Einrichtung zur elektrischen Fernübertragung der Drehstellung einer Geberwelle auf eine Empfängerwelle . Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Ein richtung zur elektrischen Fernübertragung der Dreh stellung einer Geberwelle auf eine Empfängerwelle.
Es gibt zu diesem Zweck z. B. die bekannten Synchron- (Selsyn-) Übertragungssysteme mit einem durch die Geberwelle verdrehbaren Synchrongeber und einem am anderen Ende des Übertragungskabels oder Funkweges angeordneten Synchronempfänger, deren Empfängerwelle automatisch synchron mit der Geberwelle verdreht wird.
Der Nachteil derartiger, an sich einfacher und vielverwendeter Synchronübertragungssysteme liegt darin, dass Amplitudenveränderungen einer Träger wechselspannung zur Informationsspeicherung (Dreh winkel a1) der Geberwelle dienen und dass diese Grössen sowohl auf Kabeln und noch viel mehr auf Funkwegen in oft nicht voraussehbarer Weise ver ändert werden. Aus diesem Grunde eignen sich die genannten Synchronübertragungssysteme in keiner Weise zur Überbrückung grösserer Distanzen.
Weil praktisch nur die Frequenz einer Wechsel spannung auch durch mangelhafte übermittlungs- wege nicht verändert wird, hat man bereits Systeme zur elektrischen Fernübertragung der Drehstellung einer Geberwelle auf eine Empfängerwelle aufgebaut, bei denen der Geber ein Wechselspannungsgenerator ist, dessen Ausgangsfrequenz in vorbestimmter Cha rakteristik von der Drehstellung der Geberwelle ab hängt und bei denen empfängerseitig eine elektrische, frequenzveränderliche Schaltungsanordnung vorhan den ist, deren Eigenfrequenz f 2 in derselben Charak teristik von der Drehstellung (j., der Empfängerwelle abhängt,
wie die Geberfrequenz f l von der Drehstel lung a1 der Geberwelle, wobei zur Verdrehung der Empfängerwelle im Sinne einer Gleichstellung mit der Geberwelle ein von der genannten Schaltungs- anordnung aus drehrichtungsgesteuerter Stellmotor vorhanden ist.
Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen, be kannten Fernübertragungssystems ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt.
Mit W1 ist die Geberwelle bezeichnet, welche durch ihren momentanen Drehwinkel a1 den Momen- tanwert einer zu übertragenden physikalischen Grösse kennzeichnet und bei ihrer Verdrehung auf frequenz- bestimmende Organe eines frequenzveränderlichen Wechselspannungsgenerators <B>01</B> verändernd einwirkt.
Dementsprechend ist die Frequenz f 1 der vom Generator<B>01</B> an den Eingang des Übertragungs kabels K abgegebenen Wechselspannung eine eindeu tige Funktion der Drehstellung a1 der Geberwelle W1.
Die am Ende des Übertragungskabels K durch einen vorzugsweise mit Pegelregulierorganen ausge statteten Verstärker EV verstärkte Empfangswech selspannung der Frequenz f1 wird einem Synchron motor<B>SM,</B> zugeführt, der die Aufgabe hat, seine Abtriebswelle mit der ihm zugeführten Frequenz f 1 zu drehen. Ein gleicher Synchronmotor SM2 erhält seine Speisewechselspannung der Frequenz f2 aus einem gleich wie der Generator<B>01</B> ausgebildeten Wechselspannungsgenerator 02.
Die Abtriebswellen der beiden Synchronmotoren <B>SM,</B> und SM2 bilden die Eingangswellen eines Differentialgetriebes DG, so dass die Drehgeschwindigkeit und die Drehrichtung der Ausgangswelle dieses Differentialgetriebes vor zeichenrecht der Differenz (fl-f2) der beiden Wellen drehzahlen, d. h. der Wechselspannungsfrequenz f1 und f2 entspricht.
Da die Ausgangswelle des Diffe rentialgetriebes DG die Verstellwelle des Generators 02 darstellt und dieser Generator genau gleich aus gebildet ist wie der Gebergenerator<B>01,</B> wird auto matisch eine Einstellung der Empfängerwelle W2 auf denjenigen Drehwinkel a2 erzielt, welcher dem Dreh winkel a1 der Geberwelle W1 gleich ist.
Voraussetzung dafür ist aber, dass die bei den Synchronmotoren über einen grösseren Fre quenzbereich genau als identische Synchronmotoren arbeiten. Diese Voraussetzung lässt sich aber mit den bekannten Synchronmotortypen nicht mit genügender Genauigkeit realisieren, indem diese Motoren bei Frequenzveränderungen ausser Tritt fallen. Aus diesem Grunde haben sich diese bekannten Fernübertragungssysteme nicht in grö sserem Mass durchgesetzt.
Gegenüber derartigen bekannten Fernübertra- gungssystemen ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die in ihrer Eigenfrequenz f2 durch Verdrehung der Empfängerwelle veränderbare elektrische Schaltungs anordnung eine passive Wiensche Brücke ist, deren einer durch die fernübertragene Geberwechselspan nung der Frequenz f1 gespeister Längszweig die durch Verdrehung der Empfängerwelle veränderbaren, die Abstimmungsfrequenz f 2 bestimmenden Impedanz glieder enthält und an deren Querzweig eine Wechsel spannung der Empfangsfrequenz f1 entsteht,
welche in Betrag und Phasenlage der Grösse und dem Vor zeichen der Differenz fl-f2 zwischen der Empfangs frequenz f1 und der eingestellten Abstimmfrequenz f2 entspricht, wobei diese Brückenausgangsspannung zur Drehrichtungssteuerung des Stellmotors verwendet wird.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Fig. 2, 3 und 6 der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen Fig. 2 ein reines Blockschema; Fig. 3 ein etwas detailliertes Prinzipschema ; Fig. 4 das Brückenspannungsdiagramm einer Wienschen Brücke ; Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Spannungen<I>a, b,</I> c und d im Blockschema nach Fig. 2 ; Fig. 6 eine Anordnung zur Übertragung eines Drehwinkels, der sich über 36011 verändern kann.
Im Blockschema nach Fig. 2 ist wieder mit W1 die Geberwelle bezeichnet, deren Drehwinkel a1 fern übertragen werden soll. Sie bildet die Verstellwelle eines frequenzveränderlichen Wechselspannungsgene- rators <B>01,</B> der also an den Eingang des Übertragungs kabels K, bzw. eines Funkkanals eine Wechselspan nung abgibt, deren Frequenz f 1 in vorbestimmter Charakteristik von der Drehstellung a1, der Geber welle W1 abhängt.
Die am Ende des Übertragungskabels K1 abgege bene Empfangswechselspannung der Frequenz f1 wird in einem Verstärker EV verstärkt und mit Vor teil durch an sich bekannte Pegelbeeinflussungsmittel auf eine wählbare Pegelhöhe eingestellt, so dass die Ausgangsspannung a des Verstärkers EV eine gleich bleibende, einstellbare Amplitude und eine veränder liche Frequenz f 1 aufweist.
Diese verstärkte Empfangswechselspannung der Frequenz f l wird nun einer in ihrer Eigenfrequenz f 2 durch Verdrehung der Empfängerwelle W2 beein- flussbaren passiven Wienschen Brücke FD zugeführt, die einen Frequenzdiskriminator darstellt, dessen Ausgangsspannung b durch ihre Grösse und Phasen lage die Differenz fl-f_2 zwischen der Empfangsfre quenz f l und der momentan eingestellten Eigenfre quenz f, der Wienschen Brücke FD kennzeichnet.
Die Empfangswechselspannung a wird auch einem Phasenschieber P zugeführt, der eine gegenüber der Spannung a um 900 phasengedrehte Wechselspan nung c der Empfangsfrequenz f1 abgibt.
Die Spannungen c und b sind die Eingangsspan nungen eines phasengesteuerten Gleichrichters D, durch welchen die Imaginärkomponente der Span nung b vorzeichengetreu gleichgerichtet wird, wäh rend die Realkomponente des Brückenausgangs b keinen resultierenden Gleichspannungsanteil ergibt.
Es wird also die Gleichspannung d am Ausgang des Gleichrichters durch ihren Absolutwert die Grösse und durch ihre Richtung das Vorzeichen der genann ten Frequenzdifferenz f 1-f _, kennzeichnen, wobei diese Gleichspannung d den Wert Null annimmt, wenn die Eigenfrequenz f 2 der Frequenzdiskrimina- tor-Brücke FD mit der Frequenz f l der Empfangs spannung a übereinstimmt.
Diese Gleichspannung d dient nun zur Drehrich- tungssteuerung einer bei konstanter Betriebsfrequenz f", arbeitenden Nachlaufmotoranordnung, deren Mo tor Mot den Stellmotor für die Empfängerwelle W., darstellt, während der zugehörige Generator Gen der Stabilisierung dient. Diese Nachlaufmotoranordnung Mot-Gen wird von einem Generator G", erregt, der eine Wechselspannung c der vorgesehenen Motor betriebsfrequenz im z. B. 50 Hz oder 400 Hz er zeugt.
In einem Modulator M wird die Steuergleich spannung d mit Hilfe der Spannung e in eine ent sprechend grosse Steuerwechselspannung der Motor betriebsfrequenz h umgewandelt, wobei die Phasen lage dieser Spannung h um 180o gedreht wird, wenn das Vorzeichen der Gleichspannung d wechselt. Im Nachlaufverstärker NV wird die Summe der Span nungen h und g (Ausgangsspannung des Stabilisie- rungsgenerators Gm) verstärkt und als Steuerspan nung i dem Motor Mot zugeführt.
Je nach der Grösse und Phasenlage der Spannung i verdreht der Stell motor Mot seine Antriebswelle W. in der einen oder anderen Richtung, bis die Eigenfrequenz f2 der Fre- quenzdiskriminatorbrücke FD mit der Empfangs frequenz f1 übereinstimmt.
Da vorausgesetzt ist, dass die Eigenfrequenz f2 der Brücke FD in genau gleicher Charakteristik vom Drehwinkel a2 der Empfängerwelle W2 abhängt wie die Geberfrequenz f l vom Drehwinkel a1, ergibt sich automatisch ein dauernder Gleichlauf der Wellen W1 und W2.
Das Blockschema nach Fig. 2 ist in Fig. 3 in de taillierter Form dargestellt. In dieser Fig. 3, wie übri gens auch in Fig. 6, sind elektronische Verstärker stufen mitVl---V6,Übertrager mit Ul---U6und deren Wicklungen mit kleinen Buchstaben, z. B. u11, u12 bezeichnet, während Festwiderstände und unverän- derliche Kondensatoren ohne Hinweiszeichen durch die üblichen Schaltsymbole gekennzeichnet sind.
Es ist aus dieser Fig. 3 deutlich zu ersehen, dass der Gebergenerator<B>01</B> ein RC-Generator ist, dessen Ausgangsfrequenz f 1 durch eine Wiensche Brücke bestimmt wird, die in ihrem einen Längszweig hinter einander eine Widerstandskapazitäts-Serieschaltung und eine Widerstandskapazitäts-Parallelschaltung ent hält, während ihr anderer Längszweig aus zwei fre- quenzunabhängigen Gliedern, nämlich einem Fest widerstand R1 und einem Kaltleiterwiderstand R. be steht.
Die beiden Kapazitäten der frequenzabhängigen Brückenzweige sind einander gleich und haben kon stante Werte, während die Widerstände dieser Zweige aus unter sich gleichen Drehwiderständen Rd be stehen, deren Schleifkontakte parallel zueinander von der Geberwelle W1 aus miteinander verdreht werden, so dass die wirksamen Widerstandswerte einander stets gleich sind.
Bekanntlich ist die Abstimmfrequenz einer derartigen Wienschen Brücke durch das Pro dukt RC bestimmt und der Verstärkerteil V1 des Oszillators <B>01</B> gibt eine Wechselspannung der ent sprechenden Frequenz f1 ab.
Die Ausgangsspannung des Geber-Oszillators <B>01</B> bzw. des Verstärkers V1 wird über einen Übertrager U1 an das Übertragungskabel K und von diesem über einen Übertrager U" an einen die beiden Verstärker stufen V. und V3 enthaltenden Eingangsverstärker EV übertragen.
Mit Hilfe einer Spannungsteileranordnung T zwi schen den Verstärkerstufen V2 und V3 des Empfangs verstärkers EV oder anderen bekannten Mitteln kann die Amplitude der Empfangsspannung a, d. h. die Ausgangsspannung des Verstärkers EV, auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Die Spannung a an der Wicklung u31 des Ausgangsübertragers U3 des Empfangsverstärkers EV wird in einen Kapazi- tätswiderstandsteiler P um 900 gedreht und in einer zugehörigen Verstärkerstufe V-1 auf den Wert c ver stärkt. Die Sekundärwicklung u32 des Übertragers U.S enthält einen geerdeten Zwischenabgriff und lässt an ihren Enden gegenphasige Spannungen im Ampli- tuden-Verhältnis 2 :1 entstehen.
Diese derart unterteilte Sekundärwicklung stellt zugleich den im Verhältnis 2: 1 unterteilten rein ohm'schen Längszweig einer passiven Wienschen Brücke FD dar, deren frequenzabhängiger zweiter Längszweig genau identisch wie der bereits beschrie bene Brückenzweig des Gebergenerators<B>01</B> ausgebil det ist.
Am Brückenausgang entsteht gegen Erde eine Wechselspannung<I>b</I> der Empfangsfrequenz<I>f</I> l <I>,</I> die in der Verstärkerstufe verstärkt und über den Übertrager U;, in dem Ringgleichrichterkreis D ein gespeist wird, dem über den Übertrager U.4 von der Verstärkerstufe V1 die Referenzwechselspannung c zugeführt wird, so dass zwischen den Klemmen Dl und D2 eine Gleichspannung d entsteht,
deren Rich tung von Vorzeichen und deren Wert von der abso luten Grösse der Frequenzdifferenz fl-f2 abhängt. Unter Bezugnahme auf die Diagramme der Fig. 4 und 5 wird im folgenden eingehend die Wirksamkeit des Frequenzdiskriminators FD des Phasenschiebers P und des Gleichrichters D erläutert.
Der zeitliche Verlauf der Wechselspannung a, die am Ausgang des Empfängerverstärkers EV ent steht, ist in Fig. 5a durch die ausgezogene Kurve a dargestellt. Die um 900 phasengedrehte Spannung c ist ebenfalls in Fig. 3a als gestrichelte Kurve c ein gezeichnet. Die Rechteckkurve d zeigt an, in wel cher Richtung der durch die Spannung c gesteuerte Gleichrichter D jeweils offen ist.
In Fig. 4 bedeutet Bj die Imaginärachse und Br die reelle Achse eines komplexen Koordinaten systems, in welchem die Ausgangsspannung b des Frequenzdiskriminators FD vektoriell eingezeichnet ist. Die Spitzen des Vektors b für verschiedene Fre- quenzdifferenzen f1 f2 liegen auf einem Kreis, der die reelle Achse Br bei den Werten O und a/3 schnei det.
Der Punkt Null entspricht dabei der Frequenz differenz O und der Punkt a/3 gilt für die Fälle, dass f l die Werte O oder oo annimmt, während im ober halb der Achse Br liegenden Teil des Kreises die Differenz fl-f2 positiv und im unteren Teil negativ ist.
In Fig. 5b sind die Spannung b, ihre reelle Kom ponente br und ihre Imaginärkomponente bj (siehe Fig. 4) in ihrem zeitlichen Verlauf aufgezeichnet. Die sich im Gleichrichter D ergebenden gleichgerichteten Komponenten br sind bj und in Fig. 5c dargestellt.
Es zeigt sich, dass nur die Imaginärkomponente b j der Brückenausgangsspannung b zur Gleichspannung d beiträgt, deren Richtung und Grösse also eindeutig dem Vorzeichen und der Grösse der Differenz fl-f2 entspricht und die den Wert Null hat, falls die Emp fangsfrequenz f1 und die Abstimmungsfrequenz f2 der Wienschen Brücke FD einander gleich sind.
Diese Gleichspannung d wird nun gemäss Fig. 3 im Modulator M, der durch eine Wechselspannung e der festen Motorbetriebsfrequenz fm aus dem Gene rator Gin über den Übertrager U6 gesteuert wird, in eine am Übertrager U7 entstehende Steuerspannung h der betreffenden unveränderlichen Motorbetriebs frequenz umgewandelt, wobei die Amplitude dieser Spannung der Momentangrösse der Gleichspannung d proportional ist, während ihre Phasenlage um 1800 gedreht wird, wenn die Gleichspannung d ihr Vor zeichen umkehrt.
In an sich bekannter Weise sind dem auf der Empfängerwelle W2 sitzenden Rotoren des Motors Mot und des Generators Gen je eine Erregerwicklung re bzw. ge zugeordnet, die an den Ausgang des fre- quenzfesten Generators Gm angeschlossen sind und also an der Spannung e liegen.
Die Steuerwicklung<I>ms</I> des Motors Mot bzw. die Ausgangswicklung gs des Generators Gen sind je um 900 gegen die zugeordnete Erregerwicklung gedreht. Bei Verdrehung der Welle W2 in der einen Dreh richtung entsteht an der Ausgangswicklung des Ge- nerators Gen eine Wechselspannung g der Motor betriebsfrequenz (Generator Gm), deren Amplitude der Drehgeschwindigkeit der Welle W2 proportional ist und deren Phasenlage von ihrer Drehrichtung ab hängt.
Die Summe der Spannungen h und g wird im Verstärker NV verstärkt und als Steuerspannung i der Steuerwicklung<I>ms</I> des Motors Mot zugeführt, wobei der Motor Mot die Welle W2 je nach Grösse und Phasenlage der Spannung i im Sinne einer Re duktion der Steuerspannung i auf den Wert O ver dreht, indem die Eigenfrequenz f2 des Frequenz- diskriminators FD auf den Wert der Empfangsfre quenz f l eingestellt wird.
Auf diese Weise wird also der Drehwinkel a, der Geberwelle W, elektrisch auf die Empfängerwelle W, übertragen.
Die neuartige Anwendung der beschriebenen passiven Wienschen Brücke, die identisch ist mit dem Abstimmkreis des Gebergenerators als frequenzdiskri- minierendeSchaltungsanordnung und die beschriebene phasenabhängige Gleichrichtung der Brückenaus gangsspannung b ergibt gegenüber bekannten Syste men den wesentlichen Vorteil, dass eine Steuergleich spannung d gewonnen wird, deren Wert Null ist,
wenn die Eigenfrequenz f2 des Diskriminators FD gleich der Generatorfrequenz f l ist und die bei Fehl abstimmung dem Vorzeichen und der Grösse der Fre- quenzdifferenz f l-f 2 entspricht. Eine derartige Steuer spannung eignet sich sehr gut zur Drehzahl- und Drehrichtungssteuerung eines bei konstanter Betriebs frequenz arbeitenden Stellmotors für die Empfänger welle W.,.
Ausser der beschriebenen, an sich bekannten und bewährten stabilisierten Nachlaufmotoranordnung könnte auch ein Gleichspannungsmotor oder ein durch elektrische Ventile gesteuerter, hydraulischer oder pneumatischer Stellmotor für die Empfänger welle W2 verwendet werden. Alle derartigen Stell motoren arbeiten wesentlich zuverlässiger und ge nauer als Synchronmotoren.
In Fig. 6 ist eine Anordnung zur Übertragung von Drehwinkelwerten dargestellt, welche sich über einen Bereich von 3600 ändern können. Weil keine brauchbaren Drehwiderstände bekannt sind, die über 3600 Drehbereich ausgenutzt werden können, ist hier vorgesehen, dass zwei Geberoszillatoren 01 und 01' vorhanden sind, deren Drehwiderstandspaare Rd und Rd' von derselben Geberwelle WI aus verstellt wer den. Dabei sind die Abgriffkontakte des zweiten Drehwiderstandspaares Rd' gegenüber denjenigen des ersten Paares Rd um 1800 verdreht.
Auf den beiden Kabeln K und K' werden also zwei verschiedene Fre quenzen fl und f1' übertragen, die je für sich über die Empfänger-Verstärker EV und EV', die Wien scheu Brücken FD und FD', die Phasenschieber P und P' und die Gleichrichter D und D' in Steuer spannungen c und c' umgewandelt werden. Die Wienschen Brücken FD und FD' entsprechen wieder vollständig denjenigen der Gebergeneratoren 01 bzw.
01', wobei auch wieder beide Paare von Drehwider ständen von derselben Empfängerwelle W., aus ver stellt werden und die drehbaren Abgriffskontakte des einen gegenüber denjenigen des anderen Paares um 180,1 versetzt sind.
Eine von der Welle W., aus angetriebene Nocken scheibe N betätigt einen Umschaltkontakt Su derart, dass in Abhängigkeit von der Drehstellung a. der Welle W2 jeweils die eine oder die andere der Gleich spannungen c bzw. c zum einzigen Modulator M übermittelt wird, wobei die dem Modulator M nach folgenden Organe des Motor-Generator-Nachlauf- systems auch nur einmal vorhanden sind und in Aus bildung und Wirkung vollständig den entsprechenden Organen von Fig. 3 entsprechen.
Auf diese Weise wird es möglich, auch Drehwin kel al, die sich über einen Bereich von 360 Winkel graden verändern, störungsfrei zu übertragen, weil abwechslungsweise entweder das obere oder das un tere Geber-Empfangs- und Diskriminiersystem wirk sam werden. Es können auch die genannten Teile des Übertragungssystems mehr als zweimal vorhanden sein.
Das beschriebene Fernübertragungssystem für Wellendrehstellungen ist im Gegensatz zu den bekann ten Synchron- (Selsyn-) Übertragungssystemen auch für unbeschränkt lange Übertragungswege brauchbar.
Device for electrical remote transmission of the rotary position of an encoder shaft to a receiver shaft. The present invention is a device for remote electrical transmission of the rotary position of a transmitter shaft to a receiver shaft.
There are z. B. the known synchronous (Selsyn) transmission systems with a synchronous encoder rotatable by the encoder shaft and a synchronous receiver arranged at the other end of the transmission cable or radio path, the receiver shaft of which is automatically rotated synchronously with the encoder shaft.
The disadvantage of such synchronous transmission systems, which are actually simple and widely used, is that changes in the amplitude of a carrier alternating voltage are used to store information (angle of rotation a1) of the encoder shaft and that these variables are changed in ways that are often unforeseeable on cables and much more on radio paths. For this reason, the aforementioned synchronous transmission systems are in no way suitable for bridging large distances.
Because practically only the frequency of an alternating voltage is not changed even by inadequate transmission paths, systems for electrical remote transmission of the rotary position of an encoder shaft to a receiver shaft have already been set up, in which the encoder is an alternating voltage generator whose output frequency differs in a predetermined characteristic from the The rotary position of the encoder shaft depends on and in which there is an electrical, frequency-variable circuit arrangement on the receiver side, the natural frequency f 2 of which depends on the rotary position (j., Of the receiver shaft, with the same characteristics)
like the encoder frequency f l from the position of rotation a1 of the encoder shaft, whereby a servomotor controlled in the direction of rotation by the circuit arrangement mentioned is available to rotate the receiver shaft in the sense of equalization with the encoder shaft.
An embodiment of such a known long-distance transmission system is shown in Fig. 1 of the drawing.
The encoder shaft is denoted by W1, which, through its instantaneous angle of rotation a1, identifies the instantaneous value of a physical quantity to be transmitted and, when rotated, has a changing effect on frequency-determining organs of a variable-frequency alternating voltage generator <B> 01 </B>.
Accordingly, the frequency f 1 of the alternating voltage output by the generator 01 to the input of the transmission cable K is a clear function of the rotary position a1 of the encoder shaft W1.
The alternating reception voltage of frequency f1, which is amplified at the end of the transmission cable K by an amplifier EV preferably equipped with level regulators, is fed to a synchronous motor SM, which has the task of driving its output shaft at the frequency f 1 fed to it to turn. An identical synchronous motor SM2 receives its alternating supply voltage of frequency f2 from an alternating voltage generator 02 designed in the same way as the generator <B> 01 </B>.
The output shafts of the two synchronous motors <B> SM, </B> and SM2 form the input shafts of a differential gear DG, so that the rotational speed and the direction of rotation of the output shaft of this differential gear rotate before the sign of the difference (fl-f2) of the two shafts, i.e. H. corresponds to the alternating voltage frequency f1 and f2.
Since the output shaft of the differential gear DG represents the adjustment shaft of the generator 02 and this generator is formed exactly the same as the encoder generator 01, the receiver shaft W2 is automatically set to the angle of rotation a2 that corresponds to the rotation angle a1 of the encoder shaft W1 is the same.
The prerequisite for this, however, is that the synchronous motors work exactly as identical synchronous motors over a larger frequency range. However, this requirement cannot be met with sufficient accuracy with the known synchronous motor types, as these motors fall out of step when the frequency changes. For this reason, these known long-distance transmission systems have not become widely accepted.
Compared to such known remote transmission systems, it is provided according to the invention that the electrical circuit arrangement, which can be changed in its natural frequency f2 by rotating the receiver shaft, is a passive Wiensche bridge, one of which is a series branch fed by the remote transmitter alternating voltage of the frequency f1 that can be changed by rotating the receiver shaft Contains tuning frequency f 2 determining impedance members and an alternating voltage of the receiving frequency f1 arises at the shunt branch,
which corresponds in amount and phase position of the size and the sign of the difference fl-f2 between the receiving frequency f1 and the set tuning frequency f2, this bridge output voltage being used to control the direction of rotation of the servomotor.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in FIGS. 2, 3 and 6 of the drawing. 2 shows a pure block diagram; 3 shows a somewhat detailed schematic diagram; 4 shows the bridge voltage diagram of a Wien bridge; FIG. 5 shows the time profile of the voltages <I> a, b, </I> c and d in the block diagram according to FIG. 2; 6 shows an arrangement for transmitting an angle of rotation which can change via 36011.
In the block diagram according to FIG. 2, W1 again denotes the encoder shaft whose angle of rotation a1 is to be transmitted remotely. It forms the adjustment shaft of a variable-frequency alternating voltage generator, which emits an alternating voltage to the input of the transmission cable K or a radio channel, the frequency f 1 of which differs from the rotary position a1, der in a predetermined characteristic Encoder shaft W1 depends.
The AC received voltage of frequency f1 output at the end of the transmission cable K1 is amplified in an amplifier EV and set to a selectable level height using known level influencing means, so that the output voltage a of the amplifier EV has a constant, adjustable amplitude and a variable Liche frequency f 1 has.
This amplified AC received voltage of frequency fl is now fed to a passive Wien bridge FD whose natural frequency f 2 can be influenced by rotating the receiver shaft W2 and which represents a frequency discriminator whose output voltage b, due to its magnitude and phases, is the difference fl-f_2 between the receiving frequency frequency fl and the currently set eigenfrequency f, which identifies the Vienna Bridge FD.
The received alternating voltage a is also fed to a phase shifter P, which emits an alternating voltage c of the receiving frequency f1 that is phase rotated by 900 compared to the voltage a.
The voltages c and b are the input voltages of a phase-controlled rectifier D, through which the imaginary component of the voltage b is rectified true to the sign, while the real component of the bridge output b does not result in a resulting DC voltage component.
The direct voltage d at the output of the rectifier will therefore characterize the magnitude by its absolute value and the sign of the mentioned frequency difference f 1-f _, by its direction, whereby this direct voltage d assumes the value zero if the natural frequency f 2 of the frequency discriminating gate bridge FD matches the frequency fl of the receive voltage a.
This DC voltage d is now used to control the direction of rotation of a follower motor arrangement working at a constant operating frequency f ″, the motor Mot of which is the servomotor for the receiver shaft W., while the associated generator Gen is used for stabilization. This follower motor arrangement Mot-Gen is controlled by a Generator G ", energized, the operating frequency an alternating voltage c of the intended motor in z. B. 50 Hz or 400 Hz he testifies.
In a modulator M, the DC control voltage d is converted into a correspondingly large AC control voltage of the motor operating frequency h with the aid of the voltage e, the phase position of this voltage h being rotated by 180o when the sign of the DC voltage d changes. In the tracking amplifier NV, the sum of the voltages h and g (output voltage of the stabilization generator Gm) is amplified and fed to the motor Mot as control voltage i.
Depending on the size and phase position of the voltage i, the servomotor Mot rotates its drive shaft W. in one direction or the other until the natural frequency f2 of the frequency discriminator bridge FD coincides with the reception frequency f1.
Since it is assumed that the natural frequency f2 of the bridge FD is dependent on the angle of rotation a2 of the receiver shaft W2 with exactly the same characteristics as the encoder frequency f l on the angle of rotation a1, the shafts W1 and W2 automatically run continuously.
The block diagram of Fig. 2 is shown in Fig. 3 in de waisted form. In this Fig. 3, as by the way also in Fig. 6, electronic amplifiers are stages withVl --- V6, transformers with Ul --- U6 and their windings with small letters, e.g. B. u11, u12, while fixed resistors and unchangeable capacitors without reference signs are indicated by the usual circuit symbols.
It can be clearly seen from this FIG. 3 that the encoder generator <B> 01 </B> is an RC generator, the output frequency f 1 of which is determined by a Wien bridge which, in one of its series branches, has a series resistor connected in series and a resistance capacitance parallel circuit contains, while its other series branch consists of two frequency-independent elements, namely a fixed resistor R1 and a PTC resistor R. be.
The two capacitances of the frequency-dependent bridge branches are equal to one another and have constant values, while the resistances of these branches consist of the same rotary resistors Rd, the sliding contacts of which are rotated parallel to one another from the encoder shaft W1, so that the effective resistance values are always the same are.
As is known, the tuning frequency of such a Wien bridge is determined by the product RC and the amplifier part V1 of the oscillator 01 outputs an alternating voltage of the corresponding frequency f1.
The output voltage of the transmitter oscillator 01 or the amplifier V1 is transmitted via a transformer U1 to the transmission cable K and from this via a transformer U "to an input amplifier EV containing the two amplifier stages V. and V3 .
With the help of a voltage divider arrangement T between the amplifier stages V2 and V3 of the receiving amplifier EV or other known means, the amplitude of the receiving voltage a, d. H. the output voltage of the amplifier EV, can be set to a desired value.
The voltage a at the winding u31 of the output transformer U3 of the receiving amplifier EV is rotated by 900 in a capacitance resistor divider P and amplified to the value c in an associated amplifier stage V-1. The secondary winding u32 of the transformer U.S contains a grounded intermediate tap and allows voltages in phase opposition with an amplitude ratio of 2: 1 to arise at its ends.
This secondary winding subdivided in this way also represents the purely ohmic series branch of a passive Wien bridge FD subdivided in a ratio of 2: 1, the frequency-dependent second series branch of which is exactly identical to the bridge branch of the encoder generator <B> 01 </B> already described .
At the bridge output, an alternating voltage <I> b </I> of the receiving frequency <I> f </I> l <I>, </I> is generated against earth, which is amplified in the amplifier stage and via the transformer U ;, in the ring rectifier circuit D a is fed, to which the reference alternating voltage c is fed via the transformer U.4 from the amplifier stage V1, so that a direct voltage d is produced between the terminals Dl and D2,
whose direction of sign and whose value depends on the absolute size of the frequency difference fl-f2. With reference to the diagrams of FIGS. 4 and 5, the effectiveness of the frequency discriminator FD, the phase shifter P and the rectifier D is explained in detail below.
The time course of the alternating voltage a, which is ent at the output of the receiver amplifier EV, is shown in Fig. 5a by the solid curve a. The voltage c, phase rotated by 900, is also drawn in FIG. 3a as a dashed curve c a. The rectangular curve d shows the direction in which the rectifier D controlled by the voltage c is open.
In FIG. 4, Bj denotes the imaginary axis and Br denotes the real axis of a complex coordinate system in which the output voltage b of the frequency discriminator FD is drawn in vectorially. The peaks of the vector b for various frequency differences f1 f2 lie on a circle that intersects the real axis Br at the values O and a / 3.
The point zero corresponds to the frequency difference O and the point a / 3 applies to the cases in which fl assumes the values O or oo, while in the part of the circle above the axis Br the difference fl-f2 is positive and in the lower part is negative.
In Fig. 5b, the voltage b, its real component br and its imaginary component bj (see FIG. 4) are recorded in their time course. The rectified components br resulting in the rectifier D are shown in FIG. 5c.
It turns out that only the imaginary component bj of the bridge output voltage b contributes to the direct voltage d, the direction and magnitude of which clearly corresponds to the sign and magnitude of the difference fl-f2 and which has the value zero if the receiving frequency f1 and the tuning frequency f2 of the Vienna Bridge FD are equal to each other.
This direct voltage d is now according to FIG. 3 in the modulator M, which is controlled by an alternating voltage e of the fixed engine operating frequency fm from the generator Gin via the transformer U6, converted into a control voltage h of the relevant invariable engine operating frequency, which occurs at the transformer U7 the amplitude of this voltage is proportional to the instantaneous value of the direct voltage d, while its phase position is rotated by 1800 when the direct voltage d reverses its sign.
In a manner known per se, the rotors of the motor Mot and of the generator Gen, which are seated on the receiver shaft W2, are each assigned an excitation winding re and ge, which are connected to the output of the frequency-fixed generator Gm and are therefore connected to the voltage e.
The control winding <I> ms </I> of the motor Mot and the output winding gs of the generator Gen are each rotated by 900 against the associated excitation winding. When the shaft W2 is rotated in one direction of rotation, an alternating voltage g of the motor operating frequency (generator Gm) is generated at the output winding of the generator Gen. Its amplitude is proportional to the rotational speed of the shaft W2 and its phase position depends on its direction of rotation.
The sum of the voltages h and g is amplified in the amplifier NV and fed as a control voltage i to the control winding <I> ms </I> of the motor Mot, the motor Mot driving the shaft W2 depending on the size and phase position of the voltage i in the sense of a Re Reduction of the control voltage i to the value O ver rotates by setting the natural frequency f2 of the frequency discriminator FD to the value of the receiving frequency fl.
In this way, the angle of rotation α of the encoder shaft W is electrically transmitted to the receiver shaft W.
The novel use of the passive Wien bridge described, which is identical to the tuning circuit of the encoder generator as a frequency-discriminating circuit arrangement and the phase-dependent rectification of the bridge output voltage b described, has the essential advantage over known systems that a DC control voltage d is obtained whose value is zero is
if the natural frequency f2 of the discriminator FD is equal to the generator frequency f l and which, in the event of a misalignment, corresponds to the sign and the size of the frequency difference f l-f 2. Such a control voltage is very suitable for speed and direction of rotation control of a constant operating frequency servomotor for the receiver shaft W.,.
In addition to the described, known and proven stabilized follower motor arrangement, a DC motor or a hydraulic or pneumatic servomotor controlled by electric valves could also be used for the receiver shaft W2. All such servomotors work much more reliably and ge more precisely than synchronous motors.
In FIG. 6, an arrangement for the transmission of rotation angle values is shown, which can change over a range of 3600. Because no usable rotary resistances are known that can be used over 3600 rotary ranges, it is provided here that two encoder oscillators 01 and 01 'are available, whose rotary resistance pairs Rd and Rd' are adjusted from the same encoder shaft WI. The tap contacts of the second rotary resistor pair Rd 'are rotated by 1800 compared to those of the first pair Rd.
Two different frequencies fl and f1 'are transmitted on the two cables K and K', each of which is transmitted via the receiver amplifier EV and EV ', the Vienna shy bridges FD and FD', the phase shifters P and P 'and the rectifiers D and D 'are converted into control voltages c and c'. The Vienna bridges FD and FD 'again correspond completely to those of the encoder generators 01 and
01 ', with both pairs of rotary resistors standing by the same receiver shaft W., are made from ver and the rotatable tap contacts of one are offset from those of the other pair by 180.1.
One of the shaft W., driven from cam N actuates a changeover contact Su in such a way that depending on the rotational position a. of the shaft W2 one or the other of the DC voltages c or c is transmitted to the single modulator M, the organs of the motor-generator tracking system following the modulator M also only being present once and in training and action completely correspond to the corresponding organs of FIG.
In this way, it is possible to also transmit angles of rotation that change over a range of 360 degrees without interference, because alternately either the upper or the lower encoder receiving and discriminating system are effective. The parts of the transmission system mentioned can also be present more than twice.
In contrast to the known synchronous (Selsyn) transmission systems, the long-distance transmission system described for shaft rotation positions can also be used for unlimited transmission paths.