5 Umdrehungen pro Sekunde wird
bei dem erfindungsgemäßen Drehmelder bei dieser maximalen
Drehzahl ungefähr jede µs vom Aufwärtszähler 16 ein Über
laufimpuls abgegeben und damit ungefähr jede µs ein neuer,
durch Extrapolation gewonnener Wert der Drehwinkelstellung
ausgegeben.
Ist die Drehbewegung des Rotors beschleunigt, kann der
Mikroprozessor aus aufeinanderfolgenden Drehgeschwindig
keitsmessungen die Winkelbeschleunigung berechnen und
die extrapolierten Winkelwerte in Abhängigkeit von der
Winkelbeschleunigung korrigieren, solange die Winkel
beschleunigung einen Maximalwert nicht überschreitet.
Da der Zählerstand des Ausgabezählers 15 je nach Dreh
richtung des Rotors durch die vom Aufwärtszähler kommen
den Überlaufimpulse entweder erhöht oder erniedrigt wird,
kann durch ein weiteres Anzeigegerät 18 auch die Dreh
richtung angezeigt werden.
Zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Dreh
winkelbestimmung läßt man z.B. den in die Statorwicklung 1
eingespeisten Wechselstrom einmal pro Sekunde für die Dauer
einer Periode ausfallen und übernimmt den dann gemessenen
Wert der Zeitspanne als Korrekturwert in einen Speicher
des Mikroprozessors 11. Bei den folgenden, bei rotierendem
Feldstärkevektor gewonnenen Meßwerten subtrahiert man den
gespeicherten Korrekturwert von den dann gemessenen Zeit
spannen. Das kann einfach dadurch geschehen, daß man den
Korrekturwert vorzeichenrichtig als Vorladewert in den
Positionszähler 9 eingibt.
Kann die Bestimmung des Positionswertes nicht bei ruhendem
Rotor durchgeführt werden, dann vergleicht der Mikro
prozessor die vor und nach der Messung des Korrektur
wertes bestimmten Drehgeschwindigkeiten und verwirft
den Meßwert, wenn sie nicht übereinstimmen. Bei gleich
bleibender Drehgeschwindigkeit berechnet der Mikro
prozessor nach der Formel
einen Korrekturwinkel δ und ermittelt daraus eine Zeit
spanne
um welche der gemessene Korrekturwert der Zeitspanne je
nach Drehrichtung des Rotors erhöht oder herabgesetzt wird,
bevor er eingespeichert und in den Positionszähler 9 vorge
laden wird.
Claims (7)
1. Verfahren zum Bestimmen der Drehwinkelstellung einer
drehbar gelagerten elektrischen Wicklung (Rotorwick
lung) durch Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes am Ort
der Rotorwicklung, dessen Feldstärkevektor mit einer Ge
schwindigkeit rotiert, welche groß gegen die Drehgeschwindig
keit der Rotorwicklung ist, und Messen der Zeitspanne zwi
schen dem Durchlauf des Feldstärkevektors durch eine vorge
gebene Winkellage und dem nächsten positiven oder negativen
Nulldurchgang des infolge magnetischer Induktion in der
Rotorwicklung fließenden elektrischen Wechselstroms,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Drehbewegung des
Feldstärkevektors in Zeitabständen für eine kurze Dauer
in jener vorgegebenen Winkellage unterbricht, während
dieser Dauer die Amplitude der Feldstärke sinus- oder
cosinusförmig mit der Kreisfrequenz des rotierenden
Feldstärkevektors schwanken läßt, die Zeitspanne bis
zum nächsten Nulldurchgang des in der Rotorwicklung
fließenden Wechselstroms mißt, den Meßwert als Korrektur
wert Δ T speichert und ihn von den nachfolgend bei
rotierendem Feldstärkevektor gewonnenen Meßwerten der
Zeitdauer subtrahiert, bis er beim nächsten Stillstand
des Feldstärkevektors durch einen in gleicher Weise er
mittelten Korrekturwert ersetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das magnetische Drehfeld durch Überlagerung
zweier senkrecht zueinander linear polarisierter Magnet
felder erzeugt wird, die mit gleicher Frequenz, aber in
der Phase um 90° gegeneinander verschoben, schwingen, und
daß die vorgegebene Winkellager des rotierenden Feld
stärkevektors, bei welcher die Messung der Zeitspanne bis
zum nächsten Nulldurchgang des Wechselstroms in der Rotor
wicklung beginnt, ein Nulldurchgang der Feldstärke eines
der beiden linear polarisierten Magnetfelder ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehbewegung des rotierenden Magnetfeld
vektors dadurch unterbrochen wird, daß man die Erzeugung
eines der beiden linear polarisierten Magnetfelder unter
bricht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Erzeugung jenes linear polarisierten
Magnetfeldes unterbricht, bei dessen Nulldurchgang die
Zeitmessung beginnt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Erzeugung jenes linear polarisierten
Magnetfeldes unterbricht, dessen Feldvektor einen weniger
als 45° betragenden Winkel mit dem Flächennormalenwinkel
der Rotorwicklung einschließt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß man die Drehung des Feld
stärkevektors für die Dauer einer Periode des magnetischen
Drehfeldes unterbricht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei gleichförmig bewegter Rotorwicklung aus zwei
aufeinanderfolgenden Bestimmungen der Drehwinkelstellung der
Rotorwicklung und aus der Zeitspanne zwischen ihnen die
Drehgeschwindigkeit der Rotorwicklung bestimmt und daraus
nach der Formel
ein zweiter Korrekturwinkel δ berechnet wird, worindie Winkelgeschwindigkeit der Rotorwicklung und
ω die vorgegebene Kreisfrequenz des magnetischen Drehfeldes ist,und daß man den Korrekturwert nach der Formel in eine Zeitspanne Δ t umrechnet, welche man von dem bei ruhender Rotorwicklung bestimmten Korrekturwert Δ T₀ zur Bildung eines den Einfluß der Rotordrehung berücksichtigenden KorrekturwertesΔ T = Δ T₀-Δ tsubtrahiert.
ω die vorgegebene Kreisfrequenz des magnetischen Drehfeldes ist,und daß man den Korrekturwert nach der Formel in eine Zeitspanne Δ t umrechnet, welche man von dem bei ruhender Rotorwicklung bestimmten Korrekturwert Δ T₀ zur Bildung eines den Einfluß der Rotordrehung berücksichtigenden KorrekturwertesΔ T = Δ T₀-Δ tsubtrahiert.
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