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Sollwertgeber, bestehend aus einem einphasig erregten Drehtransformator
Für handgesteuerte Sollwertgeber wird die Forderung gestellt, daß die Steuerhebelauslage
durch eine bestimmte Funktion mit dem eingestellten Sollwert verbunden ist. Der
Sollwert soll dabei von -1-100% auf -100% möglichst stufenlos verändert werden können.
Für den Sollwertgeber von Fördermaschinenantrieben wird eine Funktion zwischen Steuerhebelauslage
und Sollwert gewünscht, die der Funktion y = x3 angenähert ist, um die Maschine
bei kleiner Steuerhebelauslage feinfühlig steuern zu können. Bisher wurden derartige
Sollwertgeber durch entsprechend gestaltete Kollektorsteller verwirklicht. Die Kollektorsteller
haben jedoch den Nachteil, daß ein Verschleiß von Kollektor und Bürsten vorhanden
ist. Im übrigen sind sie technisch sehr aufwendig.
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Auch ist es bereits bekanntgeworden, zur Bildung einer Spannungssollwertkurve
Drehtransformatoren mit nur einer Sekundärwicklung und eine an diese angeschlossene
Gleichrichteranordnung zu verwenden. Die Zuordnung der Ausgangsgröße des Drehtransformators
zum Drehwinkel weicht aber stark von der gewünschten Proportionalität ab, ferner
besteht keine Möglichkeit, einen negativen und einen positiven Sollwertbereich zu
erfassen, da die Ausgangsgröße nur im Bereich von Null bis zu einem Maximalwert
mit dem Drehwinkel geändert werden kann.
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Der neue Sollwertgeber beseitigt diese Nachteile. Die Lösung besteht
darin, daß zwei räumlich versetzte Sekundärwicklungen mit getrennten Gleichrichteranordnungen,
deren Ausgangsklemmen zusammengeschaltet sind, verwendet werden und daß von der
über den Drehwinkel des Drehtransformators sägezahnartig verlaufenden Differenz
der Ausgangsgleichgrößen eine Flanke für den Sollwert benutzt ist. Wird für einen
gegebenen Antrieb eine nichtlineare Funktion gewünscht, so werden zur Bildung eines
Sollwertpolygonzuges an den Ausgangskreis mehrere Gleichrichteranordnungen angeschlossen,
deren Ausgänge mit verschiedenen Abgriffen eines gleichstromgespeisten Widerstandes
verbunden sind. Entweder in den Eingangs- oder in den Ausgangsstromkreis der Gleichrichteranordnungen
wird zusätzlich je ein Widerstand geschaltet. Hierdurch ist es durch Wahl der Hilfsgleichspannung
an den Abgriffen des Widerstandes und durch Wahl der Größe der einzelnen Widerstände
in den Stromkreisen der Gleichrichteranordnungen möglich, verschiedene Funktionen
zwischen der Steuerhebelauslage und dem Sollwert herzustellen. Die Summe der Ströme
im Eingangskreis der Gleichrichteranordnungen ist dabei dem Sollwert proportional.
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Zur näheren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen; es zeigt
Fig. 1 die Schaltung des neuen Sollwertgebers, Fig. 2 ein Diagramm der Ausgangsgrößen
des neuen Sollwertgebers, Fig.3 die Schaltung des neuen Sollwertgebers in Verbindung
mit Gleichrichteranordnungen zur Bildung eines Sollwertpolygonzuges, Fig.4 ein Diagramm
über den Verlauf des Sollwertes nach Fig. 3.
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In der Fig. 1 ist der Drehtransformator 1 schematisch durch seine
Primär- und Sekundärwicklungen dargestellt. Die Primärwicklungen 2 -des Drehtransformators
sind im Stern geschaltet. Eine Ausgangsklemme ist an die Phase R, die beiden übrigen
Ausgangsklemmen an die Phase S eines nicht dargestelltenWechselstromnetzes angeschlossen.
Die Sekundärwicklungen des Drehtransformators 1 sind offen geschaltet. An die Sekundärwicklung
3 ist der Eingang einer GleichrichterbrückenschaltungA, bestehend aus den Gleichrichtern
4, 5, 6 und 7, und an die S ekundärwicklung 8 der Eingang einer Gleichrichterbrückenschaltung
B, bestehend aus den Gleichrichtern 9, 10, 1i und 12, angeschlossen.
Die beiden Gleichrichterbrückenschaltungen A und B sind ausgangsseitig
in Reihe geschaltet. Die Minus-Ausgangsklemme der Gleichrichterbrückenschaltung
A und die Plus-Ausgangsklemme der Gleichrichterbrückenschaltung B sind über je einen
Widerstand 13, 14 miteinander verbunden. Zwischen den Widerständen (Klemme D) und
der gemeinsamen Klemme C der Gleichrichterbrückenschaltung A und
B wird der dem Sollwert proportionale Strom IR erfaßt. Dieser., Strom ist
die Differenz der Ausgangsgleichströme IA und IB.
In Fig. 2 ist
der Verlauf des Gleichstromes IA und diesem gegenüber um 120° versetzt der Verlauf
des Gleichstromes IB in Abhängigkeit vom Drehwinkel a
dargestellt. Die Differenz
beider Gleichströme ergibt den resultierenden Gleichstrom IR. Eine Flanke dieses
sägezahnartig verlaufenden Gleichstromes IR wird für den Sollwert ausgenutzt.
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Fig. 3 zeigt die schon in Fig. 1 beschriebene Schaltung eines neuen
Sollwertgebers mit zusätzlicher Gleichrichterschwelle. An die Ausgänge der Gleichrichterbrückenschaltung
A und B sind hier noch die Glättungsglieder 15 und 16 angeschlossen.
Wie in Fig. 1 führt der gemeinsame Ausgang der Gleichrichterbrückenschaltungen
A und B zu der Klemme C, während die beiden übrigen Ausgänge über
den Widerstand 13 bzw. 14 mit der Klemme D verbunden sind. An die Klemmen C und
D sind die Gleichrichteranordnungen 17, 18, 19 und 20 angeschlossen,
wobei der Klemme D zur Erzeugung der Sollwertspannung, die an den Klemmen D und
E abgegriffen wird, ein Belastungswiderstand 21 vorgeschaltet ist. Die Gleichrichteranordnung
20 hat gegenüber den Gleichrichteranordnungen 17, 18 und 19 entgegengesetzte Durchlaßrichtung.
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Die Gleichrichteranordnung 20 erweitert den Betriebsbereich. Sie bildet
mit jeder der Gleichrichteranordnungen 17, 18 und 19 eine Brückenschaltung. Diese
Brückenschaltungen sind symmetrisch. Eine Ausgangsklemme der Gleichrichteranordnungen
ist jeweils über einen Widerstand 22, 23 und 24 an einen Abgriff des Widerstandes
25 angeschlossen. Der Widerstand 25 seinerseits liegt mit einem Glättungskondensator
26 und einer Glättungsdrossel 27 im Ausgangskreis der Gleichrichteranordnung 28.
Die Gleichrichteranordnung 28 ist ihrerseits über einen Transformator 29 an das
Wechselstromnetz angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Wird angenommen, daß
bei einem bestimmten Drehwinkel der Punkt C gegenüber dem Punkt D ein höheres Potential
besitzt und die Spannung zwischen den Punkten C und D kleiner ist als die Spannung
zwischen dem Abgriff des Widerstandes 22 und der Eingangsklemme des Widerstandes
25, so sperren die Gleichrichteranordnungen 17, 18 und 19. In diesem Spannungsbereich
ist also ein Stromfluß im Sollwertkreis vollständig unterdrückt, und die Ausgangsspannung
liegt an den Klemmen C, D. Übersteigt die Spannung an den Klemmen C, D die
Spannung am Äbgriff für den Widerstand 22 und dem Eingang des Widerstandes 25, so
wird die Gleichrichteranordnung 17 leitend. Im Ausgangsstromkreis der Gleichrichteranordnung
17 liegt nunmehr zusätzlich der Widerstand 22. Der Strom in diesem Widerstand steigt
bei wachsendem Drehwinkel mit den wachsenden resultierenden Ausgangsgleichspannungen
an den Klemmen C, D an. -Wird die Spannung an den Klemmen C, D größer
als die Spannung am Abgriff des Widerstandes 23 und dem Eingang des Widerstandes
25, so wird die Gleichrichteranordnung 18 leitend. Die beiden Widerstände 23 und
22 liegen nunmehr parallel und vermindern somit den--Gesamtwiderstand im Ausgangskreis
der Gleichrichteranordnung 17 und 18. Der Ausgangsstrom und damit auch der Strom
im Belastungswiderstand 21 steigt bei weiter sich erhöhender resultierender Ausgangsspannung
an den Brückenschaltungen A und B stärker an. Der gleiche Vorgang
wiederholt sich, wenn auch dieGleichrichteranordnung 19 leitend wird und
der Widerstand 24
den beiden Widerständen 23 und 22 ebenfalls
parallel geschaltet wird. Der Strom im Belastungswiderstand 21 oder der an
ihm gemessene Spannungsabfall nimmt dabei den in Fig. 4 (Kurve 30) dargestellten
Verlauf. Es entsteht also ein Polygonzug, der sich für den negativen wie für den
positiven Bereich der Ausgangsgleichspannung aus drei Polygonabschnitten zusammensetzt.
Die Knickstellen im Polygonzug entstehen jeweils dann, wenn eine weitere Gleichrichteranordnung
leitend wird. Das beschriebene Beispiel bezieht sich auf eine Stromschaltung. Sinngemäß
läßt sich auch eine Spannungsschaltung ausführen.
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Durch Verwendung weiterer Gleichrichteranordnungen und Widerstände
und durch Bemessung der einzelnen Widerstände wie auch der Hilfsspannungen am Widerstand
25 lassen sich die verschiedensten Funktionswerte zwischen Steuerhebelauslage bzw.
resultierender Ausgangsgleichspannung und Sollwert bilden.