DE1803207A1 - Electrical converter - Google Patents
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Description
Elektrischer Wandler Die Erfindung betrifft einen elektrischen Wandler mit einer ersten fortlaufenden, mit einer Mehrzahl von Windungen versehenen Wicklung, die ein Paar von Eingangsklemmen aufweist, zwischen die eine Eingangsspannung anlegbar ist, und zwar einen Wechselstromwandler, der so eingerichtet ist, daß er eine auf einen verhältnismäßig geringen Bruchteil einer Eingangsspannung aufgelöste Ausgangs spannung liefert. Electrical Converter The invention relates to an electrical converter with a first continuous winding provided with a plurality of turns, which has a pair of input terminals between which an input voltage can be applied is, namely an AC converter which is arranged to have an output resolved by a relatively small fraction of an input voltage voltage supplies.
Bei einer Art von spannungsumwandelndem Gerät liegt eine Wechsel spannung (Eei) zwischen Iingangsklannen einer mit einer Vielzahl von fortlaufenden Windungen versehenen Wicklung an und eine Ausgangs spannung (E ) wird an einet oder mehreren aus Abgriffen auf der Wicklung abgegriffen. Die Ausgangsspannung ist auf einen gewünschten Bruchteil i/N oder Vielfaches der Eingangsspannung aufgelöst, wobei N gleich der Anzahl der Windungen auf der Wicklung ist. Beispielsweise liefert ein Wandler, der eine Wicklung mit 1000 Windungen auf-weist, bei Verwendung eines räumlich mit einer einzelnen Windung verbundenen Abgriffs eine auf i/N, d.h. auf 0,001 der Eingangsspannung aufgelöste Ausgangsspannung oder Jede gegebene theoretische Auggangspannung kann tatsächlich auf den nächsten Teil in 1000 bei einem maximalen Fehler von + 0,0003 erreicht werden. Die Wandlerauflöi ung wird daher als t 0,0005 bezeichnet. Wenn (Eein) beispielsweise einen Wert von 10 V hat, dann kann bei einer Wicklung mit 1000 Windungen die Ausgangsspannung (Eaus) auf % 0,005 V aufgelöst werden, Mar schmal ist es wünschenswert, einen Wandler mit einem verhältnismäßig hohen Grad an Abgriffsauflösung vorzusehen. Es kann beispielsweise wünschenwert sein, eine auf # 0,00001 dez Lingangsapannungf aufgelöste Ausgangsspannung zu erhalten" Mar kann diese Auflösung erzielen, indem man eine Wicklung mit 50 000 Windungen vorsieht. Eine Wicklungsanordnung mit dieser großen Anzahl von Windungen ist jedoch unbrauchbar in Anbetracht der vergrößerten Abmessung und der Herstellungskosten eines solchen Wandlers.There is an alternating voltage in one type of voltage converting device (Eei) between input clusters one with a multitude of continuous turns provided winding and an output voltage (E) is applied to one or more tapped from taps on the winding. The output voltage is at a desired one Fractional i / N or multiple of the input voltage resolved, where N is equal to the Number of turns on the winding is. For example, a converter that delivers a winding with 1000 turns, when using a spatially with a single turn connected tap one to i / N, i.e. to 0.001 of the input voltage resolved output voltage or any given theoretical output voltage can actually to the next part in 1000 with a maximum error of + 0.0003 can be achieved. The converter resolution ung is therefore taken as t 0.0005 designated. For example, if (Eein) has a value of 10 V, then a Winding with 1000 turns, the output voltage (Eout) resolved to% 0.005 V. be, Mar narrow it is desirable to have a converter with a proportionate provide a high degree of tap resolution. For example, it may be desirable be able to get an output voltage resolved to # 0.00001 dec longitudinal voltage " Mar can achieve this resolution by making a winding with 50,000 turns provides. However, a winding arrangement with this large number of turns is useless in view of the enlarged size and the manufacturing cost of such a converter.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesselten Spannungswandler zu schaffen.The invention is therefore based on the object of an improved To create voltage converters.
Dez Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Spannun Jswandler zu schaffen, der so eingerichtet ist, daß er eine auf einen verhältnismäßig hohen Genauigkeitsgrad aufgelöste Ausgangsspannung liefert.Another object of the invention is to provide a voltage To create a converter who is so arranged that he can move one to one proportionally delivers a high level of accuracy resolved output voltage.
Eine bekannte Art von Präzisions-Wechselstromwandler besteht aus einem Einspulentransformator mit einer sorgfältig hergestellten Wicklung und einer Vielzahl von darauf angeordneten Wicklungsabgriffen . Der Wandler enthält ferner wellengetriebene Schalt- und Interpolationsmittel zum Abgreifen eines Ausgangssignals, dessen Amplitude entweder an einem besonderen Abgriff aus der Wicklung oder an zwischen den griffen llegenden Punkten auf der Transformatorwicklung auftritt. Präzisionswandler dieser Art sind in den US-Patenten 2 843 822 und 3 027 510 der Anmelderin beschrieben und beansprucht.One known type of precision AC current converter consists of a Single coil transformer with a carefully made winding and a variety of winding taps arranged thereon. The converter also includes shaft-driven Switching and interpolation means for tapping an output signal, its amplitude either on a special tap off the winding or on between the handles legends Occurs on the transformer winding. Precision converter of this type are described in commonly assigned U.S. Patents 2,843,822 and 3,027,510 and claimed.
Als Einspulentransformator ausgebildete Präzisions-Wechselstromwandler sind für ein vorhältnismäßig hohes Maß an Anpassung an eine gewünschte Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal bekrnt. Diese Beziehung kann linear oder nichtlinear sein. s allgemeinen sind die Windungen der Wicklung gleichmäßig um eintn toroidförmigen Körper angeordnet, und durch Anordnung der Abgriffe an einer entapreohend gewählten Anzahl von Windungen auf der Wicklung wird eine gewünschte Eingangs-Ausgangsfunktionsbez ehung hergestellt. Während die Wicklungsabgriffe bei einem linearen Wandler allgemein mit einer gleichen Anzahl von Windungen pro Abschnitt zwischen Abgriffen bei gleichen Anteil des Winkels der Antriebswelle in Abstand angeordnet sind, ist die Anzahl von Windungen pro Abschnitt zwischen Abgriffen bei gleichen Wellenanteilen bei einem nichtlinearen Wandler nicht gleich. Dadurch wird die Erzielung eines gewünschten hohen Grades an Auflösung bei einem nichtlinearen Wandler wesentlich erschwert.Precision AC transformers designed as single-coil transformers are for a relatively high degree of adaptation to a desired relationship marked between input and output signal. This relationship can be linear or non-linear be. In general, the turns of the winding are uniform around a toroidal shape Body arranged, and chosen by arranging the taps on an entapreohend Number of turns on the winding becomes a desired input-output function rel marriage established. While the winding taps in a linear converter are generally with an equal number of turns per section between taps at the same Percentage of the angle of the drive shaft spaced is the number of turns per section between taps with the same proportion of waves in one non-linear converter does not equal. This will help achieve a desired a high degree of resolution in a non-linear converter.
Der Erfindung liegt daher die weiter. Aufgabe zugrunde, einen verlasserten nichtlinearen Präzisionswandler zu schaffen.The invention is therefore further. Task based on an abandoned one to create non-linear precision transducers.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen nicht linearen Präzisiorswandler der beschriebenen Art zu schaffen, bei welchem ein verhältnismäßig hoher Grad an Auflösung bei andererseits mäßigen Herstellungskosten und mäßigen Abmessungen des Wandlers erzielt wird.A further object of the invention is to provide a non-linear precision converter of the type described, in which a relatively high degree of Resolution with, on the other hand, moderate manufacturing costs and moderate dimensions of the Converter is achieved.
Der Wandler nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Hilfswandler mit einer Primärwicklung, die parallel zu einer Anzahl N von Windungen der ersten Wicklung liegt, ein elektrisches Kontaktglied für den Wandler und eine Sekundärwicklung für den Hilfswandler, die zwischen einem Punkt auf der ersten Wicklung und dem Kontaktglied liegt.The converter according to the invention is characterized by an auxiliary converter with a primary winding parallel to a number N of turns of the first Winding, an electrical contact member for the converter and a secondary winding for the auxiliary transducer, which is between a point on the first winding and the contact member lies.
Der Grad der induktiven Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung des Hilfswandlers ist so gewählt, daß ein gewünschter additiver uder subtraktiver Spannungsanteil geliefert wird. Durch diese Anordnung wird der Abgriff der ersten Wicklung wirksam auf einen verhältnismäßig hohen Grad aufgelöst.The degree of inductive coupling between the primary and secondary windings of the auxiliary converter is chosen so that a desired additive or subtractive Voltage component is delivered. This arrangement makes the tap the first Winding effectively resolved to a relatively high degree.
Ein Ausführungsbeißpiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und im folgenden beschrieben: Fig. i ist ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäß hergestellten Präzisions-Wechselstromwandlers, und Fig. 2 ist eine Aufrißansicht, teilweise weggeschnitten und teilweise im Schnitt, und zeigt den räumlichen Aufbau des Prazisions-Wechselstromwandlers von Fig. 1.An exemplary embodiment of the invention is shown in the figures and is described below: FIG. i is a schematic circuit diagram of a device according to the invention manufactured precision AC current converter, and Fig. 2 is an elevational view partly cut away and partly in section, and shows the spatial structure of the precision AC converter of FIG. 1.
Der in Fig. 1 gezeigte Wandler weist eine erste Wicklung 10 mit einer Vielzahl von fortlaufenden Windungen auf, die um einen Körper 12 aus ferromagnetischem Material geformt sind. Eine Eingangsspannung liegt zwischen einer Eingangsklemme 14 und einer Bezugsklemme 16 der Wicklung an. Eine Vielzahl von leitenden Elementen 18-32, die aus Drahtzuleitung bestehen, sind vorgesehen, um die Punkte 34-48, die auf der Wicklung 10 in Abstand liegen, mit zugeordneten Kontaktgliedern 50"64 zu koppeln. Wie nachstehend noch gezeigt wird, weisen die Kontaktglieder Kommutatorsegmente auf, die auf einem Komutator 66 ausgebildet sind, Nach einem Merkmale der Erfindung ist ein Hilfswandler mit einer zweiten, mit fortlaufenden Windungem versehenen Primärwicklung 68 vorgesehen und über eine Vielzahl von Windungen der ersten Wicklung lo itt dieser gekoppelt. Die Wicklung 68 ist mit dur Wicklung lo an Punkten 70 und 72 verbunden gezeigt. Die Wicklung 68 ist um einen Körper 74 aus ferromagnetischem Material geformt . Wenigstens eines der Leitenden Elemente 18-32 ist mit der Wicklung 68 induktiv gekoppelt und wirkt als Sekundärwicklang. In Fig. 1 sind die Elemente 20, 24 und 26 mit dieser Wicklung induktiv gekoppelt gezeigt. Die Anzahl von Windungen auf den Elementen 20, 24 und 26 ist so gewählt, daß ein gewünschter additiver oder subtraktiver Spannungsanteil zu der an diesen Elementen an den Wicklungsabgriffspunkten 36, 40 und 42 auftretenden Spannung geliefert wird. Die Wicklungen der leitendon Elemente 20 und 24 sind so polarisiert gezeigt, daß sie einen additiven Anteil liefern, während die Wicklung des Elementes 26 so polarisiert gezeigt ist, daß sie einen subtraktiven Anteil liefert.The converter shown in Fig. 1 has a first winding 10 with a Multitude of continuous turns around one Body 12 are formed from ferromagnetic material. An input voltage is between an input terminal 14 and a reference terminal 16 of the winding. A multitude of conductive elements 18-32, which consist of wire lead, are provided, around the points 34-48, which are on the winding 10 at a distance, with associated To couple contact members 50 "64. As will be shown below, the Contact members on commutator segments which are formed on a commutator 66, According to one feature of the invention is an auxiliary converter with a second, with continuous Windungem provided primary winding 68 is provided and a plurality of turns the first winding lo itt this coupled. The winding 68 is with dur winding lo shown connected at points 70 and 72. The winding 68 is around a body 74 molded from ferromagnetic material. At least one of the guiding elements 18-32 is inductively coupled to winding 68 and acts as a secondary winding. In Fig. 1, elements 20, 24 and 26 are inductively coupled to this winding shown. The number of turns on the elements 20, 24 and 26 is chosen so that a desired additive or subtractive voltage component to that on these Elements at the winding tapping points 36, 40 and 42 voltage occurring will. The windings of the conductive don elements 20 and 24 are shown polarized so that they provide an additive component, while the winding of the element 26 so polarized is shown that it provides a subtractive component.
Mittel, mittels derer die Spannungen an den Kontaktgliedern 50-64 nacheinander an eine Ausgangsklemme 76 gekoppelt werden, weisen wiederstandsbehaftete Interpolationsmittel mit Widerständen 78, 80 und 82 auf. Aus Schleifkontakten 84, 86 und 88 bestehende Schleifkontaktmittel koppeln diese Widerstände nacheinander an aufeinanderfolgend angeordnete Xontaktglieder @ und ein synchron mit den Schleifkontakten 84, 86 und 88 betätigter Schleifkontakt 9o nimmt eine Spannung von einem dieser Widerstünde ab und koppelt diese Spannung an die Klemme 76.Means by which the voltages on the contact members 50-64 successively coupled to an output terminal 76 have resistive Interpolation means with resistors 78, 80 and 82. From sliding contacts 84, 86 and 88 existing sliding contact means couple these resistors one after the other on consecutively arranged Xcontact members @ and one synchronously with the sliding contacts 84, 86 and 88 actuated sliding contact 9o takes a voltage from one of these Resist and couple this voltage to terminal 76.
Die in Fig. 1 gezeigte Wandleranordnung ist in sofern vorteilhaft, als eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Windungen auf der ersten Wicklung/benötigt werden, um einen verhält- /10 nismäßig hohen Auflösungsgrad zu erzielen. Beispielsweise kann die Wicklung lo looo Windungen enthalten, die , wie vorstehend angedeutet wurde, mit einer Auflösung von # 0,0005 der Eingangsspannung abgegriffen worden können. Die zweite Wicklung 68 ist beispielsweise mit 500 Windungen gewickelt und ist über eine bekannte Anzahl von Windungen der Wicklung 10 mit dieser gekoppelt, und wird durch diese mit einem Teil, beispielsweise 0,01 der Eingangsspannung erregt. Um eine 0,01 Erregung zu liefern, wird die Wicklung 68 Uber 1o Windungen der mit 1000 Windungen versehenen Wicklung 10 an den Abgriffen 70 und 72 mit dieser gekoppelt. Die Abgriffsauflösung der Abgriffspunkte 36, 40 und 42 wird wirksam durch die induktive Kopplung mit der Wicklung 68 erhöht. Die von dem leitenden Element 20 gelieferte Kopplung einer Windung bei dem beispielsweisen Wandler würde eine zusätzliche Spannung zu der am Abgriff 36 auftretenden von o,oooo2 pro Windung liefern. Die wirksame Abgriffsauflösung wird dadurch auf # 0,00001 erweitert. Bei einer Wicklung 10 mit einer festen Anzahl von Windungen wird die gewünschte Auflösung und Kontaktsegmentspannung für einen besonderen Anwandlungsfall von der Anzahl von Windungen der Wicklung 10 bestimmt, Uber welche die Wicklung 68 mit der Wicklung lo gekoppelt ist, und von den Windungsverhältnis zwischen der Wicklung 68 und einem leitenden segment.The converter arrangement shown in Fig. 1 is advantageous insofar as than a relatively small number of turns on the first winding / required in order to achieve a relatively high degree of resolution. For example the winding may contain lo looo turns which, as indicated above, can be tapped with a resolution of # 0.0005 of the input voltage. The second winding 68 is wound, for example, 500 turns and is over a known number of turns of winding 10 is coupled thereto, and is excited by this with a part, for example 0.01, of the input voltage. Around To deliver a 0.01 excitation, the winding will be 68 over 1o turns that of 1000 Windings provided with turns 10 at the taps 70 and 72 coupled to this. The tap resolution of the tap points 36, 40 and 42 is effective by the inductive Coupling to winding 68 increased. The one supplied by the conductive element 20 Coupling of a turn in the converter, for example, would result in an additional voltage to deliver the occurring at tap 36 of o, oooo2 per turn. The effective This extends the tap resolution to # 0.00001. at one Winding 10 with a fixed number of turns will have the desired resolution and contact segment voltage for a particular application case of the number of Turns of the winding 10 determines over which the winding 68 is connected to the winding lo is coupled, and the turns ratio between the winding 68 and a senior segment.
Die räumliche Anordnung des Wandlers von Fig. 1 ist allgemein in Fig. 2 gezeigt. Elemente in Fig. 2, die entsprechenden X menten in Fig. 1 Ihnliche Funktionen erfüllen, sind mit denselben Bezugs Zeichen versehen. Die mit einer Vielzahl von fortlaufenden Windungen versehene Wicklung lo ist um einen Ringkern aus ferromagnetischem Material 12 geformt, der in einem unteren Teil eines Wandlergehäuse 92 angeordnet ist. Die zweite Wicklung 68 ist um einen Ringkern aus ferromagnetischem Material 74 geformt, der an einer mittleren Stelle ii Gehäuse abgestlitat ist. Drahtzuleitungen zur Kopplung der leitenden Elementen verlaufen von den Abgriffspunkten auf der Wicklung 10 durch eine Stützplatte 94 und sind an Kontaktglieder der Kommutatorscheibe 66 angeschlossen, die auf einem feststehenden, mit Innenverzahnung versehenen Zahnrad 95 in einem oberen Teil des Gehäuse angeordnet ist. Die Kontaktglieder verlaufen radial und sind auf den Umfang um die Scheibe in Abstand angeordnet.The spatial arrangement of the transducer of Fig. 1 is generally shown in Fig. 2 shown. Elements in Fig. 2, the corresponding X elements in Fig. 1 Similar functions meet are provided with the same reference signs. Those with a variety of continuous turns provided winding lo is around a toroidal core made of ferromagnetic Material 12 is formed, which is arranged in a lower part of a transducer housing 92 is. The second winding 68 is around a toroidal core made of ferromagnetic material 74 shaped, which is ablated at a central point ii housing. Wire leads for coupling the conductive elements run from the tapping points on the winding 10 by a support plate 94 and are on contact members of the commutator disk 66 connected on a fixed, internally toothed gear 95 is arranged in an upper part of the housing. The contact links run radial and are spaced on the circumference around the disc.
Eines oder mehrere der leitenden Elemente gehen von der Wicklung 10 aus und sind um den Kern 74 gewickelt. Wie schon angedeutet, enthält das leitende Element eine oder mehrere um den Kern geformte Windungen entsprechend der gewünschten Abgriffspannung, Entsprechende leitungen verlaufen von diese Kern 74 zu einem zugeordneten Kontaktglied auf der Kommutatorscheibe 66.One or more of the conductive elements extend from the winding 10 and are wound around the core 74. As already indicated, contains the leading Element one or more turns formed around the core according to the desired Tapping voltage, corresponding lines run from this core 74 to an associated one Contact member on the commutator disc 66.
Die interpolierenden Widerstände 78, 80 und 82 von Fig 1 bestehen aus einem ringförmigen Drahtwiderstand 96, der an drei in gleichen Abständen liegenden Punkten auf seinem K6rper abgegriffen wird. Eine Scheibe 98 aus Isoliermaterial stützt den Widerstand und ist über ein isolierendes Abstandsglied 102 an einem Planetengetriebe/angeordnet und befestigt. Die Kon- /loo takte 84, 86 und 88 sind an einer unteren Fläche der Scheibe 98 Befestigt und jeweils mit einem Abgriffspunkt auf dem Widerstand 96 verbunden, Ein Exzenter 104 ist mit einer drehbaren Antriebswelle 106 verkleit und wird von dieser angetrieben und bewirkt eine Drehung des Getriebes loo in Eingriffaverbindunc mit dem feststehenden Zahnrad95.Ein Kragen 108 ist mit der Antriebswelle verkleit und wird mit dieser verdreht. Der Schleifkontakt 9o des interpolierenden Widerstandes ist an einer unteren Fläche des Kragens 108 befestigt und läuft auf dem Ringwiderstand 96 in elektrischem Kontakt mit diesem um. Ein fest stehender Schleifkontakt llo ist in dem oberen Gehäuse durch ein Stützglied 112 angeordnet und elektrisch leitend mit der Ausgangsklemme 76 gekoppelt. Der Schleifkontakt 110 berührt einen Schleifring auf der Oberfläche des Kragens 108, der mit dem Schleifer 90 elektrisch leitend gekoppelt ist. Die Widerstandsegmente des Widerstandes 96 werden dadurch beim Drehen der Welle 106 elektrisch leitend an die Ausgangsklemme 76 gekoppelt.The interpolating resistors 78, 80 and 82 of FIG. 1 exist from a ring-shaped wire resistor 96, which is located on three equidistantly Points on his body is tapped. A disk 98 of insulating material supports the resistor and is attached to a planetary gear / through an insulating spacer 102 and attached. The contacts 84, 86 and 88 are on a lower surface of the Disk 98 attached and each connected to a tap point on resistor 96, An eccentric 104 is connected to a rotatable drive shaft 106 and is of this is driven and causes a rotation of the gear loo in mesh connection with the fixed gear 95. A collar 108 is locked to the drive shaft and is twisted with this. The sliding contact 9o of the interpolating resistor is attached to a lower surface of the collar 108 and rides on the hoop resistor 96 in electrical contact with this around. A fixed sliding contact llo is disposed in the upper case by a support member 112 and is electrically conductive coupled to output terminal 76. The sliding contact 110 touches a slip ring on the surface of the collar 108, which is electrically conductive with the grinder 90 is coupled. The resistor segments of the resistor 96 are thereby turned on of the shaft 106 is electrically conductively coupled to the output terminal 76.
Wie beschrieben, besteht die Antriebsanordnung für die Interpolatlonsmittel in einem Planetengetriebe mit Geschwindigkeitsuntersetzung. Bei dieser Antriebsanordnung weist das feststehende Zahnrad 95 eine Anzahl von Getriebszähnen auf, die der Anzahl der Kontaktglieder 50 - 64 gleich ist. Das drehbare Planetengetriebe 100, das den Drahtwiderstand 96 stützt und verdreht, hat einen Getriebezahn weniger als das feststehende Zahnrad 95. Wenn sich die Antriebswelle dreht, treibt der Exzenter das Planetengetriebe 100 an und aufgrund des Unterschiedes von einem Getriebezahn findet mit jeder Wellenumdrehung eine Gegendrehung des Planetengetriebes 100 über eine dem Winkelabstand der Kontaktglieder auf der Kommutatorscheibe 66 entsprechende Strecke statt. Die Widerstandselemente 78, 80 und 82 werden dadurch nacheinander an aufeinanderfolgend angeordnete Kontaktglieder gekoppelt, und jedes dieser Widerstandselemente wird von dem Schleifkontakt 90 überstrichen.As described, there is the drive arrangement for the interpolation means in a planetary gear with speed reduction. With this drive arrangement the fixed gear 95 has a number of gear teeth that of the number the contact members 50-64 is the same. The rotatable Planetary gear 100, which supports and rotates the wire resistor 96, has one gear tooth less than the fixed gear 95. When the drive shaft rotates, the eccentric drives the planetary gear 100 on and due to the difference of a gear tooth finds a counter-rotation of the planetary gear 100 with every revolution of the shaft one corresponding to the angular spacing of the contact members on the commutator disk 66 Route instead. The resistance elements 78, 80 and 82 are thereby successively coupled to successively arranged contact members, and each of these resistance elements is swept over by the sliding contact 90.
Vorstehend ist also ein verbesserter Präzisions-Wechselstromwandler beschrieben, dessen Vorteil darin liegt, daß seine Auflösung wirksam erhöht ist, ohne daß dabei wesentlich die räumlichen Abmessungen oder Herstellungskosten des Wandlers erhöht werden.So the above is an improved precision AC converter described, the advantage of which is that its resolution is effectively increased, without significantly affecting the spatial dimensions or manufacturing costs of the Converter can be increased.
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