Ingenieurbüro für Leistungselektronik und Antriebe
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Digitale und analoge Elektronik

Winkelmessung mit dem Resolver — Grundlagen

Elektrische Antriebe mit erhöhten Anforderungen an Zuverlässigkeit oder Genauigkeit verwenden meist einen sogenannten Resolver als absolut anzeigenden Lagegeber. Ein Resolver besteht üblicherweise aus zwei um 90° (el.) gegeneinander verdrehten Wicklungen im Stator, in der Abbildung rechts als d- und q-Wicklung dargestellt (für eine vergrößerte Darstellung bitte anklicken). Im Rotor befindet sich ebenfalls eine Wicklung, am linken Rand in der Abbildung dargestellt. Diese drei Wicklungen teilen sich einen gemeinsamen magnetischen Kreis, welcher sich über den Luftspalt zwischen Rotor- und Statorwicklung schließt. Durch den Aufbau der Wicklungen ist die magnetische Kopplung zwischen der Rotorwicklung und den Statorwicklungen vom Winkel zwischen Rotor und Stator abhängig.

Die Rotorwicklung wird mit einem Wechselstromsignal erregt. Entsprechend der magnetischen Kopplung induziert dieses Erregersignal in den Statorwicklungen ebenfalls zwei Wechselspannungen, deren Amplitude nun jedoch vom Winkel zwischen Rotor und Stator abhängt. Die Signale der Statorwicklungen werden also mit dem Rotorwinkel in der Amplitude moduliert, wie das mittlere Bild zeigt.
Bei einem Rotorwinkel von 90° ist ein Phasensprung des Signals an der d-Wicklung (blau) erkennbar, bei 180° der gleiche Phasensprung an der q-Wicklung (rot). An diesen Stellen ändern die jeweiligen Kopplungsfaktoren zwischen Rotor- und Statorwicklung ihr Vorzeichen.

Um Schleifringe und den damit verbundenen mechanischen Verschleiß zu vermeiden, wird das Erregersignal über zwei weitere Wicklungen berührungslos vom Stator auf den Rotor übertragen. Diese Wicklungen sind konzentrisch auf einem gemeinsamen magnetischen Kreis angeordnet. Sie bilden einen Drehtransformator, dessen magnetische Kopplung zwischen Primärwicklung im Stator und Sekundärwicklung unabhängig vom Winkel zwischen Rotor und Stator ist. Dieser Drehtrafo ist zwischen Rotor- und Statorwicklungen dargestellt.

Fortsetzung: Auswertung von Resolver-Signalen