Come interpretare la precisione dell'angolo del risolutore e l'errore elettrico?

Nel controllo dei motori, negli azionamenti elettrici dei veicoli di nuova energia, nella selezione dei servosistemi o nei test, gli ingegneri chiedono più spesso: 'Qual è la precisione di questo risolutore?' Tuttavia, le schede tecniche spesso elencano parametri come 'Errore elettrico ≤ ±10′', 'Precisione dell'angolo ±15′', 'Risoluzione 16 bit', ecc., che possono facilmente confondere le persone.

L’errore elettrico e la precisione angolare sono la stessa cosa? Quanto misura esattamente 10′? Come leggere la scheda tecnica senza lasciarsi ingannare dai numeri?

I. Innanzitutto, distinguere due concetti: precisione angolare ≠ errore elettrico

Un risolutore stesso emette segnali seno/coseno analogici, non direttamente un angolo digitale. Richiede una successiva RDC (convertitore risolutore-digitale) o una demodulazione software per ottenere il valore dell'angolo.

Pertanto, ciò che comunemente chiamiamo 'precisione angolare' è in realtà una  specifica a livello di sistema  che include almeno:

• Errore elettrico proprio del risolutore

• Errore del decodificatore (RDC).

• Eccentricità di montaggio e tolleranze di assemblaggio

• Errori derivanti da cavi, schermatura e condizionamento del segnale

L''errore elettrico' è la deviazione angolare intrinseca del corpo del risolutore in condizioni ideali di decodifica. Può essere intesa come la 'precisione pura' del risolutore.

Un'analogia:

• L'errore elettrico del risolutore è come l'errore di graduazione di un righello stesso;

• La precisione dell'angolo è come l'errore di misurazione finale quando si utilizza quel righello per misurare un pezzo.

• La precisione del righello dipende dall'errore elettrico; se la misurazione è accurata dipende anche da quanto è ferma la tua mano e da quanto finemente la leggi.

Pertanto, l'errore elettrico è la specifica intrinseca fondamentale del risolutore, ma non è tutto per quanto riguarda l'accuratezza del sistema.

II. Cos'è l'errore elettrico e da dove viene?

In condizioni ideali di eccitazione e decodifica, la deviazione tra l'angolo calcolato dai segnali di uscita del risolutore e l'angolo meccanico reale costituisce l'errore elettrico.

L'unità comune è il minuto d'arco, indicato con ′.

Conversione:

•  1° = 60'

•  10′ = 10/60° ≈ 0,167°

•  1′ ≈ 0,0167°

Ad esempio, se la scheda tecnica riporta 'Errore elettrico ≤ ±10′', significa che in qualsiasi posizione, la deviazione tra l'angolo decodificato e l'angolo reale non supera i 10 minuti d'arco, circa 0,167°.

Le principali fonti di errore elettrico includono:

Questi fattori si combinano per formare la curva di errore elettrico del risolutore.

III. Come leggere 'Errore elettrico' su una scheda tecnica?

Quando vedi 'Errore elettrico ≤ ±10′' su una scheda tecnica, non limitarti a guardare il numero. Fai prima tre domande:

1. L'unità è un angolo meccanico o un angolo elettrico?

Ciò è particolarmente importante per i risolutori multipolari.

Per un risolutore unipolare, l'angolo meccanico è uguale all'angolo elettrico, quindi non è necessaria alcuna distinzione. Ma per i risolutori multipolari:

Angolo elettrico = Angolo meccanico × Numero di coppie polari

Se un risolutore a 4 coppie specifica 'Errore elettrico ≤ ±10′' e si riferisce all'errore angolare elettrico, l'errore angolare meccanico equivalente è solo:

10′ ÷ 4 = 2,5′

La precisione meccanica è in realtà più elevata.

Ma se specifica un errore angolare meccanico di ±10′, l’errore angolare elettrico equivalente diventa:

10′ × 4 = 40′ ≈ 0,667° elettrico

Questo potrebbe avvicinarsi al limite superiore per le applicazioni FOC (controllo ad orientamento di campo).

Pertanto, quando si vede un errore elettrico, verificare innanzitutto se si tratta di un errore dell'angolo meccanico o di un errore dell'angolo elettrico.  Molti produttori di risolutori utilizzano per impostazione predefinita l'errore del dominio dell'angolo elettrico, ma le pratiche variano. Se necessario, chiedere chiarimenti al produttore originale.

2. Quali sono le condizioni di prova?

L'errore elettrico non è stato risolto; è influenzato dalla temperatura, dalla velocità, dalla tensione di eccitazione e dalla frequenza.

Le dichiarazioni comuni della scheda tecnica includono:

·  Errore elettrico della temperatura ambiente ≤ ±10′

·  Errore elettrico a piena temperatura ≤ ±15′

·  Errore dinamico 0~10000 giri/min ≤ ±20′

Guardare solo le specifiche della temperatura ambiente non è sufficiente. Per gli azionamenti elettrici dei veicoli a nuova energia, le applicazioni servo ad alta temperatura, ecc., è necessario prestare attenzione all'errore elettrico nell'intero intervallo di temperatura e velocità.

3. È errore massimo, picco-picco o RMS?

L’errore elettrico può essere espresso in diversi modi:

•  Errore assoluto massimo : la deviazione assoluta massima tra tutti i punti misurati

•  Errore picco-picco : la differenza tra la massima deviazione positiva e la massima deviazione negativa

•  Errore RMS : valore quadratico medio, che riflette il livello di errore complessivo

Le schede tecniche di solito specificano l''errore elettrico massimo' o l''errore elettrico picco-picco'. Se dice semplicemente 'Precisione ±10′', generalmente viene inteso come errore assoluto massimo.

IV. Come interpretare la curva di errore?

Se è possibile ottenere il rapporto di prova del risolutore, il modo migliore è ispezionare direttamente la curva di errore.

Una tipica curva di errore elettrico ha un angolo meccanico sull'asse orizzontale e un errore sull'asse verticale. La forma della curva aiuta a identificare le fonti di errore.

Caratteristiche comuni degli errori:

Regola generale:

Quanto più liscia e regolare è la curva di errore, tanto più stabile è il processo di produzione del risolutore e tanto più l'errore è prevedibile e compensabile.
Se la curva presenta molti difetti o grandi salti, controllare innanzitutto l'ambiente di test, la schermatura e la qualità del segnale di eccitazione, anziché affrettarsi a giudicare la precisione del risolutore.

Nei servoazionamenti o nei sistemi di azionamento elettrico, alcune soluzioni implementano tabelle di compensazione degli errori. Tuttavia, la compensazione richiede che l’errore sia ripetibile. Se l'errore varia a ogni test, la compensazione non ha senso.

V. Breve metodo pratico per la misura dell'errore elettrico

Se si desidera misurare personalmente l'errore elettrico del risolutore, l'approccio di base è:

1. Utilizzare un encoder ad alta precisione, un reticolo ottico o una testa indicizzatrice come riferimento angolare.

2. Fornire segnali di eccitazione standard al risolutore.

3. Acquisire contemporaneamente le uscite seno/coseno del risolutore.

4. Decodifica l'angolo tramite un RDC o un algoritmo.

5. Confrontare con l'angolo di riferimento e registrare l'errore su 360°.

6. Calcolare l'errore massimo, picco-picco, RMS e tracciare la curva di errore.

Precauzioni durante il test:

• Mantenere la velocità bassa per evitare errori dinamici.

• Utilizzare cavi corti, acquisizione differenziale e schermatura.

• Impostare la frequenza e la tensione di eccitazione in modo che corrispondano alle condizioni operative effettive.

• Per i risolutori multipolari, registrare chiaramente se il risultato è un angolo elettrico o meccanico.

VI. Come utilizzare queste specifiche nella selezione?

Esempio:

Supponiamo che un motore abbia 4 coppie di poli e che il controllo FOC richieda che l'errore dell'angolo elettrico sia controllato entro 1° elettrico.

Se l'errore elettrico del risolutore è di ±10′ elettrico, ovvero circa ±0,167° elettrico, l'errore del corpo è piccolo. Dopo aver aggiunto il decodificatore e gli errori di montaggio, l'errore dell'angolo elettrico complessivo del sistema può ancora essere mantenuto entro 1°, quindi la soluzione è fattibile.

Tuttavia, se un altro risolutore specifica un errore angolare meccanico di ±10′, per un motore a coppie di 4 poli l'errore angolare elettrico verrà amplificato a circa ±0,667°. Dopo aver aggiunto le tolleranze di decodifica e di assemblaggio, l'errore complessivo dell'angolo elettrico può avvicinarsi o addirittura superare 1°, richiedendo una rivalutazione.

Pertanto, quando si seleziona un risolutore, non limitarsi a confrontare i numeri; convertire tutto in angolo elettrico in modo uniforme, quindi aggiungere il budget di errore del sistema.

Conclusione

L'errore elettrico è l'indicatore principale della precisione del corpo del risolutore, ma non è tutto per quanto riguarda la precisione dell'angolo del sistema. Per comprendere correttamente la precisione del risolutore, sono essenziali tre punti chiave:

1. Distinguere tra errore elettrico e precisione angolare a livello di sistema;

2. Confermare se l'unità è ad angolo meccanico o elettrico;

3. Considerare le condizioni di test, le curve di errore e le condizioni operative effettive.

Se il numero sembra buono sulla carta è una cosa; se è stabile e accurato una volta integrato nel sistema è il criterio ultimo.