Schaltung zur Ableitung von Signalen, deren Verhältnis dem Tangens eines Winkels proportional ist Das Patent betrifft eine Schaltung zur Ableitung von Signalen, deren Verhältnis dem Tangens eines Winkels proportional ist. Eine solche Schaltung kann insbesondere dazu verwendet werden, um einem in duktiv arbeitenden Positionsgeber Eingangssignale zu liefern.
Induktive Positionsgeber werden bekanntlich in Ver bindung mit Servomotoren benützt, um Maschinen organe, z.B. Schlitten einer Fräsmaschine, zu verstellen.
Ein klassischer induktiver Positionsgeber (hier eine Art Drühtransformator) weist einen Stator mit zwei zueinander senkrechten Wicklungen und eine Rotorwicklung auf.
Wenn man der einen Stator- wicklung eine<I>X</I><B>-</B> sin <B>A</B> und der anderen Stator- wicklung eine<I>X<B>-</B></I> cos <B>A</B> proportionale Wechselspan nung zuführt, wobei X ein beliebiger Faktor ist, und wenn ferner die Rotorwicklung in einem Winkel B zur ersten Statorwicklung eingestellt wird, so wird in dieser Rotorwicklung eine Spannung induziert,
die bis auf den Faktor X proportional ist zu sin <B>A -</B> cos <I>B</I><B>-</B> cos <B><I>A</I> -</B> sin B = sin <B><I>(A -</I></B> B). Diese Spannung wird verstärkt und einem mit dem Rotor gekuppelten Servomotor so zugeführt, dass derselbe den Rotor in einem die Spannung auf Null reduzierenden Sinne dreht. Die Spannung ist Null, wenn<B>A<I>=</I></B> B ist,<B>d.</B> h. wenn der Rotor in dem Winkel eingestellt ist, dessen Sinus und Cosinus durch die den beiden Statorwick- lungen zugeführten Spannungen dargestellt werden.
Unter der Bezeichnung Inductosyn (eingetra gene Marke) ist auch ein anderer induktiver Pos#i- tionsgeber bekannt, bei welchem anstelle der beiden Statorwicklungen zwei in einer Ebene verlaufende zickzackförmige Leiter < Zickzackinduktivitäten ) von gleicher Ganghöhe h vorgesehen sind, die in Flucht miteinander liegend einen Abstand von <I>(n</I><B>+</B> 1/4) h voneinander haben, wobei n eine ganze Zahl bedeutet.
Parallel zu diesen beiden Zickzack- induktivitäten, aber sehr nahe bei denselben, ist eine dritte längsverschiebbare, lange Zickzackinduktivität gleicher Ganghöhe vorgesehen, die der Rotorwicklung des klassischen Positionsgebers entspricht, wobei die induktive Kopplung der dritten Indaktivität mit den ersten beiden Induktivitäten ebenfalls (bis auf einen gemeinsamen Faktor) dem Sinus, respektive dem Cosimis eines Winkels proportional ist.
Ein Indiieto,syn -Positionsgebrr ist offensicht lich sehr geeignet, um eine Längsverstellung eines Maschinenteiles, z. B. eines Schlittens, zu steuern, in dem man die dritte Induktivität auf dem Schlitten und die ersten beiden Induktivitäten am Maschinenbett anbringt, und die Ausgangsspannung der dritten Wicklung wieder verstärkt und einem den Schlitten imSinne einerVerminderung dieserAusgangsspannung verschiebenden Servomotor zuführt.
Mit Rücksicht auf die geringen Impedanzen der Zickzackwicklungen sind dabei sehr genau dem Sinus bzw. dem Cosinus proportionale Steuerspannungen den beiden in der selben Ebene liegenden Wicklungen zuzuführen.
Das Patent bezweckt, eine Schaltung zu schaffen, die genügend genaue Eingangssignale für einen der artigen induktiv arbeitenden Positionsgeber liefern kann. Sie geht dabei aus von einer bekannten Schal tung zur Ableitung von Signalen, deren Verhältnis dem Tangens eines Winkels proportional ist, mit einem Spannungsteiler, der eine erste und eine zweite Spannung erzeug die dem Sinus, respektive dem Cosinus eines Winkels proportional ist, der minde stens eine grobe Annäherung des genannten Winkels darstellt, wobei Transformatoren vorgesehen sind, um zu dieser ersten und zweiten Spannung Zusatz spannungen zu addieren und dadurch eine erste und eine zweite resultierende Ausgangsspannung zu er zeugen,
deren Verhältnis dem Tangens des genannten Winkels proportional ist.
Die Schaltung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Zusatzspannung, die zu der ersten Spannung addiert wird, von einer zur zweiten Ausgangsspannung proportionalen Spannung mittels eines Transformators abgeleitet wird, während die Zusatzspannung, die zu der zweiten Spannung ad iert wird, von einer zur ersten Ausgangsspannung pro portionalen Spannung mittels eines Transformators abgeleitet wird. Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes ist in der einzigen Figur :der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
Das in der Zeichnung gezeichnete Schaltungs schema ist dazu bestimmt, in einer Verstellvorrich- tung verwendet zu werden, in welcher Zickzack - Induktivitäten mit einer Ganghöhe von<B>0,1</B> Zoll ## <B>0,25</B> cm vorgesehen sind. Die Schaltung kann Signale hervorbringen, die dem Sinus und dem Cosinus von Winkeln im Bereiche von 0-36011 (2,7) gleich sind, und zwar in Schritten von 0,3611, so dass eine Teilung des Intervalles von<B>0,25</B> cm durch<B>1000</B> möglich ist, was eine Genauigkeit von<B>0,00025</B> cm ergibt.
Eine Zehnerskala wird verwendet, wobei eine Ziffer vom Werte<B>1</B> an der höchsten Stelle einer Verstellung um <B>0,025</B> cm entspricht und Signale erzeugt, die zu sin Zehnerskala wird verwendet,wobei eine Ziffer vom Werte 2 an der höchsten Stelle entspricht einer Ver stellung von<B>0,050</B> cm und erzeugt Signale, die zu sin <B>720</B> bzw. cos 7211 proportional sind usw. in Mehr fachen von<B>360.</B>
In ähnlicher Weise entspricht eine Ziffer vom Werte<B>1</B> an der zweiten Stelle einer Verstellung von <B>0,0025</B> cm und erzeugt Signale, die sin 3,6,1 und cos 3,611 proportional sind usw. in Mehrfachen von<B>3,60.</B> In der dritten Stelle, entspricht eine Ziffer vom Werte <B>1</B> einer Verstellung von 0,00025 cm und erzeugt Signale, die sin 0,3611 bzw. cos 0,3611 proportional sind usw. in Mehrfachen von 0,361'.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist ein Autotransformator Tl, der durch eine Bezugswech- selstromquelle erregt wird, eine Reihe von Anzapfun- gen auf, mit denen eine erste Reihe von zehn festen Kontakten Sia auf einem ersten Kontaktkreis und eine zweite Reihe von zehn festen Kontakten Slb auf einem zweiten Kontaktkreis verbunden sind.
Die beiden Kontaktkreise sind<B>je</B> mit eineni drehbaren Kontakt Cla bzw. Clb versehen, welche Kontakte auf derselben Welle befestigt sind, die von Hand in eine gewünschte Stellung gedreht werden kann.
Zwei Kontakte des Kontaktkreises Sla sind mit dem Mit telpunkt von Tl verbunden und entsprechen linearen Verstellungen von<B>0,00</B> bzw. <B>0, 125</B> cm und die Ampli- tuden der diesen Kontakten zugeführten Spannungen werden zur Darstellung von sin <B>00</B> und sin <B>1800</B> be nützt. Die anderen Kontakte dieses Kreises erhalten Spannungen, deren Amplituden sin <B>36"</B> bzw. sin <B>720</B> usw. bis sin 3240 entsprechen.
Zu diesem Zweck sind die Kontakte mit passenden Anzapfungen des Auto transformators verbunden, wie dargestellt. Um jedoch die gewünschte Genauigkeit mit einer relativ kleinen Anzahl von Windungen auf TI zu erzielen und so die Impedanz von Tl gering zu halten, werden zusätz liche Spannungen zwischen den Anzapfungen von TI und den Kontakten Sla eingeführt, und zwar mittels der Wicklungen eines Transformators<B>T8,</B> dessen Primärwicklung T8a dadurch erregt wird, dass sie zu einem Abschnitt des Autotransfonnators TI parallel geschaltet ist.
Alle die Wicklungen von<B>T8</B> sind in der Zeichnung mit horizontaler Achse dar gestellt und sind auf einem anderen Magnetkern als der Autotransformator TI gewickelt. Infolge dieser Massnahme braucht der Autotransformator nur so viele Windungen zu haben, als es notwendig ist, um bei Anzapfung von vollständigen Windungen eine grobe Darstellung der gewünschten Funktionen zu ergeben, wobei die sonst dadurch bedingte Unge- naui,gkeit durch die vom Transformator<B>T8</B> gelieferten Spannungen korrigiert wird.
Die Kontakte auf dem anderen Kontaktkreis Slb sind mit Anzapfungen von Tl verbunden, die zusam men mit durch<B>T8</B> eingeführten Zusatzspannungen, Spannungen liefern, welche cos <B>361,</B> cos <B>720</B> usw. entsprechen.
Die Kontakte Cla <I>und</I> Clb sind in der gezeigten Stellung auf<B>360</B> eingestellt, und allgemein wählen Cla <I>und</I> Clb Analogsignale aus, welche Teilen der an Tl angelegten Wechselspannu#ng ent sprechen, die proportional sind zu sin <B>A</B> und cos <B><I>A,</I></B> wobei<B>A</B> irgend ein Mehrfaches von<B>360</B> und<B>0</B> bis<B>9</B> bedeutet und durch die Einstellung dieser Kontakte dargestellt wird.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist das untere Ende von Tl geerdet und die Span nung zwischen Mittelpunkt und Erde bildet den Bezugspegel der Schaltung,<B>die</B> Einheit, in welcher sin <B>A</B> und cos <B>A</B> bemessen werden. Die durch Sla <I>und</I> Slb abgeleiteten Spannungen werden<B>je</B> einem weiteren Autotransformator T2 bzw. <B>T3</B> zugeführt, welche getrennte Magnetkreise haben. Diese Autotransformatoren weisen Anzapfungen auf, die, wie gezeigt, mit zwei Reihen von festen Kontak ten S2a und S2b verbunden sind.
Die Kontakte von jeder dieser Reihen bilden den Kontaktkreis eines Sl <I>a oder</I> Sl <B><I>b</I></B> ähnhchen Dekadenschalters, wobei diese Kontakte lediglich zur Vereinfachung der Figur auf einer Geraden liegend dargestellt sind.
Den festen Kontakten S2a und S2b sind drehbare Kontakte C2a und C2b zugeordnet, d#ie auf einer gemeinsamen Welle befestigt sind, wie im Falle von Cla <I>und</I> Clb. Die festen Kontakte S2a sind an Anzapfungen des Autotransformators T2 angeschlossen;
die zusammen mit von einem Transformator T9 (ähnlich<B>T8)</B> einge führten Zusatzspannungen, Spannungen liefern, deren Amplituden proportional sind zu tg <B>00,</B> tg <B>3,60,</B> tg 7,211 <B>...</B> bis tg 32,40. Einige der Verbindungen sind weggelassen, um die Zeichnung zu vereinfachen.
Die festen Kontakte S2b erhalten in gleicher Weise Spannungen, welche proportional sind zu tg <B>00,</B> tg 3,6", tg 7,2o<B>...</B> usw., wobei diese Spannungen vom Transformator<B>T3</B> und von einem Zusatzspan nungen einführenden Transformator T10 geliefert werden. Der Kontakt C2a ist mit dem einen Ende der Primärwicklung eines.
Transformators<B>T5</B> ver bunden und der Kontakt C2b ist mit dem einen Ende der Primärwicklung eines Transformators T4 ver bunden, wobei die Verbindungen der Primärwicklung von T4 umgekehrtsind im Vergleich mit der Primär wicklung von<B>T5, d.</B> h. die Spannungen, die durch die Sekundärwicklungen der Transformatoren T4 und <B>T5</B> zu den Spannungen der Kontakte Cla bzw. Clb hinzugefügt werden, haben entgegengesetzte Vorzei chen.
Die Amplitude der dem Kontakt C2a geliefer ten Spannung ist proportional sin <B>A<I>-</I></B> tg B und die jenige dem Kontakt C2b gelieferten Spannung cos <B><I>A -</I></B> tg B, wobei B irgend ein Mehrfaches von 3,611 von<B>0</B> bis<B>9</B> bedeutet, das durch die Einstellung der Kontakte C2a und C2b dargestellt ist.
Zwei zu Vs bzw. Vc proportionale Ausgangsspan nungen werden an den Klemmen P und<B>Q</B> geliefert, wobei Vs die Amplitude der Spannung an der Primär wicklung T6a des ersten Ausgangstransformators<B>T6</B> und Vc die AmplItude der Spannung an der Primär wicklung T7a des zweiten Ausgangstransformators <B>T7</B> bedeutet.
Auf einer Wicklung T6b sind Anzapfun- gen vorgesehen, welche mit den festen Kontakten eines Sla <I>oder</I> Slb ähnlichen Dekadenschalters ver bunden sind und von welchen mittels eines drehbaren Kontaktes C3a Spannungen abgeleitet werden können, die tg 0-, -tg 0,36-, -t.g <B>0,721,</B> usw. bis -tg 3,240 proportional sind.
Die festen Kontakte dieses, Deka, denschalters sind zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen worden, und kein Zusatzspannungen chl- führender Transformator (wie<B>T8)</B> ist in diesem Falle vorgesehen, da der Beitrag dieses Schalters auf alle Falle klein ist.
Eine Wicklung T7b des zweiten Aus gangstransformators<B>T7</B> mit der Prü, närwicklung T7a ist mit einem den Kontakt C3b aufweisenden Deka- denschalter verbunden, auf gleiche Weise wie die Wicklung T6a mit dem den Kontakt C3a aufweisen den Dekadenschalter. <B>Die</B> durch den Kontakt C3a ausgewählte Spannung möge eine<B>-</B> tg <B>C</B> proportio nale Amplitude haben, worin<B>C</B> irgend ein Mehr faches von<B>0,
3 60</B> von<B>0</B> bis<B>9</B> bedeutet und durch die Einstellung von C3a dargestellt ist. Die durch, C3b au,sgewäh,Ite Spannung ist ebenfalls,<B>-</B> tg <B>C.</B> Die Span nung, die dann an der Primärwicklung des Transfor mators T4 auftritt, sei nun (Normierung des Win- dungsverhältnisses von T7a und T7b) gleich cos <B><I>A -</I></B> tg <I>B<B>+</B></I> Vc <B><I>-</I></B> tg <B>C,
</B> während die an der Primär- wIcklUng des Transformators<B>T5</B> auftretende Span nung gleich<B>-</B> sin <B>A -</B> tg <I>B<B>+</B></I> Vs <B><I>-</I></B> tg <B><I>C</I></B> sei. Die erstgenannte, Spannung wird durch den Trans formator T4 zu der Sinn <B>A</B> und die letztgenannte Span nung durch den Transformator<B>T5</B> zu der cos <B>A</B> dar stellenden Spannung hinzugefügt.
Demzufolge ist
EMI0003.0085
EMI0004.0001
Die Ausgangsspannungen an den Klemmen P und <B>Q</B> haben Amplituden, deren Verhältnis gleich sin <B><I>(A +</I></B><I> B<B>+ C)</B></I><B> :</B> cos <B><I>(A +</I></B><I> B<B>+ C)</B></I> ist, wobei die absoluten Grössen der Ausgangsspannungen für die Steuerung von Vektorzerlegern unwesentlich sind.
Durch Auswahl von anderen Mehrfachen für die zur Bil, dung der Winkel<B><I>A,</I></B><I> B</I> und<B>C</B> dienenden Einheits schnitte von 36o, bzw. 3,6o, bzw. <B>0,360</B> kann ein Signal enthalten werden, das dem Verhältnis von Sinus zu Cosinuseines im ganzen Bereich von<B>0</B> bis <B>3600</B> schrittweise um<B>je 0,360</B> veränderbaren Winkels proportional ist. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Unterteilung mit einem Faktor<B>10,</B> aber es können offensichtlich auch andere Unterteilungsfaktoren ge wählt werden.
Im Transformator<B>T6</B> wird die Spannung von der Primärwicklung T6a auf die Sekundärwicklung T6c abwärts transformiert, von welcher die Ausgangs spannung abgenommen wird, und entsprechend wird auch die Spannung von der Wicklung T7a auf die Wicklung T7c von<B>T7</B> herabgesetzt; dadurch werden die Ausgangsimpedanzen herabgesetzt, ohne die Ge nauigkeit zu beeinträchtigen.