¿Cómo interpretar la precisión del ángulo del resolver y el error eléctrico?

En el control de motores, accionamientos eléctricos de vehículos de nueva energía, selección o pruebas de servosistemas, los ingenieros preguntan con mayor frecuencia: '¿Cuál es la precisión de este solucionador?' Sin embargo, las hojas de datos a menudo enumeran parámetros como 'Error eléctrico ≤ ±10′', 'Precisión del ángulo ±15′', 'Resolución 16 bits', etc., que pueden confundir fácilmente a las personas.

¿El error eléctrico y la precisión del ángulo son lo mismo? ¿Cuánto mide exactamente 10′? ¿Cómo se debe leer la hoja de datos sin dejarse engañar por los números?

I. Primero, distinga dos conceptos: Precisión del ángulo ≠ Error eléctrico

Un resolver en sí mismo emite señales analógicas de seno/coseno, no un ángulo digital directamente. Requiere un RDC (convertidor de resolución a digital) posterior o una demodulación de software para obtener el valor del ángulo.

Por lo tanto, lo que comúnmente llamamos 'precisión de ángulo' es en realidad una  especificación a nivel de sistema  que incluye al menos:

• El propio error eléctrico del resolutor.

• Error del decodificador (RDC)

• Excentricidad de montaje y tolerancias de montaje.

• Errores de cables, blindaje y acondicionamiento de señales.

'Error eléctrico' es la desviación angular inherente del cuerpo del resolutor en condiciones ideales de decodificación. Puede entenderse como la 'precisión bruta' del solucionador.

Una analogía:

• El error eléctrico del resolver es como el error de graduación de una regla misma;

• La precisión del ángulo es como el error de medición final cuando se usa esa regla para medir una pieza de trabajo.

• La precisión de la regla depende del error eléctrico; La exactitud de la medición también depende de qué tan firme sea su mano y qué tan bien la lea.

Por lo tanto, el error eléctrico es la especificación intrínseca central del resolutor, pero no es toda la historia de la precisión del sistema.

II. ¿Qué es un error eléctrico y de dónde viene?

En condiciones ideales de excitación y decodificación, la desviación entre el ángulo calculado a partir de las señales de salida del resolver y el ángulo mecánico verdadero es el error eléctrico.

La unidad común es el minuto de arco, denotada por ′.

Conversión:

•  1° = 60′

•  10′ = 10/60° ≈ 0,167°

•  1′ ≈ 0,0167°

Por ejemplo, si la hoja de datos dice 'Error eléctrico ≤ ±10′', significa que en cualquier posición, la desviación entre el ángulo decodificado y el ángulo verdadero no supera los 10 minutos de arco, aproximadamente 0,167°.

Las principales fuentes de errores eléctricos incluyen:

Estos factores se combinan para formar la curva de error eléctrico del resolutor.

III. ¿Cómo leer 'Error eléctrico' en una hoja de datos?

Cuando vea 'Error eléctrico ≤ ±10′' en una hoja de datos, no se limite a mirar el número. Primero haga tres preguntas:

1. ¿La unidad es un ángulo mecánico o un ángulo eléctrico?

Esto es especialmente importante para los resolutores multipolares.

Para un resolver unipolar, el ángulo mecánico es igual al ángulo eléctrico, por lo que no es necesaria ninguna distinción. Pero para resolutores multipolares:

Ángulo eléctrico = Ángulo mecánico × Número de pares de polos

Si un resolutor de 4 pares de polos especifica 'Error eléctrico ≤ ±10′' y se refiere a un error de ángulo eléctrico, entonces el error de ángulo mecánico equivalente es solo:

10′ ÷ 4 = 2,5′

La precisión mecánica es en realidad mayor.

Pero si especifica un error de ángulo mecánico de ±10′, entonces el error de ángulo eléctrico equivalente se convierte en:

10′ × 4 = 40′ ≈ 0,667° eléctrico

Esto podría estar acercándose al límite superior para aplicaciones FOC (control orientado a campo).

Por lo tanto, cuando vea un error eléctrico, primero confirme si se trata de un error de ángulo mecánico o de un error de ángulo eléctrico.  Muchos fabricantes de resolutores utilizan por defecto el error en el dominio del ángulo eléctrico, pero las prácticas varían. Si es necesario, solicite aclaraciones al fabricante original.

2. ¿Cuáles son las condiciones de la prueba?

El error eléctrico no se soluciona; se ve afectado por la temperatura, la velocidad, el voltaje de excitación y la frecuencia.

Las declaraciones de hojas de datos comunes incluyen:

·  Error eléctrico a temperatura ambiente ≤ ±10′

·  Error eléctrico de temperatura total ≤ ±15′

·  Error dinámico de 0~10000 rpm ≤ ±20′

Mirar únicamente las especificaciones de temperatura ambiente es insuficiente. Para accionamientos eléctricos de vehículos de nueva energía, aplicaciones de servos de alta temperatura, etc., debe prestar atención al error eléctrico en todos los rangos de temperatura y velocidad.

3. ¿Es error máximo, pico a pico o RMS?

El error eléctrico se puede expresar de varias formas:

•  Error absoluto máximo : la desviación absoluta máxima entre todos los puntos medidos

•  Error pico a pico : la diferencia entre la desviación positiva máxima y la desviación negativa máxima

•  Error RMS : valor cuadrático medio, que refleja el nivel de error general

Las hojas de datos generalmente especifican 'error eléctrico máximo' o 'error eléctrico de pico a pico'. Si simplemente dice 'Precisión ±10′', generalmente se entiende como error absoluto máximo.

IV. ¿Cómo interpretar la curva de error?

Si puede obtener el informe de prueba del resolutor, la mejor manera es inspeccionar directamente la curva de error.

Una curva de error eléctrico típica tiene un ángulo mecánico en el eje horizontal y un error en el eje vertical. La forma de la curva ayuda a identificar las fuentes de error.

Características de error comunes:

Regla general:

Cuanto más suave y regular sea la curva de error, más estable será el proceso de fabricación del resolver y el error será predecible y compensable.
Si la curva tiene muchos fallos o saltos grandes, primero verifique el entorno de prueba, el blindaje y la calidad de la señal de excitación, en lugar de apresurarse a juzgar la precisión del resolutor.

En servoaccionamientos o sistemas de accionamiento eléctricos, algunas soluciones implementan tablas de compensación de errores. Sin embargo, la compensación requiere que el error sea repetible. Si el error varía en cada prueba, la compensación no tiene sentido.

V. Breve método práctico para medir el error eléctrico.

Si desea medir usted mismo el error eléctrico del resolutor, el método básico es:

1. Utilice un codificador de alta precisión, una rejilla óptica o un cabezal indexador como referencia del ángulo.

2. Proporcionar señales de excitación estándar al resolutor.

3. Adquiera simultáneamente las salidas seno/coseno del resolutor.

4. Decodifica el ángulo mediante un RDC o algoritmo.

5. Compare con el ángulo de referencia y registre el error en 360°.

6. Calcule el error máximo, pico a pico, RMS y trace la curva de error.

Precauciones durante la prueba:

• Mantenga la velocidad baja para evitar mezclar errores dinámicos.

• Utilice cables cortos, adquisición diferencial y blindaje.

• Configure la frecuencia de excitación y el voltaje para que coincidan con las condiciones de funcionamiento reales.

• Para resolutores multipolares, registre claramente si el resultado es un ángulo eléctrico o mecánico.

VI. ¿Cómo utilizar estas especificaciones en la selección?

Ejemplo:

Supongamos que un motor tiene 4 pares de polos y el control FOC requiere que el error de ángulo eléctrico se controle dentro de 1° eléctrico.

Si el error eléctrico del resolutor es ±10′ eléctrico, es decir, aproximadamente ±0,167° eléctrico, el error del cuerpo es pequeño. Después de agregar los errores de decodificador y montaje, el error del ángulo eléctrico general del sistema aún se puede mantener dentro de 1°, por lo que la solución es factible.

Sin embargo, si otro resolutor especifica un error de ángulo mecánico de ±10′, entonces, para un motor de 4 pares de polos, el error de ángulo eléctrico se amplificará a aproximadamente ±0,667°. Después de agregar tolerancias de decodificación y ensamblaje, el error del ángulo eléctrico general puede acercarse o incluso exceder 1°, lo que requiere una reevaluación.

Por lo tanto, al seleccionar un solucionador, no se limite a comparar números; convierta todo a ángulo eléctrico de manera uniforme y luego agregue el presupuesto de error del sistema.

Conclusión

El error eléctrico es el indicador principal de la precisión del cuerpo del resolutor, pero no es toda la historia de la precisión del ángulo del sistema. Para comprender adecuadamente la precisión del resolutor, son esenciales tres puntos clave:

1. Distinguir entre error eléctrico y precisión del ángulo a nivel del sistema;

2. Confirme si la unidad es de ángulo mecánico o eléctrico;

3. Considere las condiciones de prueba, las curvas de error y las condiciones operativas reales.

Que el número luzca bien sobre el papel es una cosa; si es estable y preciso cuando se integra en el sistema es el criterio fundamental.