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Drehmelder

Figure 1: A synchro looks like a very small three-phase current electric motor (diameter: 1½ Zoll).

Bild 1: Ein Drehmelder ähnelt einem Drei-Phasen-Motor in Miniaturausgabe (Durchmesser: 1½ Zoll)

Drehmelder

Andere Bezeichnungen: Drehmeldegeber und -empfänger, Drehmeldetransformator

Obwohl der Drehmelder im Aufbau einem Motor ähnelt, der mit Dreiphasen-Wechselstrom angetrieben wird, trifft der Name „Drehmeldetransformator” am besten die Funktion.

Bild 2: Drehmeldesystem in Indikatorschaltung

Indikatorschaltung: zwei praktisch gleich aufgebaute Drehmelder (sie ähneln einem Dreiphasenmotor in Dreiecksschaltung) sind über fünf Leitungen parallel geschaltet. Beide Rotoren erhalten eine Wechselspannung als Stützspannung.
Drehmeldeempfänger
Drehmeldegeber

Bild 2: Drehmeldesystem in Indikatorschaltung.

Der Rotor wird mit einer Stützspannung URef gespeist (meist URef = 110 V mit 400 Hz). Der Rotor bildet mit den um 120° versetzten Statorwicklungen einen Transformator, dessen Wirkungsgrad abhängig vom jeweiligen Winkel des Rotors zu der Statorwicklung ist. Somit wird das Verhältnis der drei Amplituden zueinander zum Maß des eingenommenen Winkels. Der Drehmeldeempfänger nimmt nun genau den Winkel ein, der magnetisch den geringsten Widerstand entgegenbringt.

Leider ist diese einfache Form nicht immer verwendbar. Sie ist nur für Schaltungen geeignet, die mechanisch der Drehung wenig Widerstand entgegensetzen (z.B. ein Instrumentenzeiger).
Ansonsten muss die mechanische Kraft also mit einem Servomotor verstärkt werden.

Bei einem Drehmeldesystem mit Servomotor wird aber das gleiche Prinzip verwendet. Das System nimmt den Winkel ein, der die geringste Fehlerspannung erzeugt.

Fehlerspannung

Bild 3: Drehmeldesystem in Servoschaltung

Servoschaltung: ähnlich wie oben, aber es sind nur noch die Statorwicklungen parallel geschaltet. Der als Geber genutzte Drehmelder erhält wieder die Stützspannung. Der als Empfänger arbeitende Drehmelder wird durch einen Servomotor bewegt. Am Rotor des Empfängers wird ein Fehlersignal gebildet, das über einen Verstärker dem Servomotor antreibt.
Fehlerspannung

Bild 3: Drehmeldesystem in Servoschaltung

Der Fehlersignalverstärker erhält zur Demodulation des Fehlersignals die Stützspannung. Der Synchronmotor regelt den Drehmeldeempfänger auf Minimum Fehlerspannung und treibt ebenfalls mechanische Verbraucher der Winkelinformation an.

Um die Genauigkeit des Servosystems zu erhöhen, werden zwei Systeme verwendet, von denen eines mit einem 1:25 oder 1:36 Übersetzungsgetriebes als Feinkanal sich mit der Fehlerspannung des Grobkanals (1:1) überlagert.

Resolver

Für andere Anwendungen, z.B. wenn aus der Drehmeldespannung direkt eine X-Y-Auslenkung geformt werden soll, werden auch Drehmeldegeber mit um 90° versetzten Statorspulen eingesetzt, die eine sin/cos- Spannung erzeugen:

URef
η·URef ·sin ϑ
η·URef ·cos ϑ

Bild 4: Funktionsdrehmelder (Resolver)

Sinus/Cosinus DMG: der Resolver ähnelt auch einem Dreiphasenmotor, hat aber nur noch zwei Feldwicklungen, die 90° gegeneinander versetzt sind.
URef
η·URef ·sin ϑ
η·URef ·cos ϑ

Bild 4: Funktionsdrehmelder (Resolver)

Dieser Funktionsdrehmelder wird Resolver genannt. In älteren elektromechanischen Analogrechnern wurde er auch zur Berechnung von Sinus- und Cosinusfunktionen genutzt.