DE654909C

DE654909C - Anordnung zur Synchronisierung von Motoren mittels einer oder mehrerer Steuerfrequenzen

Info

Publication number: DE654909C
Application number: DET46398D
Authority: DE
Inventors: Kurt Dannehl; Dr Paul Kotowski
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1936-02-09
Filing date: 1936-02-09
Publication date: 1938-01-04

Description

Bei verschiedenen Übertragungsanlagen besteht der Bedarf nach synchron, d. h. mit gleicher Geschwindigkeit und Phase umlaufenden Maschinen bei zwei räumlich getrennten Stationen. Es ist bereits bekannt, den Motor auf der Empfangsstation von dem auf der Sendestation aufgestellten Motor aus synchron zu steuern, indem die Synchronisierströme einer zu übertragenden Nachricht to überlagert oder aus ihr abgeleitet werden. Es ist fernerhin bekannt, die Synchronisierwechselströme durch selektive Verstärker besonders stark zu verstärken. Bei derartigen Anlagen beobachtet man trotzdem eine anscheinend schlechte Synchronisierung, ζ. Β. ein dauerndes Wandern des Ankers des Empfangsmotors gegenüber dem Anker des Sendemotors, das mitunter bei Verwendung mehrstufiger Verstärker mehrere volle Umdrehungen ausmacht, obwohl die Drehzahlen der Motoren, über längere Zeit betrachtet, auf beiden Stationen gleich sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dieses Pendeln oder Wandern auf eine Beeinflussung des Phasenmaßes der Synchronisierverstärker zurückzuführen ist. Unter dem Phasenmaß eines Vierpols ist in bekannter Weise die gesamte Phasenänderung zu verstehen, die eine Schwingung beim Durchlaufen des Vierpols erfährt. Diese Phasendrehung hat für eine einzelne Schwingung mit konstanter Frequenz und Amplitude einen konstanten Wert; für verschiedene Frequenzen ist dieser Wert aber im allgemeinen sehr verschieden; er kann auch von der Amplitude abhängen. Insbesondere bei selektiven Resonanzkreisen, wie sie bisher zur Aussiebung von Synchronisierfrequenzen ausschließlich verwendet wurden, ist das Phasenmaß in der Umgebung der Resonanzfrequenz außerordentlich frequenzabhängig, so daß schon die kleinsten Frequenzschwankungen erhebliche Phasendrehungen verursachen.

In einem einzelnen Schwungradkreis tritt bei einer Frequenzänderung in der Umgebung seiner Resonanzfrequenz eine Phasendrehung von der Größe

(da)

(dm)

max =

auf. Darin bedeuten: α die Phase zwischen Spannung und Strom, bei den üblichen Schaltungen gleichzeitig Winkel zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung, ω = 2π/ die Kreisfrequenz, /„ die Resonanzfrequenz und

-& = T^t- das logarithmische Dämpfungsde-

■xfL

da

krement. Man nennt diese Größe -3— die Pha-

sendrehgeschwindigkeit.

3—
dca

Hat man z. B. ein

gg
Dämpfungsdekrement von 0,06 (d.h. eine Breite

der Resonanzkurve von etwa — · 0,06 ~ 2 °/₀) der Resonanzfrequenz von 50 Hz, so ergibt

^max ~-

7=r

(dm) 3

Ändert sich die treibende Frequenz um i°/₀,

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Paul Kotowski und Kurt Dannehl in Berlin.

d. h. bei 50 Hz um 0,5 Hz, so ergibt sich aus der genannten Beziehung eine Phasenände-

rung von -■

360^ _

= 6o°. Schwankt also die

Drehzahl des Antriebsmotors um + i°/₀, sö'<nimmt er zwar den Empfangsmotor synchron, mit, doch ändert sich dessen Phase um + 6ö^c';V was in den meisten Fällen unzulässig ist. Dies wird um so schlimmer, je mehr Resonanzkreise im Synchronisierverstärkerzug hintereinanderliegen. Erreicht man z. B. eine den angegebenen Werten ähnliche Resonanzkurve durch drei hintereinandergeschaltete Kreise, deren Einzelresonanzkurven entsprechend breiter sind, so ist die Phasendrehgeschwindigkeit etwa dreimal so groß wie die oben berechnete.

Die Phasenlage des Empfangsmotors springt dann unregelmäßig um + i8o° hin und her.

Erfindungsgemäß wird nun der gesamte Übertragungsweg der Synchronisierfrequenzen vom Sendereingang über die Verstärker und Siebmittel bis zum Empfängerausgang derart ausgebildet, daß die Phasendrehgeschwindigkeit -j— des Übertragungsweges

in der Nachbarschaft der Synchronisierfrequenz konstant oder annähernd Null wird, vorzugsweise so klein ist, daß im ganzen Streubereich der Synchronisierfrequenzen von der

Breite 2 Δ f der Ausdruck ^-

d ω

3Ö0 ■

o,8° ist.

Für die Ausführung der Erfindung gibt es verschiedene Möglichkeiten, die sich je nach der Ursache der Beeinflussung des Phasenmaßes voneinander unterscheiden. Wie oben in dem Beispiel gezeigt, tritt in einem abgestimmten Resonanzkreis bei Frequenzschwankungen eine besonders starke Phasendrehung auf, die mit der Resonanzschärfe des Kreises zusammenhängt.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Durchlaßbreite der Siebmittel zur Aussiebung der Synchronisierfrequenzen so breit zu wählen, daß das Phasenmaß der Siebmittel frequenzunabhängig ist.

Hat man z. B. die Frequenz 25 Hz, die als tiefste neben der höheren auftritt, deren tiefste wieder mindestens 50 Hz beträgt, auszusondern, so wird man zweckmäßig ein Tiefpaßfilter wählen, das schon bei einem Glied die höheren Frequenzen ebenso stark unterdrückt wie ein Resonanzverstärker. Eine solche Drosselkette verzögert alle Frequenzen des Durchlaßbereiches um dieselbe Zeit

Tt- f₀

η = Gliederzahl, f₀ = obere Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters. Wählt man z. B. η = ι und /0 = 35-Hz, so ist T = 0,009 (Sek.). Dies sind z.B. bei 25 Hz 8i°,.bei einer um 1 °/„ danebenliegenden Frequenz nur 0,8° mehr oder weniger. Die Phasendrehung, die mit den unvermeidlichen Drehzahländerüngen verbun- -jjlen ist, beträgt also nur noch etwa i°/o der .₍'#ie,i dem oben berechneten Resonanzkreis auftretenden. Sie ist damit für viele Zwecke klein ^;*genug. Doch hat ein derartiges Arbeiten den Nachteil, daß es nur für Synchronisierungsf requenzen brauchbar ist, die unter- bzw. oberhalb des gesamten Nachrichtenübertragungsbandes liegen. Auch ist die Phasenänderung für manche Zwecke noch zu groß.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung wird in Abb. 1 für den' Sonderfall einer zweipoligen 25-Hertz-Maschine zur Grobsynchronisierung dargestellt, die mit einer 300-Hertz-Mascliine zur Feinsynchronisierung fest gekuppelt ist. Bei dieser als Beispiel angegebenen Ausführung des Erfindungsgedankens wird auf der Sendeseite ein Gleichstrommotor M₁ vom Sendenetz mit annähernd konstanter Drehzahl angetrieben. Seine Wicklung ist angezapft, so daß von ihr ein 25-Hertz-Ton abgegriffen werden kann, dessen Frequenz gleich der sekundlichen Motordrehzahl ist. Dieser Ton, der wie die im folgenden erwähnten Frequenzen unter Umständen auch von irgendeinem anderen auf derselben Welle sitzenden Teil abgegriffen werden kann, wird über einen Sender ausgestrahlt. Mit dem Motor Ji₁ fest gekuppelt ist ein Tongenerator M₂, der z. B. einen Ton von 300 Hz erzeugt, der gleichfalls über den Sender ausgestrahlt wird. Zweckmäßig wird er unter Umständen von einem Konstanten Röhrengenerator erzeugt, der gleichzeitig M₂ als Motor treibt und so die Konstanz der Senderdrehzahl erhöht.

Die Zweipoligkeit des 25-Hertz-Motors in ioo diesem Beispiel hat ihren Grund darin, daß nur bei zweipoligen Motoren die mechanische Phase, d.h. die jeweilige Rotorstellung mit der elektrischen Phase übereinstimmt, so daß Phasendrehungen des Antriebsstromes bei diesen Maschinen besonders deutlich und mit gleicher Winkelgröße als Pendelungen des Motors in Erscheinung treten. Allgemein wird man natürlich. Mehrpolmotoren verwenden.

Auf der Empfangsseite wird das Gemisch no des 300- und des 25-Hertz-Tons hinter dem Empfänger getrennt und gleichzeitig von einer mitübertragenen Nachricht abgesiebt, die aber keine Töne unterhalb 50 Hz enthalten möge. Durch ein auf, etwa 35 Hz oberer Grenzfrequenz dimensioniertes Tiefpaßfilter wird der 25-Hertz-Ton abgesiebt und dem Empfangsmotor zugeleitet, eier genau so gebaut ist wie der Sendemotor. Da dieser Motor durch das Empfangsnetz polarisiert ist, wird seine Phasenlage durch den 25-Hertz-Ton eindeutig festgelegt.

Claims

Würde man nun den zur Feinsynchronisierung bestimmten 300-Hertz-Ton in der bekannten Weise durch einzelne Schwingungskreise aussieben, die auf 300 Hz abgestimmt sind, so erhielte .man eine Übertragung' mit stark frequenzabhängigem Phasenmaß, wie oben an einem Zahlenbeispiel gezeigt wurde. Um den Erfindungsgedanken, bei guter Selektion eine möglichst geringe Phasendrehge-

schwiridigkeit -1— zu erhalten, durchzuführen,

werden daher in diesem Falle (Abb. 1) hinter einen Widerstand R zwei Resonanzkreise (L₁, C₁ und L₂, C₂) geschaltet, deren Eigenfrequenzen dicht über und dicht unter der auszuwählenden Frequenz /₀ liegen. Wird der Frequenzabstand etwa gleich

ausgeführt, so erfolgt die Übertragung der Frequenz /₀ mit guter Selektion bei verschwindender oder sehr kleiner Phasendrehgeschwindigkeit. Diese kann sogar im Gegensatz zu den normalen Selektionsschaltungen positiv werden, so daß diese Schaltung auch in Kombination mit einem gewöhnlichen Resonanzkreis mit negativer Phasendrehgeschwindigkeit eine Selektion mit vernachlässigbarer Phasendrehung ergeben kann. Sie kann auch in mehreren Stufen nacheinander benutzt werden.

Eine weitere Phasenbeeinflussung der Synchronisierfrequenzen tritt bei gemeinsamer Übertragung der Synchronisierung und der Nachricht auf, indem Teiltöne der Nachricht von derselben Frequenz wie die Synchronisierfrequenzen mit falscher Phasenlage die Synchronisierung stören. In den Fällen, in denen eine solche Störung möglich ist, werden gemäß einem weiteren Merkmale der Erfindung die für die Synchronisierung bestimmten engen Frequenzbänder aus der Nachricht vor ihrer Vereinigung mit den zur Synchronisierung dienenden Strömen herausgeschnitten, etwa durch eine Schaltung nach Abb. 2. Die die Nachricht übertragende Wechselspannung wird an dem Widerstände K₃ abgegriffen, der für die Synchronisierungsfrequenz kurzgeschlossen ist. Die Phase der übertragenen Synchronisierungs-

• ströme kann dann durch die Nachricht nicht beeinflußt werden.

Häufig zeigt sich auch eine Abhängigkeit der Phase des Empfängermotors von der Größe der Synchronisierungsströme. In diesen Fällen ist die Anwendung der an sich bekannten automatischen Lautstärkeregelung vorteilhaft.

PA ϊ E N ϊ ANSI' K ϋ C H E :

ι. Anordnung zur Synchronisierung von Motoren mittels einer oder mehrerer Steuerfrequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung des Wanderns oder Pendeins der Motoren gegeneinander Sender- und Empfängerschaltung so dimensioniert sind, daß die Phasendrehge-

schwindigkeit —,— (α = Phase zwischen

Spannung und Strom, ω — Kreisfrequenz) in der Nachbarschaft der Synchronisierfrequenzen ganz oder annähernd Null wird, vorzugsweise so klein ist, daß im ganzen Streubereich der Synchronisierfrequenzen von der Breite zAf der Aus-

A^L. AL

360

druck

ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, "dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßbreite der Siebmittel zur Aussiebung der S teuer frequenzen, welche jeweils kleiner ist als der Frequenzabstand der Steuerfrequenzen, so breit gewählt wird, daß bei kleinen Frequenzschwankungen keine oder keine störenden Phasendrehungen der Synchronisierfrequenzen auftreten.
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussiebung einer jeden Synchronisierfrequenz durch je zwei Resonanzkreise erfolgt, deren Eigenfrequenzen dicht oberhalb und unterhalb der betreffenden Synchronisierfrequenz liegen.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bei gemeinsamer Übertragung von Synchronisierströmen mit anderen Wechselströmen, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Bereich der Synchronisierfrequenzen fallenden Teilfrequenzen der Wechselströme vor ihrer Mischung mit den Synchronisierfrequenzen ausgesiebt werden.
5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine automatische Regelung der Amplituden der Synchronisierströme.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen