DE1141362B

DE1141362B - Remote control of electrical machines using electromagnetic oscillations

Info

Publication number: DE1141362B
Application number: DES32082A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Herz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-02-06
Filing date: 1953-02-06
Publication date: 1962-12-20

Description

Nachlauffernsteuerung elektrischer Maschinen mittels elektromagnetischer Schwingungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachlauffernsteuerung elektrischer Maschinen. Es ist oftmals erwünscht, daß bei einer derartigen Fernsteuerung die Änderung der zu steuernden Betriebsgröße sich selbst ausgleichend erfolgt. Beispielsweise tritt diese Aufgabe dann auf, wenn die Antriebsmotoren elektrischer Lokomotiven von einem außerhalb dieser gelegenen Standort ferngesteuert werden sollen, wie es beispielsweise im Abraumbetrieb der Fall ist. Hierbei soll der Zug unter dem Abraumbagger so verholt werden, daß das Fördergut gleichmäßig in die Wagen fließt. Die Geschwindigkeit des Zuges soll dabei vom Bagger aus ferngesteuert werden. Häufig wird dabei der Zug von zwei Lokomotiven gezogen. Diese sollen sich aber gleichmäßig in die Zugkraft teilen. Die Steuerung des Zuges einschließlich der gleichmäßigen Lastverteilung soll auf drahtlosem Wege erfolgen, damit keine besonderen Steuerleitungen zwischen Befehlsstand und Lokomotiven erforderlich sind Die drahtlos übermittelte Steuerleistung soll denkbar klein sein.Remote control of electrical machines by means of electromagnetic ones Vibrations The invention relates to a remote control electrical tracking Machinery. It is often desirable in such a remote control that the Change in the size of the company to be controlled takes place in a self-balancing manner. For example This task occurs when the drive motors are electric locomotives are to be remotely controlled from a location outside of this, like it is the case, for example, in overburden operations. Here the train should go under the excavator be moved in such a way that the conveyed material flows evenly into the wagons. The speed the train is to be controlled remotely from the excavator. Often the Train pulled by two locomotives. But these should be evenly reflected in the tensile force share. The control of the train including the even load distribution should be done wirelessly, so that no special control lines between Command post and locomotives are required The wirelessly transmitted control power should be very small.

Die vorliegende Anordnung zeigt, wie dies in besonders einfacher Weise erfolgen kann. Es wird hierbei die von einem auf dem Befehlsstand aufgestellten Funksender ausgestrahlte Frequenz derjenigen Größe (Strom, Spannung, Leistung, Drehzahl usw.) zugeordnet, die auf der Lokomotive ferngesteuert werden soll. Die Beeinflussung dieser Größe auf der Lokomotive geschieht durch einen dort aufgestellten Empfänger, der ein Relais oder einen Regler beeinflußt. Relais und Regler sind in der Ruhelage, wenn der Abstimmkreis des Empfängers mit der ankommenden Frequenz in Resonanz ist. Regler oder Relais sprechen aber in der einen oder anderen Richtung an, wenn die ankommende Frequenz größer oder kleiner als die Resonanzfrequenz des Empfängers ist. Es erfolgt also bei jeder Abweichung der ankommenden Frequenz von dieser Resonanzfrequenz ein Ansprechen des Relais bzw. des Reglers in dem einen oder anderen Verstellsinn. Nun wird aber der Abstimmkreis des Empfängers von der durch den Regler gesteuerten Größe bzw. durch die Rückführung des Reglers selbst so beeinflußt, daß wieder Resonanz mit der ankommenden Frequenz hergestellt wird. Bei dieser Frequenz sind dann Relais und Regler wieder in der Ruhelage. Die Anordnung wirkt demnach als drahtlose elektrische Welle und ermöglicht, von einem Befehlsstand außerhalb der Lokomotive Regelwiderstände, Ströme, Spannungen, Leistungen, Drehzahl usw. nach Belieben fernzusteuern.The present arrangement shows how this can be done in a particularly simple manner can be done. It will be the one posted on the command post Radio transmitter emitted frequency of that variable (current, voltage, power, speed etc.) to be remotely controlled on the locomotive. The influencing this size on the locomotive is done by a receiver set up there, that affects a relay or controller. Relays and controllers are in the rest position, when the tuning circuit of the receiver is in resonance with the incoming frequency. However, controllers or relays respond in one direction or the other if the incoming frequency higher or lower than the resonance frequency of the receiver is. It takes place with every deviation of the incoming frequency from this resonance frequency a response of the relay or the controller in one or the other direction of adjustment. But now the tuning circuit of the receiver is controlled by the controller Size or influenced by the feedback of the controller itself so that again resonance with the incoming frequency is established. At this frequency there are relays and controller in the rest position again. The arrangement thus acts as a wireless electrical one Shaft and enables control resistors from a command post outside the locomotive, Remotely control currents, voltages, powers, speed, etc. at will.

Es ist bereits eine Einrichtung zur mechanischen Fernverstellung von Teilen bekannt, bei der auf der Geberseite Schwingungen, z. B. elektrische, von verschiedener Frequenz erzeugt werden, deren jeweilige Schwingungszahl der hervorzubringenden Einstellung entspricht und bei der die Eigenfrequenz des Empfangssystems kontinuierlich verändert wird. Die gewünschte Einstellung erfolgt in dem Moment, wenn zwischen dem Geber und dem Empfänger Resonanz besteht. Ferner ist es bekannt, daß bezüglich Frequenz oder Amplitude gesteuerte elektromagnetische Schwingungen bei ihrer Abweichung von einem veränderbar eingestellten Ansprechwert eines empfangsseitig angeordneten Resonanzrelais einen Steuervorgang auslösen. Den bekannten Einrichtungen fehlt jedoch die durch die Erfindung erzielte Angleichung des Ansprechwertes der Empfangseinrichtung durch die Änderung der zu steuernden Betriebsgröße an die empfangene elektromagnetische Schwingung, durch welche ein Gleichgewichtszustand erreicht wird, der die Änderung der Betriebsgröße beendet.It is already a device for mechanical remote adjustment of Share known, in which on the encoder side vibrations, z. B. electrical, from different frequencies are generated, the respective number of vibrations to be generated Setting corresponds and at which the natural frequency of the receiving system is continuous is changed. The desired setting takes place at the moment when between there is resonance between the giver and the receiver. It is also known that regarding Frequency or amplitude controlled electromagnetic oscillations when they deviate from a variably set response value of one arranged on the receiving side Resonance relay trigger a control process. However, the known facilities are lacking the adjustment of the response value of the receiving device achieved by the invention by changing the operating variable to be controlled to the received electromagnetic Vibration, through which a state of equilibrium is reached, which causes the change the company size ended.

Anstatt an der gesendeten elektromagnetischen Welle die Frequenz für den Regelvorgang an der elektrischen Maschine zu benutzen, kann man erfindungsgemäß auch die Amplitude der ausgestrahlten Welle ändern, in ähnlicher Weise wie man in der Funktechnik sowohl mit Amplituden- als auch mit Frequenzmodulation arbeitet. Entscheidend ist, daß die Steuergröße durch die Frequenz bzw. durch die Amplitude einer elektromagnetisch ausgestrahlten Welle am Empfangsort als Sollwert vorgegeben wird und daß über den dort vorhandenen Empfänger ein Steuervorgang ausgelöst wird, der so lange dauert, bis die Steuergröße ihren Sollwert erreicht hat. Durch eine Rückführung von der Steuergröße von einem etwa verwendeten Regler auf dem Empfänger wird dafür gesorgt, daß der Befehl aufhört, sobald die Steuergröße ihren Sollwert erreicht hat. Man erhält auf diese Weise gewissermaßen eine drahtlose Nachlaufsteuerung.Instead of the transmitted electromagnetic wave the frequency for To use the control process on the electrical machine, you can according to the invention also change the amplitude of the emitted wave, in a similar way as one in radio technology works with both amplitude and frequency modulation. It is crucial that the control variable is controlled by the frequency or by the amplitude an electromagnetically emitted wave at the receiving location is specified as a setpoint value and that a control process is triggered via the receiver present there, which lasts until the control variable has reached its setpoint. By a Feedback from the control variable of one about used regulator on the receiver it is ensured that the command ends as soon as the control variable has reached its setpoint. In this way you get a wireless one, so to speak Follow-up control.

Im Falle der Änderung der Amplitude der Senderschwingung sendet die Sendeeinrichtung der Nachlauffernsteuerung ein in der Amplitude moduliertes Hochfrequenzband aus, das nach Gleichrichtung im Empfänger einen in der Größe veränderbaren Gleichstrom liefert. Dieser Gleichstrom bringt den Regler der Steuereinrichtung im gewünschten Sinne zum Ansprechen, bis die Nachlaufsteuerung, welche die Daten des zu steuernden Motors mit den gewünschten Sollwerten vergleicht, den Befehl wieder aufhebt.In the case of a change in the amplitude of the transmitter oscillation, the transmits Transmit device of the tracking remote control a high-frequency band modulated in amplitude after rectification in the receiver, a direct current that can be changed in size supplies. This direct current brings the regulator of the control device in the desired Meaning to respond until the follow-up control, which the data of the to be controlled Compares the motor with the desired setpoints and cancels the command.

Ein Ausführungsbeispiel, das auf die Änderung der Frequenz der Senderschwingung abgestellt ist, soll die Wirkungsweise der Anordnung eingehend beschreiben. In der Zeichnung bezeichnet 1 die Drosselspule und 2 den Kondensator des Abstimmkreises eines Funksenders 3, der über die Antenne 4 die Steuerfrequenz aussendet. Die Funkwellen werden auf der Lokomotive von der Antenne 5 aufgenommen und dem Schwingungskreis des Empfängers, bestehend aus Drosselspule 6 und dem Kondensator 7, die beispielsweise in Reihe geschaltet sind, zugeleitet. In Reihe mit beiden liegt ferner die bewegliche Spule 8 eines Reglers oder eines Relais. 9 bedeutet die Erde. Der Regler weist ferner eine weitere feste Spule 10 auf, die über die Drosselspule 11 ebenfalls mit der ankommenden Frequenz gespeist wird. Die bewegliche Spule 8 kann den Regler bzw. das Relais im einen oder anderen Befehlssinn ansprechen lassen und über einen Hilfsmotor 12 beispielsweise den Widerstandsregler 13 eines Steuergenerators 14 betätigen, der von einem Synchronmotor 15 angetrieben wird. Dieser wird aus der Fahrleitung 16 mit Einphasen-Wechselstrom gespeist. 17 und 18 stellen die von dem Steuergenerator gespeisten Fahrmotoren dar. 19 bedeutet ein Stromrelais, das mittelbar oder unmittelbar den als Drehkondensator ausgeführten Kondensator 7 betätigt.An exemplary embodiment, which is based on the change in the frequency of the transmitter oscillation, is intended to describe in detail the mode of operation of the arrangement. In the drawing, 1 denotes the choke coil and 2 denotes the capacitor of the tuning circuit of a radio transmitter 3, which transmits the control frequency via the antenna 4. The radio waves are picked up on the locomotive by the antenna 5 and fed to the oscillating circuit of the receiver, consisting of the choke coil 6 and the capacitor 7, which are connected in series, for example. In series with both is also the movable coil 8 of a controller or a relay. 9 means the earth. The controller also has a further fixed coil 10 , which is also fed with the incoming frequency via the choke coil 11. The movable coil 8 can cause the controller or the relay to respond in one or the other command sense and, via an auxiliary motor 12, for example, actuate the resistance controller 13 of a control generator 14 which is driven by a synchronous motor 15. This is fed from the contact line 16 with single-phase alternating current. 17 and 18 represent the traction motors fed by the control generator. 19 denotes a current relay which directly or indirectly actuates the capacitor 7, which is designed as a variable capacitor.

Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Der als Drehkondensator ausgeführte Kondensator 2 des Senders 3 wird vom Bedienenden betätigt. Dadurch ändert sich die von der Antenne 4 ausgestrahlte Frequenz. Liegt diese Frequenz unterhalb der Frequenz, auf die der Abstimmkreis 6, 7 des Empfängers eingestellt ist, so führt die bewegliche Spule 8 des Reglers einen vorwiegend kapazitiven Strom. Der festen Spule 10 des Reglers wird dagegen durch die Drosselspule 11 ein vorwiegend induktiver Strom aufgedrückt. Infolgedessen wird auf die Spule 8 eine abstoßende Kraft ausgeübt, und der Regler erhält z. B. Befehl, über den Hilfsmotor 12 und den Widerstandsregler 13 die Spannung des Steuergenerators 14 zu verkleinern. Infolgedessen wird der Strom im Ankerkreis des Steuergenerators kleiner, und es erfolgt über das Stromrelais 19 eine Drehung des Kondensators 7 in einem solchen Sinn, daß die Resonanzfrequenz des Schwingungskreises 6, 7 auf die ankommende Frequenz zusteuert. Ist diese erreicht, so ist der Strom in der Spule 8 um 90° gegenüber dem Strom in der Spule 10 verschoben, und auf die Spule 8 wird keine Kraft ausgeübt. Erforderlichenfalls muß das Gewicht der Spule 8 durch Federn im Gleichgewicht gehalten werden. Bei der Resonanzfrequenz befindet sich der mit der Spule 8 gekuppelte Kontakt bzw. der Steuerkolben eines Öldruckreglers in der Nullage, so daß auf den Widerstandsregler 13 keine Verstellkraft ausgeübt wird.The arrangement works as follows: The one designed as a variable capacitor Capacitor 2 of transmitter 3 is operated by the operator. This changes the frequency emitted by the antenna 4. If this frequency is below the frequency, to which the tuning circuit 6, 7 of the receiver is set, the movable one leads Coil 8 of the controller a predominantly capacitive current. The fixed coil 10 of the Regulator, on the other hand, a predominantly inductive current is impressed by the choke coil 11. As a result, a repulsive force is exerted on the spool 8, and the regulator receives z. B. command, via the auxiliary motor 12 and the resistance regulator 13, the voltage of the control generator 14 to reduce. As a result, the current in the armature circuit of the control generator is smaller, and there is a rotation via the current relay 19 of the capacitor 7 in such a sense that the resonance frequency of the oscillating circuit 6, 7 is heading towards the incoming frequency. If this is reached, then there is the current in the coil 8 shifted by 90 ° with respect to the current in the coil 10, and on the No force is exerted on coil 8. If necessary, the weight of the spool 8 are kept in balance by springs. Located at the resonance frequency the contact coupled to the coil 8 or the control piston of an oil pressure regulator in the zero position, so that no adjusting force is exerted on the resistance regulator 13 will.

Wird nun der Kondensator 2 vom Bedienenden in Richtung auf höhere Sendefrequenz verstellt, so liegt die von der Antenne 5 aufgenommene Frequenz über der gerade vorhandenen Resonanzfrequenz des Abstimmkreises 6, 7, und die Spule 8 führt nur nacheilenden Strom, unter dessen Einfluß sie von der Spule 10 angezogen wird. Der Regler gibt nun Befehl in der entgegengesetzten Richtung, und der Strom der Fahrmotoren beginnt zu steigen, bis über das Stromrelais 19 die neue Resonanzfrequenz im Abstimrnkreis 6,7 wieder hergestellt ist und die Spule 8 ihre Mittellage erreicht hat. Wie man sieht, folgt demnach der Ankerstrom der Fahrmotoren verhältnisgleich der Drehung des Drehkondensators 2. Man hat demnach eine drahtlos betätigte Stromsteuerung der Lokomotive.If the operator now adjusts the capacitor 2 in the direction of a higher transmission frequency, the frequency picked up by the antenna 5 is above the currently existing resonance frequency of the tuning circuit 6, 7, and the coil 8 only carries a lagging current, under the influence of which it is released from the coil 10 is tightened. The controller now gives commands in the opposite direction, and the current of the traction motors begins to increase until the new resonance frequency in the tuning circuit 6, 7 is restored via the current relay 19 and the coil 8 has reached its central position. As you can see, the armature current of the traction motors follows proportionally the rotation of the variable capacitor 2. You have a wirelessly operated current control of the locomotive.

Statt durch den Strom kann die Rückführung des Drehkondensators 7 auch von der Spannung, von der Leistung, von der Drehzahl der Fahrmotoren, von der Stellung des Reglers 13 usw. erfolgen. Stets wird man einen der Drehung des Drehkondensators 2 verhältnisgleichen Wert der betreffenden Größe erhalten.Instead of the current, the return of the variable capacitor 7 also from the voltage, from the power, from the speed of the traction motors, from the Position of the controller 13 etc. take place. One always becomes one of the rotation of the variable capacitor 2 received a proportional value of the size in question.

Wenn der Zug von zwei Lokomotiven gezogen wird, kann auch die zweite Lokomotive von dem gleichen Sender aus ferngesteuert werden. Diese zweite Lokomotive soll durch die Bezugszeichen 5 a bis 19 a dargestellt sein.If the train is pulled by two locomotives, the second can also Locomotive can be remotely controlled from the same transmitter. This second locomotive should be represented by the reference numerals 5 a to 19 a.

Die drahtlose Fernsteuerung des Zuges von einem außerhalb der Lokomotive befindlichen Befehlsstand aus ist besonders erwünscht im Abraumbetrieb beim sogenannten Verholen des Zuges. Man kann aber den Sender auch auf der Lokomotive so steuern, daß sie den gleichen oder einen verhältnisgleichen Strom wie die steuernde Lokomotive selbst aufweist. Die Aufgabe der gleichen Zugkraftverteilung ist dann auf einfache Weise und ohne Steuerleitungen zwischen den Lokomotiven gelöst.Wireless remote control of the train from outside the locomotive located command post is particularly desirable in the overburden operation in the so-called Moving the train. But you can also control the transmitter on the locomotive so that they have the same or a proportional current as the controlling locomotive has itself. The task of the same tensile force distribution is then simple Wise and solved without control lines between the locomotives.

Der dieser Anordnung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf das gebrachte Ausführungsbeispiel beschränkt; er läßt sich auch in anderer Form verwirklichen und auch auf andere ortsveränderliche oder ortsfeste Antriebe anwenden, wo die Fernsteuerung mit Drahtleitungen schwierig oder umständlich ist.The idea on which this arrangement is based is not brought to the fore Embodiment limited; it can also be realized in another form and also apply to other portable or stationary drives where the remote control difficult or awkward with wire lines.

An Stelle der drahtlosen Fernsteuerung kann auch eine Fernsteuerung unter Verwendung von Drahtleitungen und Niederfrequenz erfolgen. Eine solche Anordnung kann z. B. vorteilhaft sein, wenn es sich darum handelt, bei mehreren, vor einen Zug gespannten Lokomotiven gleiche Lastverteilung zu erzielen. Die veränderliche Frequenz wird in diesem Fall zweckmäßig durch einen mit veränderlicher Drehzahl betriebenen Sendegenerator erzeugt. Wenn als Rückleitung die Schienen verwendet werden, ist hierbei nur eine zusätzliche Steuerleitung zwischen den Lokomotiven erforderlich. Auch diese kann entfallen, wenn auf vorhandenen Kuppelleitungen mit Hilfe von Übertragern in bekannter Weise die Steuerfrequenz überlagert wird.A remote control can also be used instead of the wireless remote control done using wireline and low frequency. Such an arrangement can e.g. B. be advantageous when it comes to several, in front of one Train tensioned locomotives to achieve equal load distribution. The changeable one Frequency is expedient in this case by a variable speed one operated transmit generator generated. If the rails are used as the return line is only an additional control line between the locomotives necessary. This can also be dispensed with if using existing coupling lines The control frequency is superimposed with the help of transformers in a known manner.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Remote control of electrical machines using electromagnetic oscillations, characterized in that the frequency (or amplitude) controlled electromagnetic oscillations at a frequency (or Amplitude) deviation from those at one Receiving device on response values of the frequency (or amplitude) set to a certain value, for example via a relay that responds to the deviation, a change in a Cause the operating variable of the electrical machine (e.g. current, voltage or power), and that the change in the operating variable is an adjustment of the response values of the receiving device the frequency (or amplitude) values of the received electromagnetic oscillations causes.

2. Arrangement for performing the follow-up control according to claim 1 with respect to the frequency-controlled oscillations, characterized in that on an oscillating circuit a frequency relay is provided for the incoming electromagnetic wave, which if the resonance frequency set on the oscillation circuit is exceeded or not reached an adjusting motor in one sense or the other to start up, the z. B. on the excitation circuit of the electrical machine by adjusting a resistor acts, and that an operating variable of the electrical machine in their thereby caused a change in the resonance frequency of the oscillation circuit in the sense of an adjustment adjusted to the target frequency of the incoming electromagnetic wave.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that a movable one on the oscillation circuit Coil is provided which is magnetically coupled to a fixed coil and which their position when the resonance frequency is exceeded or not reached in one or the other changes in another sense and thereby changes the variable displacement motor in one sense or the other brings to operation.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the moving coil can be adjusted from its central position against the force of springs is.

5. Arrangement according to claim 3, characterized in that the movable coil when changing their position by switching contacts on or off, an electrical one Adjusting motor starts up.

6. Arrangement according to claim 3, characterized in that that the moving coil is coupled to the control piston of an oil pressure regulator, the z. B. by adjusting resistors to an operating size of the electrical Machine acts.

7. Arrangement according to claim 2, characterized in that the Adjustment of the resonance frequency of the receiving oscillation circuit by adjusting (e.g. twisting) a capacitor takes place. B. Use of the arrangement of claims 1 to 7 for wireless remote control of electrical ones on vehicles Machines, in particular such that when loading the wagons of a coal train in lignite opencast mining the traction motors of the electric locomotive from the excavator or the generators on the locomotive for the traction motors are remotely controlled will. 9. Arrangement according to claim 8, characterized in that in the presence of several locomotives for the coal train all with receiving facilities for the wireless remote control are equipped and controlled jointly by the transmitting station will. 10. Arrangement according to claim 8, characterized. that if present of several electric locomotives for the coal train on one locomotive an electromagnetic wave transmitter is located to the second or third locomotive controls in terms of a desired distribution of the total load on the locomotives. 11. The arrangement according to claim 1, characterized in that the electromagnetic Waves are transmitted over wire lines and have a much lower frequency than is necessary for wireless transmission. 12. Arrangement according to Claim 11, characterized in that the variable frequency of the electromagnetic Waves through a transmission generator that is expediently operated at a variable speed is produced. 13. Arrangement according to claims 8 and 11, characterized in that that when used on rail vehicles for the return of the electromagnetic Waves serve the rails. Publications considered: German Patent Specifications No. 262 372, 375 229, 399158, 405 466; Swiss Patent No. 238 914.