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Einrichtung zur elektrischen Winkelwertübertragung Zur Anzeige und
Übertragung bestimmter Winkelwerte oder zur Anzeige und Übertragung von anderen
in Winkelwerte übersetzten Werten, wie z. B. Längenwerten, Temperaturwerten, werden
häufig Drehfeldsysteme mit einem Drehfeldgeber und einem Drehfeldempfänger verwendet.
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Eine eindeutige Anzeige ist bei derartigen Drehfeldsystemen nur dann
vorhanden, wenn der höchste zu übertragende Winkelwert, bezogen auf das Drehfeldsystem,
kleiner als 180' el. ist. Zur Erhöhung der Anzeigegenauigkeit wird häufig
auch eine Winkelwertübertragung gewünscht, die ein Vielfaches des Winkelwertes darstellt,
dem ein Winkelweg des Drehfeldsystems von 1800 el. entspricht. Tritt bei
derartigen Drehfeldsystemen eine Spannungsunterbrechung ein, so besteht die Gefahr,
daß dann, wenn in dieser Zeit der Läufer des Drehfeldgebers verstellt wurde, und
die Spannungsunterbrechung aufgehoben ist, der Läufer des Drehfeldempfängers einen
Winkelweg zurücklegt, der nicht mit dem wahren zu übertragenden Winkelweg übereinstimmt.
Meraus ergibt sich die Forderung einer Nachstellung des Läufers für den Drehfeldempfänger.
Wegen der räumlichen Entfernung zwischen Drehfeldempfänger und Geber ist eine Nachstellung
des Läufers für den Drehfeldempfänger von Hand schwierig.
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Es sind Einrichtungen zur elektrischen Winkelwertübertragung bekanntgeworden,
die aus einem elektrisch miteinander verbundenen Geber-Empfänger-System und einem
ebenfalls elektrisch miteinander verbundenen gleichartigen überwachungssystem bestehen,
dessen Teile mit den entsprechenden gleichartigen Teilen des ersten Systems durch
je ein übersetzungsgetriebe mechanisch verbunden sind, wobei Mittel vorgesehen
werden, die bei einer bestimmten fehlerhaften Winkelabweichung eine Auftrennung
der elektrischen Verbindung des ersten Systems vornehmen und eine motorische Verdrehung
bis zur Synchronisierung beider Systeme auslösen. Die eine bekannte Anordnung dieser
Art hat zwei Geber- und zwei Empfängersysteme, die mechanisch miteinander in bestimmte
Verbindung gebracht sind und bei der die Aufgabe gelöst werden soll, eine Verstellung
des Drehgebers zu speichern und die Nachdrehung des Empfängers nach einer beliebigen
Zeit um genau den gleichen Winkel zu ermöglichen. Hierbei werden nur Drehbewegungen
nachgebildet, so daß die Frage einer merklichen Verdrehung des Gebers im Verhältnis
zum Empfänger nicht gestellt wird. Diese Anordnung arbeitet mit Gebem und Empfängern
nach der Motorbauart. Eine entsprechende Anordnung, die den gleichen Zweck wie der
Erfindungsgegenstand mit anderen Mitteln erfüllt, weist mechanische Mittel in Form
von Kontaktzeichen auf und hat eine besondere Ausbildung der mechanischen Verbindung
zwischen den beiden Systemen zur Voraussetzung.
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Eine wesentliche Vereinfachung läßt sich mit rein elektrischen Mitteln
nach der Erfindung dadurch erreichen, daß das übersetzungsverhältnis bei Verwendung
von Drehfeldsystemen so gewählt ist, daß der höchste Winkelwert des ersten Systems
im überwachungssystem einem Winkel von weniger als 1801' el. entspricht und
daß in an sich bekannter Weise eine umschaltbare Netzspeisung für den Läufer des
Empfängers des ersten Systems in Schaltabhängigkeit von einer von der Netzspannung
und der Ausgangsspannung des überwachungsempfängers abhängigen Vergleichseinrichtung
gebracht ist.
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Es ist zwar auch bekannt, bei wechselstrombetriebenen Drehmeldeanlagen
für Fernanzeigevorrichtungen zur Rückstellung der Anzeige auf einen Nullwert oder
auf einen bestimmten Festwert vorübergehend den Drehfeldgeber von seinem Antrieb
zu entkuppeln und die Fernübertragungsleitungen an eine Festspannung anzulegen,
so daß der Drehfeldgeber und der Drehfeldernpfänger synchron miteinander in eine
vorgegebene Stellung einlaufen. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch nicht in der
Lage, das hier vorliegende Problem zu lösen, da bei Wiederkehr der vorher ausgefallenen
Speisespannung für die Vorrichtung der Drehfeldempfänger mit dem Drehfeldgeber nicht
sicher synchronisiert ist, wenn der Drehfeldgeber vom Außenantrieb in der Zwischenzeit
eine andere Winkelstellung eingenommen hat. Die bekannte Vorrichtung ist in ihrer
Möglichkeit allein beschränkt auf die Synchronisierung des Systems in einem bestimmten
Festwert.
Ein Nachführen des Drehfeldempfängers, insbesondere dann,
wenn dieser zu einer Winkelwertübertragung benutzt wird, die ein Vielfaches des
Winkelwertes darstellt, dem ein Winkelweg des Drehfeldsystems von 1801 el.
entspricht, ist hier nicht möglich.
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Die Zeichnung zeigt ein Anwendungsbeispiel der neuen Einrichtung fär
eine Fernteufenzeigevorrichtung.
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In Fig. 1 ist die schematische Anordnung der Drehfeldsysteme
für die Fernteufenzeigevorrichtung dargestellt; Fig. 2 zeigt die dazugehörige Schaltung.
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Das in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie dargestellte Steuerpult
1 umfaßt die Relaiskombination 2 und die Anzeigeskala3 der Fernteufenzeigevorrichtung
für die beiden Fördertrume einer Fördermaschine mit den antreibenden Elementen.
Die Zeiger 3 a und 3 d der Teufenanzeigeskala sind
je-
weils an einem in sich geschlossenen Band3b und 3 b' befestigt.
Die beiden Bänder 3 b und 3 b' laufen über Rollen 3 c und
3 d bzw. 3 c' und 3 d. Die Rollen 3 c
und 3 c' werden jeweils von einem Drehfeldempfänger 5 bzw.
5' angetrieben. Da es sich um zwei in gleicher Weise ausgeführte Drehfeldsysteme
für den Teufenzeiger des einen oder des anderen Trumes handelt, wird nur einer von
beiden beschrieben, wobei die gleichen Teile der anderen Anordnung die gleichen
Bezugszeichen, ergänzt durch einen Beistrich, erhalten.
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Der Läufer des Drehfeldempfängers 5 ist über elektrische Leitungen
6 mit dem Läufer eines Drehfeldgebers 7 verbunden. Die Läufer des
Drehfeldgebers 7 und des Drehfeldempfängers 6 sind über
je
ein übersetzungsgetriebe 8, 9 z. B. mit einer übersetzung von
1: 20 mit einem überwachungsdrehfeldgeber 10 und einem überwachungsdrehfeldempfänger
11 gekuppelt. Die Läufer des überwachungsdrehfeldgebers 10 und des
überwachungsdrehfeldempfängers 11 sind über die Leitungen 12 elektrisch miteinander
verbunden. Dreht sich somit der Drehfeldgeber 7 um 33001' je Zug,
so entspricht dies einer Verdrehung des überwachungsdrehfeldgebers 10 von
ungefähr 165' je Zug - zweipolige Drehfeldsysteme vorausgesetzt, also
um einen Winkel von kleiner als 180' el. Das gleiche gilt für den Drehfeldempfänger
5 und den überwachungsdrehfeldempfänger 11. Die Drehfeldgeber
7 und 7' sowie die überwachungsdrehfeldgeber 10 und
10' sind im Fahrtregler 4 (durch gestrichelten Linienzug begrenzt) angeordnet.
Dabei sind die Drehfeldgeber 7 und 7' ihrerseits über ein Getriebe
13 mit dem Treibmittel 14 der Fördermaschine gekuppelt.
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Die elektrische Schaltung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung
für die Teufenzeigevorrichtung ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Die Erregerwicklung
7 a des Drehfeldgebers 7 ist an die Phasen S und T eines
Drehstromnetzes 21 angeschlossen. Die dreiphasige Läuferwicklung 7 b ist
über die Leiter 6 a, 6 b
und 6 c und die Relaiskontakte
22 a, 22 b, 22 c des Relais 22, ferner die Relaiskontakte 23
a, 23 b, 23 c des Relais 23 mit der dreiphasigen Läuferwicklung
5 b des Drehfeldempfängers 5 elektrisch verbunden.
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Die Erregerwicklung 5 a des Drehfeldempfängers
5
ist einmal an die Phase T und zum anderen über die Relaiskontakte
23 d und 22 d mit der Phase S verbunden. Parallel zu den Relaiskontakten
22 d und 23 d
hegt die Reihenschaltung eines Gleichrichters 24 mit
einem einstellbaren Widerstand 25.
Ferner ist mit den Phasen S und
T die Erregerwicklung 10a des überwachungsdrehfeldgebers 10
verbunden. Die
dreiphasige Läuferwicklung 10 b des überwachungsdrehfeldgebers
10 ist mit der dreiphasigen Läuferwicklung llb des überwachungsdrehfeldgebers
11 über die Leiter 12 elektrisch verbunden. Die Auskopplungswicklung lla
des überwachungsdrehfeldempfängers 11 ist an eine phasenselektive Gleichrichteranordnung
angeschlossen. Die phasenselektive Gleichrichteranordnung enthält einen Speisetransformator26,
dessen Primärwicklung26a an die Phasen S und T angeschlossen ist. Der Speisetransformator
26 weist drei Sekundärwicklungen 26 b,
26 c und 26 d
auf. Die Sekundärwicklungen 26 b und 26c sind in Reihe geschaltet. Der Mittelabgriff
zwischen den beiden Sekundärwicklungen 26 b und 26 c
ist mit
einer Klemme der Auskopplungswicklung lla des überwachungsdrehfeldempfängers
11 verbunden, die zweite Klemme der Auskopplungswicklung 11.
a
mit den Eingängen 27a und 28a je einer Gleichrichterbrückenschaltung
27 und 28. Der andere Eingang der Gleichrichterbrückenschaltung
27 ist mit dem noch freien Ende der Sekundärwicklung 26 b und
der andere Eingang der Gleichrichterbrückenschaltung 28
mit dem noch freien
Ende der Sekundärwicklung 26 c
verbunden.
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Parallel zu den Sekundärwicklungen 26 b und 26
c
ist die Gleichrichterbrückenschaltung 29 geschaltet. An die Ausgänge
der Gleichrichterbrückenschaltungen 27, 28 und 29 sind jeweils in
Reihenschaltung zwei einander zugeordnete Errregerwicklungen von zwei Dreiwicklungsrelais
30 und 31 angeschlossen. So sind an die Ausgangsklemmen der Gleichrichteranordnung
28 die Erregerwicklungen 30a und 31a,
an die Ausgangsklemmen der Gleichrichteranordnung
29 die Erregerwicklungen 30 b und 31 b und ferner an die Ausgangsklemmen
der Gleichrichteranordnung 27 die Wicklungen 30 c und 31 a
angeschlossen. Die Relaiskontakte 30d, 31d der Relais 30 und
31
liegen im Zuge der Erregerwicklung der Relais 22 bzw. 23.
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Die Erregerwicklungen der Relais 22 und 23 sind über die Relaiskontakte
30 d bzw. 31 d an die Ausgänge einer weiteren Gleichrichterbrückenschaltung
32 angeschlossen. Die Eingänge der Gleichrichterbrückenschaltung
32 sind mit der Sekundärwicklung 26d des Speisetransformators
26 verbunden.
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Das Relais 22 enthält außer den schon genannten Relaiskontakten 22
a bis 22 d die Relaiskontakte 22 e,
22f und 22g. Ebenso
enthält das Relais 23 noch die Relaiskontakte 23 e, 23
f und 23 g. Die genannten Kontakte 22 e bis 22 g und 23
e bis 23 g sind einmal an die Sekundärwicklungen eines Zwischentransformators
33 angeschlossen, dessen Primärwicklung mit den Phasen R, S
und T des Drehstromnetzes 21 verbunden ist. Zum anderen sind die genannten Relaiskontakte
22 e bis 22 g und 23 e bis 23 g mit der Läuferwicklung des
Drehfeldempfängers 5 verbunden, so daß das Drehfeld im Läufer des Drehfeldempfängers
verschiedenen Drehsinn haben kann, je
nachdem, ob die Läuferwicklungen an
den Zwischentransformator 33 über die Kontakte des Relais 23
oder über
die Kontakte des Relais 22 angeschlossen sind, die eine oder die andere Drehrichtung
einnimmt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Wird der Läufer des
Drehfeldgebers 7 über das Getriebe 13 um einen bestimmten Winkelweg
verstellt, so wird hierdurch in der Läuferwicklung 5 b des
Drehfeldempfängers
5 ein bestimmter Strom hervorgerufen, der seinerseits ein Drehmoment im Drehfeldempfänger
erzeugt, das den Läufer des Drehfeldempfängers 5 so lange verstellt, bis
Übereinstimmung hinsichtlich der Verstellwinkel im Drehfeldgeber und Drehfeldempfänger
besteht. Zugleich mit der Verstellung des Läufers des Drehfeldgebers 7 wird
auch der Läufer 10 b des überwachungsdrehfeldgebers 10
um den
entsprechenden übersetzungswinkel verstellt. Ebenso wird durch den Läufer
5 b des Drehfeldempfängers 5 der Läufer 11 b des überwachungsdrehfeldempfängers
um den entsprechenden übersetzungswinkel verstellt. Die Verstellung des Läufers
des überwachungsdrehfeldgebers und des Läufers des überwachungsdrehfeldempfängers
unterscheidet sich also von der des Drehfeldgebers und Drehfeldempfängers um den
gleichen, durch die Übersetzung vorgegebenen Faktor.
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Die Spannung an der Auskopplungswicklung 11 a
des überwachungsdrehfeldempfängers
ist immer dann Null, wenn die beiden Läufer 10 b und 11. b in ihrer
Winkelstellung, bezogen auf ihre Bezugsachsen, übereinstimmen. Weicht die Winkelstellung
des Läufers 11 b von der des Läufers 10 b ab, so liegt
je nach der Richtung und Größe der Abweichung an der Auskopplungswicklung
eine Spannung an, die ihrerseits nach Richtung und Größe durch die Abweichung bestimmt
ist. Im normalen Betrieb liegt somit an der Auskopplungswicklung 11 a keine
Spannung an. Findet jedoch aus irgendwelchen Gründen eine Unterbrechung zwischen
der elektrischen Verbindung der Läufer 7 b und 5 b statt und
verdreht sich während dieser Zeit der Läufer des Gebers 7 um einen Winkelweg,
der, bezogen auf das Drehfeldsystem, größer als 1.800 el. ist, so wird nach
Wiederkehr der Spannung bzw. Wiederherstellung der elektrischen Verbindung der Läufer
des Empfängers 5 sich so lange verdrehen, bis Übereinstimmung in der Läuferlage
von Geber und Empfänger, bezogen auf ihre jeweilige Bezugsachse, besteht. Die dann
vom Läufer des Empfängers 5
eingenommene Stellung steht zwar im elektrischen
Gleichgewicht mit dem Geber, wird aber, da der Winkelwert, bezogen auf das elektrische
Drehfeldsystem, sich um ein Mehrfaches von 180' el. verstellt haben kann,
nicht mit dem wahren Winkelwert übereinstimmen, d. h., die Anzeigeskala am
Teufenzeiger zeigt einen falschen Wert an.
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Da der Läufer 5b des Drehfeldempfängers 5 mit dem Läufer
11 b des überwachungsdrehfeldempfängers 11 gekuppelt ist und dieser
sich auch verstellt hat, stimmen dann die Läuferstellungen des überwachungsdrehfeldempfängers
und des überwachungsdrehfeldgebers nicht mehr überein, weil die Läufer, bezogen
auf den höchst möglichen Winkelwert, einen kleineren Winkelweg als 180' el.
zurückgelegt haben. Es steht somit an der Auskopplungswicklung 11 a des Überwachungsdrehfeldempfängers
eine Auskopplungsspannung Uü an. Diese Auskopplungsspannung tfil addiert sich zu
der an den Klemmen der Sekundärwicklung 26b bzw. 26c je nach ihrer
Richtung positiv oder negativ, so daß entweder an der Gleichrichterbrücke
28 oder an der Gleichrichterbrücke 27
eine größere Spannung anliegt.
Abhängig davon, an welcher der beiden Gleichrichterbrücken 27 und 28 eine
größere Spannung anliegt, wird das polarisierte Dreiwicklungsrelais 30 oder
das polarisierte Dreiwicklungsrelais 31 ansprechen. Die Gleichrichteranordnung
29, deren Ausgang mit den Wicklungen 30 b und 31 b
verbunden
ist, dient lediglich zur EmpfindlichkeitseinsteRung der Dreiwicklungsrelais.
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Je nachdem, ob das Dreiwicklungsrelais 30 oder 31
seine
Kontakte30d bzw. 31d schließt, werden die Kontakte der Relais 22 oder das
Relais 23 geschlossen. Wird nun angenommen, das Relais 22 habe angesprochen,
so öffnet dieses seine Kontakte 22 e bis 22 g.
Hierdurch wird die Erregerwicklung
5 a des Drehfeldempfängers 5 über die Phasen
S, die Gleichrichteranordnung 24 und den einstellbaren Widerstand
25
erregt. Ferner werden die Kontakte 22 e bis 22 g geschlossen,
d. h., die Uäuferwicklung 5 b des Drehfeldempfängers
5 wird an das Drehstromsystem angeschlossen und die Erregerwicklung
5 a durch öffnen des Kontaktes 22 d oder 23 d
von Gleichstrom durchflossen. Der Drehfeldempfänger 5 arbeitet dann als gleichstromgebremster
Asynchronmotor, der sich je
nachdem, welches der Relais 22 oder
23 angesprochen hat, in der einen oder anderen Richtung dreht. Der Läufer
des Drehfeldempfängers 5 wird sich somit so lange drehen, bis die Ausgangsspannung
an der Auskopplungswicklung 11 a des überwachungsdrehfeldempfängers
Null ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Läufer des überwachungsdrehfeldempfängers
und der Läufer des überwachungsdrehfeldgebers, bezogen auf eine gemeinsame Bezugsachse,
die gleiche Stellung einnehmen, d. h., der Drehfeldempfänger wird sich so
lange drehen, bis er an der Skala des Teufenzeigers den richtigen Wert anzeigt.
Die Gleichstrombremsung des als Asynchronmotor laufenden Drehfeldempfäng gers
5 dient dazu, die Drehzahl herabzumindern und somit praktisch ein überschwingen
über die genaue Einstellung hinaus zu vermeiden. Mit Hilfe des Widerstandes
25 kann die Größe der Bremsung eingestellt werden.
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Liegt eine Abweichung der Stellung des Läufers des Drehfeldempfängers
in der anderen Richtung vor, so wird durch das Auskopplungsglied und die phasenselektive
Gleichrichteranordnung das Relais 23 erregt und somit in de#. Läuferwicklung
5 b ein Drehfeld entgegengesetzter Richtung erzeugt, so daß eine Drehung
in entgegengesetzter Richtung stattfindet.