CH346608A - Spannungswandler mit kontinuierlich veränderbarer Ausgangsspannung, insbesondere für Analogrechner - Google Patents

Description

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 Spannungswandler mit kontinuierlich veränderbarer Ausgangsspannung, insbesondere für Analogrechner Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Spannungswandler mit kontinuierlich veränderbarer Ausgangsspannung, und zwar insbesondere für Analogrechner. 



  Man hat dafür bisher als Spannungswandler vorwiegend    Potentiometer   oder Autotransformatoren benutzt. Bei der Verwendung von    Potentiometern   wird es häufig schwierig, die Widerstände des    Potentio-      meters   und des Belastungswiderstandes aneinander anzupassen. Es muss ja der Belastungswiderstand, also der am    Potentiometerabgriff   anliegende Widerstand, gross gegen den Widerstand des    Potentiometers   sein, weil sonst die abgegriffene Spannung am Belastungswiderstand zusammenbrechen würde und man dann keine definierten    Verhältnisse   mehr hätte.

   Wenn man nun aber den    Potentiometerwiderstand   hinreichend klein machen will, dann muss man dicken Draht verwenden und erhält auf diese Weise nur eine relativ grobe Einstellmöglichkeit. Ausserdem wird durch einen niedrigen    Potentiometerwiderstand   die Spannungsquelle sehr stark belastet. Ähnliche Verhältnisse bekommt man, wenn man Autotransformatoren verwendet. 



  Es sind nun weiterhin sogenannte    Variometer   bekannt, die aus einer Primär- und einer Sekundärwicklung bestehen und bei welcher die induktive Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung irgendwie geändert wird, beispielsweise dadurch, dass man die eine Wicklung gegenüber der andern Wicklung verdreht. Solche    Variometer   gestatten zwar eine theoretisch vollkommen kontinuierliche Einstellung der Sekundärspannung, es besteht aber bei ihnen ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem Verstellweg und der induzierten Sekundärspannung. 



  Dieser Zusammenhang ist meist    sinusähnlich.   Man kann aber erreichen, dass man über relativ grosse Bereiche von etwa 120'    Verstellwinkel   eine recht gut lineare Beziehung zwischen    Verstellwinkel   und induzierter Spannung erhält. 



  Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Spannungswandler zu schaffen, der bei günstigen Widerstandsverhältnissen eine vollkommen kontinuierliche Spannungseinstellung gestattet. 



  Erfindungsgemäss geschieht das durch einen    Span-      nungsteiler   mit einer Mehrzahl fester Abgriffe und ein    Variometer,   dessen Primärwicklung zwischen zweien dieser Abgriffe liegt und von dem mindestens eine Sekundärwicklung ebenfalls an einen der    Spannungs-      teilerabgriffe   angelegt ist, wobei eine Spannung zwischen der Sekundärwicklung und einem der    Span-      nungsteilerabgriffe   abgenommen wird. 



  Damit wird gewissermassen durch die Wahl des    Spannungsteilerabgriffes   eine Grobeinstellung vorgenommen, während das    Variometer   eine Feineinstellung gestattet. 



  Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. 



     Fig.   1 ist ein vereinfachtes Schaltschema    eines   Spannungswandlers. 



     Fig.   2 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen dem    Verstellwinkel   und den in den beiden Sekundärwicklungen des    Kreuzspul-      variometers   induzierten Spannungen. 



     Fig.   3 zeigt schematisch eine Umschaltvorrichtung für einen Spannungswandler. 



     Fig.   4 verdeutlicht die Grobeinstellung, wie sie durch das Anschalten der    Variometerwicklungen   an die verschiedenen    Spannungsteilerabgriffe   bewirkt wird. 

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    Fig.   5 verdeutlicht die Feineinstellung mit Hilfe des    Kreuzspulvariometers   und der Umschaltvorrichtung. 



     Fig.   6 zeigt die gesamte abgegriffene Spannung in Abhängigkeit vom Einstellwinkel. 



  Mit 10 ist ein Autotransformator bezeichnet, an welchem eine Eingangsspannung    Ue   anliegt. Der Autotransformator 10 ist mit    Anzapfungen   1 bis 9 versehen.    Zwischen   den    Anzapfungen   1 und 2 liegt die Primärwicklung 11 eines    Kreuzspulvariometers.   Das Kreuzspulvariometer besitzt zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Sekundärwicklungen 12 und 13 mit den    Anschlusskontakten   C und D und A und B. Mit W ist ein Kontakt bezeichnet, an welchem die Ausgangsspannung    Ua   des Spannungswandlers abgenommen wird. 



     Fig.   2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Drehwinkel    (p   des    Variometers   und den beiden in den Sekundärwicklungen induzierten Spannungen. Wie man sieht, ist dieser Zusammenhang in den Bereichen von    p   = -60' bis    -I-   60' bzw. von    cp   = 30' bis    99   = 150' und von    99   = 210' bis    99   = 330' recht gut linear, und zwar entweder ansteigend (in den ersteren Bereichen) oder abfallend (in den letzteren Bereichen). 



  Es ist nun eine Umschaltvorrichtung vorgesehen, die im Prinzip schon sehr ausführlich in der schweizerischen Patentschrift Nr. 335312 beschrieben worden ist und die in    Fig.   3 schematisch dargestellt ist. 



  Die Umschaltvorrichtung enthält elektrisch leitende kreisförmige Segmente, die in fünf verschiedenen Abständen um die Achse 16 des    Kreuzspulvariometers   angeordnet sind. Drei Schleifkontakte 15 drehen sich mit der Achse 16 und gleiten dabei auf den Umschaltersegmenten. Eines der    Umschaltersegmente   bildet einen vollen Ring und entspricht dem Kontakt W in der schematischen    Fig.   1, von welchem die Ausgangsspannung    U.   abgenommen wird. Vier andere Segmente A, B, C und D sind ständig mit den in    Fig.   1 entsprechend bezeichneten Anschlüssen der    Variometerwicklungen   verbunden. 



  Die restlichen vier    Umschaltersegmente   sind mit vier Schleifkontakten 24, 25, 26, 27 verbunden, die auf einem isolierenden Ring 28 angeordnet sind. Der Ring 28 ist    exzentrisch   zu einem Kranz von Kontakten 1 bis 9 gelagert, die mit den in    Fig.   1 entsprechend bezeichneten    Anzapfungen   des Autotransformators 10 verbunden sind. 



  Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: In der dargestellten Lage des Umschalters    (Fig.   3) ist der Kontakt A der    Variometerwicklung   13 mit der    Anzapfung   1 des Autotransformators 10 verbunden, der Kontakt B mit dem Ausgangskontakt W. Es sei zunächst bei einem Drehwinkel    99   = 0' die Wicklung 13 des    Variometers   senkrecht zur Primärwicklung 11 orientiert. Dann wird in der    Variometerwicklung   13 keine Spannung induziert. Die Ausgangsspannung    U""   die ja zwischen dem mit B verbundenen Kontakt W und der    Anzapfung   1 abgenommen wird, ist dann also ebenfalls Null.

   Wird jetzt das    Variometer   im Uhrzeigersinn von    cp   = 0' auf    cp   = 30' verdreht, dann steigt die in der Wicklung 13 induzierte Spannung und damit auch die Gesamtspannung    Ua   linear an auf den in    Fig.   2, 5 und 6 mit dem Bezugszeichen 29 gekennzeichneten Wert. 



  In dem darauffolgenden Bereich von    p   = 30' bis = 60' sind die in den    Variometerwicklungen   12, 13 induzierten Spannungen beide linear vom Drehwinkel    99   abhängig. Durch die Umschaltvorrichtung wird nun in diesem Bereich einmal nach wie vor der Kontakt A mit der    Anzapfung   1 und der Kontakt B mit dem Ausgangskontakt W verbunden. Gleichzeitig wird aber auch der Kontakt C der    Variometerwicklung   12 mit der    Anzapfung   2 und ihr anderer Kontakt D ebenfalls mit dem Ausgangskontakt W verbunden. Der Spannungsabfall zwischen den    Anzapfungen   1 und 2 des Autotransformators 10 ist dabei so gewählt, dass B und D in diesem Bereich tatsächlich auch gleiches Potential haben.

   Wenn sich wie hier die linearen Bereiche des    Variometers   jeweils über 120' erstrecken, dann muss sich das Spannungsgefälle zwischen zwei aufeinanderfolgenden    Spannungsteiler-      abgriffen   zu der dem linearen Bereich des    Variometers   entsprechenden Spannungsänderung verhalten wie etwa 3:4. Dadurch, dass in dem Zwischenbereich beide    Variometerwicklungen   in Reihe geschaltet und mit dem Ausgangskontakt W verbunden sind, werden etwaige Ungleichmässigkeiten ausgeglichen, und es wird ein stetiger Übergang von einer    Variometer-      wicklung   zur andern ermöglicht. 



  In dem nun folgenden Bereich von    cp   = 60' bis    99   =    90',wird   nämlich die Wicklung 13 ganz abgeschaltet und ihre Funktion vollständig von der andern Wicklung 12 übernommen. Während nun der    Span-      nungs-Drehwinkel-Verlauf   für die Wicklung 12 weiterhin linear ist, wird er für die Wicklung 13 gekrümmt. In diesem Bereich bleibt also nur noch C mit 2 und D mit W verbunden. 



  Bei    cp   = 60' ist (vgl.    Fig.   2) die in der Wicklung 12 induzierte Spannung durch den mit dem Bezugszeichen 31 gekennzeichneten Wert gegeben. Die Phase der induzierten Spannung ist gegenüber der Phase der Eingangsspannung    Ue   um 180' verschoben, und daher ist die Grösse der induzierten Spannung negativ zu rechnen. Die gesamte bei    p   = 60' abgegriffene Spannung Uz, zwischen der    Anzapfung   1 und dem Ausgangskontakt W ist gegeben durch die Summe der induzierten negativen Spannung 31 und der zwischen den    Anzapfungen   1 und 2 liegenden Spannung 23 (vgl.    F'ig.   4). Das ergibt in    Fig.   6 den mit 31' bezeichneten Wert.

   Bei einer weiteren Drehung steigt die induzierte Spannung gemäss Kurve 21 in    Fig.   2 und 5 linear an auf den mit 32 bezeichneten Wert, wobei die Gesamtspannung    Ui,   bei    p   = 90' den Wert 32' annimmt. 



  In dem Bereich von    p   = 90' bis    (p   = 120' bleibt dann auch weiterhin nur C mit 2 und D mit W verbunden, weil ja auch in diesem Bereich die Spannung 

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 in der Wicklung 12 linear mit dem Drehwinkel ansteigt, und zwar erhält man bei    p   = 120' den Wert 33    (Fig.   2) und in der Gesamtspannung den Wert 33'    (Fig.   6). 



  In entsprechender Weise folgt dann wieder ein Zwischenbereich, wo beide Wicklungen 12, 13 angeschaltet sind, und zwar die Wicklung 12 noch an die    Anzapfung   2 und die Wicklung 13 an die    Anzapfung   3. Wenn bei weiterer Drehung die induzierte Spannung mit dem Drehwinkel    cp   abfällt, erfolgt gleichzeitig eine    Umpolung   der Wicklungen.    Fig.   4 verdeutlicht die  Grobeinstellung  durch die    Anzapfungen   1 bis 9,    Fig.   5 die  Interpolation  mit Hilfe des    Variometers.   



  Die nacheinander durch die Umschaltvorrichtung hergestellten Verbindungen sind im folgenden tabellarisch zusammengestellt: 
 EMI3.12 
 Winkelbereich A B C D rp = 0   bis 30' 1 W - - 30' bis 60' 1 W 2 W 60' bis 90' - - 2 W 90' bis 120' - - 2 W 120' bis 150' W 3 2 W 150  bis 180  W 3 - - 180' bis 210  W 3 - - 210' bis 240' W 3 W 4 240' bis 270' - - W 4 270' bis 300' - - W 4 300' bis 330  5 W W 4 330' bis 360' 5 W - - USW. Der beschriebene Spannungswandler ermöglicht eine kontinuierliche, praktisch verlustlose Regelung der Ausgangsspannung. Dabei ist der Widerstand im Ausgang relativ gering, so dass keine Anpassungsschwierigkeiten auftreten. Der Zusammenhang zwischen    Verstellweg   und Ausgangsspannung ist dabei linear, was besonders für die Anwendung bei Analogrechnern wesentlich ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Elektrischer Spannungswandler mit kontinuierlich veränderbarer Ausgangsspannung, insbesondere für Analogrechner, gekennzeichnet durch einen Spannungs- teiler mit einer Mehrzahl fester Abgriffe und ein Variometer, dessen Primärwicklung zwischen zweien dieser Abgriffe liegt und von dem mindestens eine Sekundärwicklung ebenfalls an einen der Spannungs- teilerabgriffe angelegt ist, wobei eine Spannung zwischen der Sekundärwicklung und einem der Spannungs- teilerabgriffe abgenommen wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Elektrischer Spannungswandler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Kopplung zwischen den Variometerwicklungen durch Verdrehen der einen gegenüber der andern veränderbar ist. 2. Elektrischer Spannungsteiler nach Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kreuzspulvariometers mit zwei rechtwinklig zueinander liegenden Sekundärwicklungen. 3.

   Elektrischer Spannungswandler nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Einstellglied des Variometers eine Umschaltvorrichtung gekoppelt ist, durch welche die beiden Sekundärwicklungen des Kreuzspulvariometers abwechselnd mit aufeinanderfolgenden Spannungsteilerabgriffen bei einer Stellung verbunden werden, bei der in der jeweils angeschalteten Wicklung ein wenigstens annähernd linearer Zusammenhang zwischen Drehbewegung und induzierter Spannung besteht. 4.

   Elektrischer Spannungswandler nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zwischenbereich beide Sekundärwicklungen des Kreuzspulvariometers gleichzeitig an zwei aufeinanderfolgende Abgriffe angeschlossen sind, wobei die Schaltelemente so dimensioniert sind, dass an den beiden Variometerwicklungen gleiche Spannungen abgegriffen werden. 5. Elektrischer Spannungswandler nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenbereich die beiden Sekundärwicklungen des Variometers in Reihe geschaltet sind. 6.

   Elektrischer Spannungswandler nach Unteranspruch 3 mit einem über Bereiche von jeweils etwa 120' linearen Variometer, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Spannungsgefälle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spannungsteilerabgriffen zu der dem linearen Bereich des Variometers entsprechenden Spannungsänderung verhält wie etwa 3:4.