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Anordnung zur Herabsetzung der Welligkeit der Ausgangsspannung von
Tachometermaschinen Tachometermaschinen dienen zur Messung der Drehzahl umlaufender
Wellen. Sie werden an die umlaufende Welle angekuppelt, und die in ihren Anker induzierte
Spannung ist ein Maß für die Größe der Drehzahl. Tachometermaschinen können entweder
als Gleichstrom- oder als Wechselstrommaschinen aufgebaut sein. Im letzteren Fall
kann die Ausgangsspannung gleichgerichtet werden. Aus mannigfachen Gründen (z. B.
Nutungs- oder Exzentrizitätseinflüsse) sind der die Drehzahl abbildenden Ausgangsgleichspannung
Wechselspannungen überlagert Diese Welligkeit der Ausgangsgleichspannung ist in
Regelanordnungen sehr unerwünscht und wirkt sich besonders nachteilig aus, wenn
der Differentialanteil einer Regelabweichung gebildet werden muß.
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Es sind bereits Einrichtungen bekannt, denen die Aufgabe zugrunde
liegt die schädliche Welligkeit herabzusetzen.
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Bei einer Einrichtung, die in der deutschen Patentschrift 704 889
beschrieben ist, laufen zwei Tachometermaschinen, über ein Getriebe gekoppelt, gegeneinander;
ihre Ausgangsspannungen werden addiert.
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Um die erste Oberwelle der ersten Maschine zu kompensieren, muß die
zweite Maschine eine entsprechende Oberwelle mit um 1800 versetzter Phasenlage und
gleich großer Amplitude aufweisen.
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Diese Aufgabe kann aber mit dieser Einrichtung nur sehr ungenügend
erfüllt werden, selbst dann, wenn die zweite Maschine völlig gleichartig wie die
erste aufgebaut wird: Die erste Oberwelle hängt zu einem wesentlichen Teil von der
Exzentrizität der Ankopplung der Drehzahlgeber ab, es müßten daher nicht nur die
Maschinen gleich sein, sondern auch noch ihr Ankopplungsfehler. Ein Ankopplungsfehier
der ersten Welle durch das Getriebe auf die zweite Welle und damit auf die zweite
Maschine, der häufig durch nicht genau geschnittene Zahnräder auftritt, kann gar
nicht kompensiert werden. Zur genauen Kompensation wären also zusätzliche Maßnahmen
notwendig.
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Bei einer weiteren Einrichtung zur Herabsetzung der schädlichen Welligkeit,
die in der deutschen Patentschrift 871 972 beschrieben ist, treten ähnliche Nachteile
wie bei der obengenannten Einrichtung auf: Um eine vollständige Kompensation der
Oberwellen zu erreichen, müssen zunächst als Vorbedingung eine Reihe gleicher Gebermaschinen
verwendet werden. Darüber hinaus ist für jeden Geber ein besonderes Zahnrad, das
auf dem Zahnrad der Geberrolle getrieben wird, notwendig. Aber selbst bei völlig
gleichen Maschinen werden bei der Ankopplung dieser Maschinen an den Wellen der
Übertragungszahnräder weitere Exzentrizitätsfehler auftreten. Diese Abweichnungen
sind mit der genannten Einrichtung nicht zu kompensieren: Man kann Zahnräder der
Gebermaschinen zwecks Phasenkompensation an dem Zahnrad der Drehzahlgeberwelle nicht
verstellen, ohne die notwendigen Phasenbeziehungen der Zahnräder der Gebermaschine
zum Zahnrad der Drehzahlwelle zu verletzen; eine Amplitudenkorrektion ist nicht
möglich.
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Ferner wird eine Einrichtung zur Herabsetzung der Welligkeit in der
deutschen Patentschrift 876 171 beschrieben; hier tritt bei der Ankopplung einer
ersten Gebermaschine eine Exzentrizität E1 auf; bei der Ankopplung einer zweiten
Gebermaschine an die erste wird absichtlich eine Exzentrizität E2 - E1 vorgegeben,
die groß ist gegenüber E2. Die Kopplung erfolgt entweder so, daß die Exzentrizitäten
nach der gleichen Seite abweichen oder entgegengerichtet sind; im ersten Fall werden
die Anzeigen subtrahiert, im zweiten addiert, wobei Einrichtungen herangezogen werden,
mit denen erreicht wird, daß der Absolutwert der Maschine mit der großen Exzentrizität
klein ist gegenüber dem der Maschine mit der kleinen Exzentrizität. Mit dieser Einrichtung
läßt sich nur die erste Oberwelle beseitigen. Will man weitere höhere Harmonische
unterdrücken - durch ungenaue Teilung der Zahnräder, die auf der zu messenden Welle
sitzen und durch Wanderung der Welle im Lager durch Belastung ist neben der Exzentrizität
der Ankopplung immer mit solchen Fehlern zu rechnen -, so müßten weitere Gebermaschinen
mit ganz bestimmten Untersetzungsverhältnissen aufgebaut werden, und die Ausgangsspannungen
müßten ebenfalls alle in der beschriebenen Weise durch besondere Einrichtungen abgeglichen
werden, wodurch ein beträchtlicher Aufwand entstände.
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Alle genannten bekannten Einrichtungen gestatten nicht die gezielte
Kompensation bestimmter Oberwellen, insbesondere gestatten sie nicht die als Folge
nicht idealer Kopplungsverhältnisse vorkommenden Störmodulationen. Die Oberwellenkompensation
kann nicht auf gegebenenfalls besonders interessierende instationäre Vorgänge eingestellt
werden.
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Mit den erforderlichen Übersetzungsgetrieben kann man insbesondere
keine kontinuierliche Phasen- bzw. Schwingungszahleinstellung erreichen.
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Bei den Genauigkeiten, die in der Digitaltechnik verlangt werden,
ist dieser diskontinuierliche Abgleich über Getriebe, die selbst noch wieder Fehler
durch ungenaue Teilung der Zahnräder mit hineinbringen, ein wesentlicher Nachteil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Mängel zu
beseitigen und die genaue Kompensation der verschiedenen auftretenden Oberwellen
zu ermöglichen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Anordnung zur Herabsetzung
der Welligkeit der Ausgangsspanung einer Gleichstromtachometermaschine oder der
gleichgerichteten Ausgangsspannung einer Wechselstromtachometermaschine, bei der
an die Welle der Tachometermaschine zusätzlich Tachometermaschinen angeschlossen
sind, deren Ausgangsspannungen mit der Ausgangsspannung der Haupttachometermaschine
in Reihe geschaltet sind, dadurch gelöst, daß die Polräder der zusätzlich angeschlossenen
Tachometermaschinen in ihrer Polpaarzahl den zu beseitigenden Oberwellen angepaßt
wird, wobei die Ausgangsspanung jeder dieser zusätzlich angeschlossenen Tachometermaschinen
bei gleichzeitiger Verstärkung nach Phase und Amplitude einstellbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung nach der Erfindung zeigt F
i g. 1. An die Welle 10 der Tachometermaschinei sind zwei Zusatzmaschinen 2 und
und 15 angeschlossen. Das Polrad 3 der Maschine 2 besitzt die Polpaarzahl eins.
Das Polrad 16 der Zusatzmaschine 15 die Polpaarzahl zwei. Die Ständer dieser Zusatzmaschinen
tragen zwei Wicklungen, die räumlich um 90 elektrische Grade versetzt sind. Das
sind bei der Polpaarzahl eins 90 räumliche Grade und bei der Polpaarzahl zwei 45
räumliche Grade.
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Die in der Ständerwicklung induzierten Spannungen sind an Potentiometer
6, 7, 19, 20 angeschlossen.
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Der verstellbare Abgriff sowie die Mittenanzapfung jedes Potentiometer
sind Leistungsverstärkern 8, 9, 21, 22 zugeführt. Die Ausgangsspannungen dieser
Leistungsverstärker sind mit der Ausgangsspannung UT der Tachometermaschine 1 in
Reihe geschaltet.
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UT ist entweder die Ausgangsspannung einer Gleichstromtachometermaschine
oder die gleichgerichtete Ausgangsspannung einer Wechselstromtachometermaschine.
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Um die Wirkungsweise der Anordnung zu verstehen, wird angenommen,
daß die Ausgangsspannung UT den in Fig. 3 gezeigten Verlauf hat. Die Periode T ist
dabei die Zeit für eine Umdrehung der Tachometermaschinenwelle. Man erkennt, daß
der Ausgangsspannung eine Oberwelle zweiter Ordnung überlagert ist. (Die Ordnungszahl
der Oberwelle ergibt sich durch Beziehung auf die Drehzahlfrequenz.) Um diese Oberwelle
zu beseitigen, muß der Ausgangsspannung eine in F i g. 3 gestrichelt dargestellte
Wechselspannung U2 überlagert werden. Diese Wechselspannung wird von der Zusatztachometermaschine
15 erzeugt. Die Wechselspannung U2 muß
in ihrer Phasenlage und in ihrer Größe der
Ausgangsspannung UT genau angepaßt sein. Dies wird dadurch erreicht, daß die eingeschleußte
Spannung U2 aus zwei Anteilen, einem Sinus anteil und einem Kosinusanteil, zusammengesetzt
wird. Durch den veränderbaren Abgriff an den Potentiometern 19 und 20 können diese
Anteile getrennt, sowohl in ihrer Größe als auch in ihrer Richtung beliebig eingestellt
werden. F i g. 4 veranschaulicht dieses Verhältnis. Bewegt man den Abgriff des Potentiometer
19 von einem Ende zum anderen, so können sämtliche positiven und negativen Werte
von der Sinusachse in Fig.4 eingestellt werden. Das gleiche gilt für die Kosinusachse
bezüglich des Abgriffes des Potentiometers 20. Durch die vektorielle Addition der
beiden Anteile kann jeder Punkt in den vier Quadraten des Achsensystems nach F i
g. 4 eingestellt werden.
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Dank der Leistungsverstärker können die Zusatzmaschinen sehr klein
sein.
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Die Zahl der Zusatzmaschinen ist beliebig groß.
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Das gleiche gilt für die Polpaarzahl ihrer Polräder.
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In Fig. 1 sind nur der Einfachheit halber zwei Maschinen mit niedriger
Polpaarzahl dargestellt. Je nachdem welche Oberwellen in der Ausgangsspannung UT
enthalten sind, werden Zusatzmaschinen mit entsprechenden Polpaarzahlen vorgesehen.
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In der Anordnung nach Fig. 1 sind zur Einstellung der Phasenlage
zwei Ständerwicklungen in jeder Zusatzmaschine erforderlich. Man kann auch mit einer
Ständerwicklung auskommen, wenn die Zusatzmaschinen über Kupplungen angeschlossen
sind, die eine Verstellung der gegenseitigen Winkellage zulassen (Fig. 2). Es kann
aber auch auf diese Kupplungen verzichtet werden, wenn die Ständer der Zusatzmaschinen
bzw. ihrer Ständerwicklungen so ausgebildet sind, daß sich durch ihre Verdrehung
die Phasenlage einstellen läßt.
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Die Polräder der Zusatzmaschinen sind zweckmäßig aus Permanentmagneten
aufgebaut.