Anordnung zur Erzeugung einer Frequenz Beim Betrieb von Kurzschlußläufermaschinen
über spannungs- und frequenzgesteuerte Wechselrichter ergibt sich ein stabiler Betrieb
ohne Kippverhalten, wenn man die Schlupffrequenz des Kurzschlußläufers auf einem
vorgegebenen Wert hält. Dazu benötigt man eine Vorrichtung, welche zur Drehzahl
der Maschine die gewünschte Schlupfdrehzahl oder zu der der Drehzahl entsprechenden
Frequenz die gewünschte Schlupffrequenz addiert. Die Drehzahladdition kann in bekannter
Weise mit Hilfe eines mechanischen Differentials erfolgen. Es ist aber in vielen
Fällen erwünscht, auf der Maschinenwelle nur einen einfachen Geber anzubringen.
Bekannt sind optische Geber, welche eine große Anzahl von Impulsen pro Umdrehung
liefern. Diese Impulse können nach bekannten Methoden digital weiterverarbeitet
werden. Optische Geber sind aber mechanisch empfindlich und störanfällig. Für Geber
an elektrischen Maschinen eignen sich magnetische Geber wegen ihrer Robustheit besser.
Die magnetischen Geber können aber bei gleichem Durchmesser nur wesentlich weniger
Impulse pro Umdrehung liefern als optische Geber; rein digitale Verfahren sind deswegen
mit magnetischen Gebern im allgemeinen nicht möglich. Entsprechendes gilt beispielsweise
für kapazitive Geber.Arrangement for generating a frequency when operating squirrel cage machines
Stable operation results from voltage and frequency controlled inverters
without tilting behavior, if you consider the slip frequency of the squirrel cage on a
holds the specified value. To do this, you need a device that allows for the speed
the desired slip speed of the machine or that corresponding to the speed
Frequency adds the desired slip frequency. The speed addition can be known in
Way done with the help of a mechanical differential. But it is in many
In some cases, it is desirable to mount only a simple encoder on the machine shaft.
Optical encoders are known which generate a large number of pulses per revolution
deliver. These impulses can be digitally processed using known methods
will. Optical encoders are, however, mechanically sensitive and prone to failure. For donors
Magnetic encoders are better suited to electrical machines because of their robustness.
The magnetic encoders can only do much less with the same diameter
Provide pulses per revolution as an optical encoder; Therefore, purely digital processes are
generally not possible with magnetic encoders. The same applies, for example
for capacitive encoders.
Es ist bereits bekannt, bei der Messung der Differenz zweier Drehzahlen
die Drehzahlen mittels magnetischer Geber durch drehzahlproportionale Frequenzen
abzubilden und diese einem Modulator zuzuführen, der die Differenz beider Frequenzen
bildet.It is already known when measuring the difference between two speeds
the speeds by means of magnetic encoders through speed-proportional frequencies
map and feed them to a modulator, which calculates the difference between the two frequencies
forms.
Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß der Geber
unmittelbar die drehzahlproportionale Frequenz liefert, Störeinflüsse also in voller
Größe Eingang finden.The disadvantage of such an arrangement is that the encoder
directly supplies the frequency proportional to the speed, i.e. interference in full
Greatness find entrance.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese nachteilige Störempfindlichkeit
zu beseitigen. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung einer Frequenz
f, die gleich der Summe oder Differenz aus einer der Drehzahl einer Maschine proportionalen
Frequenz p . f" und einer veränderlichen Zusatzfrequenz p - f, ist.
Erfindungsgemäß wird mit Hilfe einer Geberanordnung zu der drehzahlproportionalen
Frequenz p - f" eine konstante Hilfsfrequenz f, von relativ hoher Frequenz
addiert und von der Summe (fo + p - f") in an sich bekannter Weise eine Frequenz
subtrahiert, die gleich der Differenz oder Summe von Hilfsfrequenz fo und Zusatzfrequenz
p - f, ist.The object of the invention is to eliminate this disadvantageous susceptibility to interference. The invention relates to an arrangement for generating a frequency f which is equal to the sum or difference of a frequency p proportional to the speed of a machine. f "and a variable additional frequency p -. f, is according to the invention is p by means of a sensor device to the speed-proportional frequency - f" a constant auxiliary frequency f, added by a relatively high frequency and of the sum (fo + p - f ") in a In a known manner, a frequency is subtracted which is equal to the difference or sum of the auxiliary frequency fo and the auxiliary frequency p - f.
Der Vorteil der vorstehend beschriebenen Anordnung besteht darin,
daß sie auf Grund der Verwendung einer Trägerfrequenz f, weitgehend störunempfindlich
ist. Die Geberanordnung kann dabei so aufgebaut werden, daß ein mit p Polpaaren
mehrpolig magnetisierter Ringmagnet umläuft und daß die Frequenzaddition mit Hilfe
zweier oder mehrerer Hallsonden erfolgt, die mit gegeneinander phasenverschobenen
Steuerströmen der Frequenz fo gespeist werden.The advantage of the arrangement described above is that
that they are largely insensitive to interference due to the use of a carrier frequency f
is. The encoder arrangement can be constructed in such a way that one with p pole pairs
multi-pole magnetized ring magnet revolves and that the frequency addition with the help
two or more Hall probes takes place, which are phase-shifted with one another
Control currents of frequency fo are fed.
An Hand von Zeichnungen sei ein schematisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt.A schematic exemplary embodiment is given with reference to the drawings
of the invention shown.
In F i g. 1 liefert der Generator 1 zwei um 90° gegeneinander verschobene
Spannungen der Frequenz fo. Die Verstärker 2a und 2b verstärken diese
Spannungen und speisen die Übertrager 3a und 3b, deren Sekundärwicklungen den Steuerstrom
für je eine Hallsonde 4a und 4b liefern. Diese Hallsonden liegen im
Luftspalt eines magnetischen Gebers mit p Polpaaren, der die Umlauffrequenz
fn besitzt. Durch entsprechende Anordnung der Hallsonden im Geber läßt sich eine
Einseitenband-Modulation nach der bekannten Gleichung sin2-,-c-(fo+p-fn)=sin2-,-c-focos2@z-fn+cos2-ic-fo-sin2-ir-
f. erzielen, indem man die Hallspannungen beider Sonden in Reihe schaltet. Der Verstärker
5 verstärkt die Summe der Hallsignale. Ein Generator 6 liefert die Summen- oder
Differenzspannung fo T fs. Der Modulator 7 bildet die Differenz von (f, -f-
p - fn) (f, :F f,), so daß sich die gewünschte Summenfrequenz
p - (ft ± f,) ergibt. Diese kann durch die Frequenzuntersetzungsstufe 8 auf
die Frequenz f. ± fs reduziert werden.In Fig. 1, the generator 1 supplies two voltages with a frequency fo that are shifted by 90 ° relative to one another. The amplifiers 2a and 2b amplify these voltages and feed the transformers 3a and 3b, the secondary windings of which supply the control current for one Hall probe 4a and 4b each. These Hall probes are located in the air gap of a magnetic encoder with p pole pairs, which has the rotational frequency fn. A single sideband modulation according to the well-known equation sin2 -, - c- (fo + p-fn) = sin2 -, - c-focos2 @ z-fn + cos2-ic-fo-sin2 can be achieved by appropriate arrangement of the Hall probes in the encoder -ir- f. by connecting the Hall voltages of both probes in series. The amplifier 5 amplifies the sum of the Hall signals. A generator 6 supplies the sum or difference voltage fo T fs. The modulator 7 forms the difference between (f, -f- p- fn) (f,: F f,), so that the desired sum frequency p - (ft ± f,) results. This can be reduced to the frequency f. ± fs by the frequency reduction stage 8.
Die F i g. 2 zeigt den Aufbau eines für diese Anordnung geeigneten
magnetischen Gebers. Ein Ringmagnet 9 aus hartmagnetischem Material wird auf seinem
Umfang mit p Polpaaren magnetisiert und läuft mit der Motorwelle um. Die beiden
feststehenden
Hallsonden 4a und 4b werden tangential
gehalten und sind so angeordnet, daß sie um K:1- 1/2 Polteilungen am Umfang gegeneinander
versetzt sind (K = 1, 2, 3 ... ).The F i g. 2 shows the structure of a magnetic encoder suitable for this arrangement. A ring magnet 9 made of hard magnetic material is magnetized on its circumference with p pole pairs and rotates with the motor shaft. The two stationary Hall probes 4a and 4b are held tangentially and are arranged in such a way that they are offset from one another by K: 1- 1/2 pole pitches on the circumference (K = 1, 2, 3 ...).
Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf den beschriebenen magnetischen
Geber, sondern auf alle Geberanordnungen, die es gestatten, der Drehfrequenz
p - f" eine Trägerfrequenz zu überlagern. Die Erfindung hat den Vorteil,
daß die Summierung auch bei kleinen Drehzahlen und bei Änderungen der Drehrichtung
verwendet werden kann, ohne daß dabei sehr kleine Frequenzen verarbeitet werden
müssen. Es können also Verstärker und sonstige Elemente für ein schmales Frequenzband
ausgelegt werden, wenn die Trägerfrequenz fo ein Mehrfaches der auftretenden Frequenzen
p - fo und p - f, beträgt. In diesem Fall müssen nur die Bausteine
7 und 8 ein breites Frequenzband verarbeiten. Das kann man in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung dadurch erreichen, daß man die Frequenz fo sehr hoch wählt und die
Differenz zwischen der Frequenz (f(, + p - f.) und (f, -T p # f3)
in an sich bekannter Weise mit Hilfe digitaler Elemente bildet.The invention relates not only to the magnetic encoder described, but to all encoder arrangements which allow a carrier frequency to be superimposed on the rotational frequency p - f ". The invention has the advantage that the summation even at low speeds and when the direction of rotation changes can be used without having to process very small frequencies, so amplifiers and other elements can be designed for a narrow frequency band if the carrier frequency fo is a multiple of the frequencies p- fo and p- f only have to process a wide frequency band for the modules 7 and 8. This can be achieved in a further embodiment of the invention by choosing the frequency fo very high and the difference between the frequency (f (, + p - f.) and (f , -T p # f3) in a manner known per se with the aid of digital elements.
Die Erzeugung der Frequenz fo :F p - f3 mit Hilfe eines Generators
kann Schwierigkeiten bereiten, da an die beiden Generatoren 1 und 6 in F i g. 1
hohe Anforderungen in bezug auf konstante Frequenz gestellt werden. Das kann erfindungsgemäß
dadurch beseitigt werden, daß die zur Frequenzbildung benötigte Frequenz fo T-
p - f3 in an sich bekannter Weise durch Summierung der beiden Frequenzen
f, und p . f8
gebildet wird. Diese Summierung kann dadurch erleichtert werden,
daß man zunächst die Frequenzen K # f, und K - p - f3 durch Generatoren
erzeugt, dann die Summenfrequenz K# (fo T- f3) durch digitale Rechenoperationen
bildet und die Frequenzen K - fo und K - (f, T- p - f3) durch Frequenzuntersetzung
in die benötigten Frequenzen fo und fo T- p - f3 umformt. Die Erhöhung der
Frequenzen um den Faktor K ermöglicht es, digitale Verfahren anzuwenden, wenn der
Faktor K so hoch gewählt wird, daß damit die benötigte Auflösung erzielt wird. Ein
schematisches Ausführungsbeispiel zeigt die F i g. 3. Der Generator 11 liefert die
Frequenz K - f, und der Generator 61 die Frequenz K # p - f3. Die
Modulationsstufe 62 bildet digital die Summenfrequenz K- (f, :F p - f.),
und die Untersetzung 63 bildet die Frequenz (f, T- p # f3). Entsprechend
bildet die Untersetzung 13 die Frequenz fo mit zwei um 90° verschobene Phasen. Die
Filter 14a und 14b erzeugen die für die Speisung des Gebers benötigte sinusförmige
Ausgangsgröße der Frequenz fo. Die Weiterverarbeitung der Signale kann dann wie
in F i g. 1 erfolgen.The generation of the frequency fo : F p - f3 with the aid of a generator can cause difficulties, since the two generators 1 and 6 in FIG. 1 high demands are made with regard to constant frequency. According to the invention, this can be eliminated by adding the frequency fo T- p- f3 required for frequency formation in a manner known per se by adding up the two frequencies f 1 and p. f8 is formed. This summation can be facilitated by first generating the frequencies K # f, and K - p - f3 by generators, then forming the sum frequency K # (fo T- f3) by digital arithmetic operations and the frequencies K - fo and K - (f, T- p - f3) converted into the required frequencies fo and fo T- p - f3 by frequency reduction. Increasing the frequencies by the factor K makes it possible to use digital methods if the factor K is chosen so high that the required resolution is achieved with it. A schematic embodiment is shown in FIG. 3. The generator 11 supplies the frequency K - f, and the generator 61 the frequency K # p - f3. The modulation stage 62 digitally forms the sum frequency K- (f,: F p - f.), And the reduction 63 forms the frequency (f, T- p # f3). Correspondingly, the reduction 13 forms the frequency fo with two phases shifted by 90 °. The filters 14a and 14b generate the sinusoidal output variable of the frequency fo required for feeding the encoder. The further processing of the signals can then be carried out as in FIG. 1 take place.