Como interpretar a precisão do ângulo do resolvedor e o erro elétrico?

No controle de motores, acionamentos elétricos de veículos de nova energia, seleção de servossistemas ou testes, os engenheiros perguntam com mais frequência: 'Qual é a precisão deste resolvedor?' No entanto, as folhas de dados geralmente listam parâmetros como 'Erro elétrico ≤ ±10′', 'Precisão do ângulo ±15′', 'Resolução 16 bits', etc., o que pode facilmente confundir as pessoas.

Erro elétrico e precisão angular são a mesma coisa? Qual é o tamanho exato de 10′? Como você deve ler a ficha técnica sem se deixar enganar pelos números?

I. Primeiro, distinga dois conceitos: Precisão do ângulo ≠ Erro elétrico

O próprio resolvedor emite sinais analógicos seno/cosseno, e não um ângulo digital diretamente. Requer um RDC (conversor de resolução para digital) subsequente ou demodulação de software para obter o valor do ângulo.

Portanto, o que comumente chamamos de “precisão angular” é na verdade uma  especificação em nível de sistema  que inclui pelo menos:

• O próprio erro elétrico do resolvedor

• Erro do decodificador (RDC)

• Excentricidade de montagem e tolerâncias de montagem

• Erros de cabos, blindagem e condicionamento de sinal

'Erro elétrico' é o desvio angular inerente do corpo do resolvedor sob condições ideais de decodificação. Pode ser entendido como a 'precisão bruta' do resolvedor.

Uma analogia:

• O erro elétrico do resolvedor é como o erro de graduação da própria régua;

• A precisão do ângulo é como o erro de medição final quando você usa a régua para medir uma peça de trabalho.

• A precisão da régua depende do erro elétrico; a precisão da medição também depende da firmeza da sua mão e da precisão com que você a lê.

Portanto, o erro elétrico é a especificação intrínseca central do resolvedor, mas não é toda a história da precisão do sistema.

II. O que é erro elétrico e de onde ele vem?

Sob condições ideais de excitação e decodificação, o desvio entre o ângulo calculado a partir dos sinais de saída do resolver e o verdadeiro ângulo mecânico é o erro elétrico.

A unidade comum é arco-minuto, denotada por ′.

Conversão:

•  1° = 60′

•  10′ = 10/60° ≈ 0,167°

•  1′ ≈ 0,0167°

Por exemplo, se a folha de dados disser 'Erro elétrico ≤ ±10′', significa que em qualquer posição, o desvio entre o ângulo decodificado e o ângulo verdadeiro não excede 10 minutos de arco, aproximadamente 0,167°.

As principais fontes de erro elétrico incluem:

Esses fatores se combinam para formar a curva de erro elétrico do resolvedor.

III. Como ler “Erro elétrico” em uma planilha de dados?

Quando você vir “Erro elétrico ≤ ±10′” em uma planilha de dados, não olhe apenas para o número. Faça três perguntas primeiro:

1. A unidade é angular mecânica ou elétrica?

Isto é especialmente importante para resolvedores multipolares.

Para um resolvedor unipolar, o ângulo mecânico é igual ao ângulo elétrico, portanto, nenhuma distinção é necessária. Mas para resolvedores multipolares:

Ângulo elétrico = Ângulo mecânico × Número de pares de pólos

Se um resolvedor de pares de 4 polos especifica 'Erro elétrico ≤ ±10′' e se refere ao erro de ângulo elétrico, então o erro de ângulo mecânico equivalente é apenas:

10'÷4 = 2,5'

A precisão mecânica é realmente maior.

Mas se especificar um erro de ângulo mecânico de ±10′, então o erro de ângulo elétrico equivalente torna-se:

10′ × 4 = 40′ ≈ 0,667° elétrico

Isto poderia estar se aproximando do limite superior para aplicações FOC (controle orientado a campo).

Portanto, quando você observar um erro elétrico, primeiro confirme se é um erro de ângulo mecânico ou um erro de ângulo elétrico.  Muitos fabricantes de resolvedores adotam como padrão o erro de domínio de ângulo elétrico, mas as práticas variam. Se necessário, peça esclarecimentos ao fabricante original.

2. Quais são as condições de teste?

Erro elétrico não foi corrigido; é afetado pela temperatura, velocidade, tensão de excitação e frequência.

As declarações comuns da folha de dados incluem:

·  Erro elétrico à temperatura ambiente ≤ ±10′

·  Erro elétrico de temperatura total ≤ ±15′

·  Erro dinâmico de 0~10000 rpm ≤ ±20′

Olhar apenas para a especificação da temperatura ambiente é insuficiente. Para acionamentos elétricos de veículos de nova energia, aplicações servo de alta temperatura, etc., você deve prestar atenção ao erro elétrico em todas as faixas de temperatura e velocidade.

3. É erro máximo, pico a pico ou RMS?

O erro elétrico pode ser expresso de várias maneiras:

•  Erro absoluto máximo : o desvio absoluto máximo entre todos os pontos medidos

•  Erro pico a pico : a diferença entre o desvio positivo máximo e o desvio negativo máximo

•  Erro RMS : valor da raiz quadrada média, refletindo o nível de erro geral

As folhas de dados geralmente especificam “erro elétrico máximo” ou “erro elétrico pico a pico”. Se simplesmente disser “Precisão ±10′”, geralmente é entendido como erro absoluto máximo.

4. Como interpretar a curva de erro?

Se você conseguir obter o relatório de teste do resolvedor, a melhor maneira é inspecionar diretamente a curva de erro.

Uma curva de erro elétrico típica possui ângulo mecânico no eixo horizontal e erro no eixo vertical. A forma da curva ajuda a identificar fontes de erro.

Características comuns de erro:

Regra geral:

Quanto mais suave e regular for a curva de erro, mais estável será o processo de fabricação do resolvedor e o erro será previsível e compensável.
Se a curva tiver muitas falhas ou grandes saltos, primeiro verifique o ambiente de teste, a blindagem e a qualidade do sinal de excitação, em vez de se apressar para avaliar a precisão do resolvedor.

Em servoacionamentos ou sistemas de acionamento elétrico, algumas soluções implementam tabelas de compensação de erros. No entanto, a compensação exige que o erro seja repetível. Se o erro variar a cada teste, a compensação não terá sentido.

V. Breve método prático para medição de erro elétrico

Se você mesmo quiser medir o erro elétrico do resolvedor, a abordagem básica é:

1. Use um codificador de alta precisão, grade óptica ou cabeça de indexação como referência de ângulo.

2. Fornece sinais de excitação padrão ao resolvedor.

3. Adquira simultaneamente as saídas seno/cosseno do resolvedor.

4. Decodifique o ângulo por meio de um RDC ou algoritmo.

5. Compare com o ângulo de referência e registre o erro acima de 360°.

6. Calcule o erro máximo, pico a pico, RMS e trace a curva de erro.

Precauções durante o teste:

• Mantenha a velocidade baixa para evitar misturar erros dinâmicos.

• Use cabos curtos, aquisição diferencial e blindagem.

• Defina a frequência e a tensão de excitação para corresponder às condições operacionais reais.

• Para resolvers multipolares, registre claramente se o resultado é um ângulo elétrico ou mecânico.

VI. Como usar essas especificações na seleção?

Exemplo:

Suponha que um motor tenha 4 pares de pólos e o controle FOC exija que o erro de ângulo elétrico seja controlado dentro de 1° elétrico.

Se o erro elétrico do resolver for de ±10′ elétrico, ou seja, cerca de ±0,167° elétrico, o erro de corpo é pequeno. Depois de adicionar erros de decodificador e montagem, o erro geral do ângulo elétrico do sistema ainda pode ser mantido dentro de 1°, portanto a solução é viável.

No entanto, se outro resolver especificar um erro de ângulo mecânico de ±10′, então para um motor de pares de 4 polos, o erro de ângulo elétrico será amplificado para cerca de ±0,667°. Depois de adicionar tolerâncias de decodificação e montagem, o erro geral do ângulo elétrico pode se aproximar ou até mesmo exceder 1°, exigindo uma reavaliação.

Portanto, ao selecionar um resolvedor, não compare simplesmente números; converta tudo em ângulo elétrico uniformemente e, em seguida, adicione o orçamento de erros do sistema.

Conclusão

O erro elétrico é o principal indicador da precisão do corpo do resolvedor, mas não é tudo sobre a precisão do ângulo do sistema. Para compreender adequadamente a precisão do resolvedor, três pontos principais são essenciais:

1. Distinguir entre erro elétrico e precisão angular no nível do sistema;

2. Confirme se a unidade é angular mecânica ou elétrica;

3. Considere as condições de teste, curvas de erro e condições operacionais reais.

Se o número parece bom no papel é uma coisa; se é estável e preciso quando integrado ao sistema é o critério final.