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Folgebewegungssteuerung Die Erfindung betrifft eine Verbesserung einer
Folgebewegungssteuerung, die mit gas-bzw. dampfgefüllten Entladungsgefäßen betrieben
wird und bei der der Zündeinsatz des Entladungsgefäßes durch eine mit einer Gebereinrichtung
versehene veränderliche Induktivität in einer an sich bekannten Spannungsteileranordnung
gesteuert wird.
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Es ist bereits bekannt, den' Zündeinsatz gasgefüllter Stromrichtergefäße
entweder mittels einer phasenverschobenen Gitterwechselspannung oder durch überlagerung
einer konstanten Wechselspannung und einer veränderlichen Gittergleichspannung zu
steuern. Für Steuerschaltungen der ersten Art (nach T o u-1 o n) wurden entweder
Drehreglerkombinationen (bei der sog. Schwedenschaltung) verwendet, oder es wurde
eine in einem Induktionsregler erzeugte Wechselspannung mit einer konstanten Spannung
vektoriell rechtwinklig addiert.
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Bei einer Folgebewegungssteuerung der eingangs genannten Art muß die
Forderung erfüllt sein, daß die Gebereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie bei
einem gesamten möglichen Versteilbereich von 36o° nur einen stabilen Arbeitspunkt
besitzt und daß sie im eigentlichen Arbeitsgebiet, das sich nur über i bis 2° erstreckt,
die Entladungsgefäße von der Sperrung bis zur vollen Öffnung steuert. Diese Forderungen
werden bei der erfindungsgemäßen Folgebewegungssteuerung erfüllt. Die Erfindung
besteht in einer Folgebewegungssteuerung mit elektromagnetischem Drehfeldantrieb
mit eirjem über gittergesteuerte Entladungsgefäße gesteuerten Nachfolgeglied, bei
der die Phasenlage der dem Gitter der Entladungsstrecke zugeführten Steuerwechselspannung-
gegenüber der Anodenwechselspannung in Abhängigkeit von der Stellung eines mit der
Gebereinrichtung verbundenen Steuergliedes relativ zu den Polschuhen eines Wechselstromgeräts,
das über eine an den Steudrkreis der Entladungsstrecke angeschlossene Steuerschaltung
mit dem Empfänger verbunden ist, geändert wird, mit dem Kennzeichen, daß bei der
Ausbildung des Wechselstromgeräts als regelbare Drossel mit offenem Eisenkern zwischen
dessen Polschuhen als Steuerglied eine teils aus magnetischem, teils aus unmagnetischem,
aber leitendem Werkstoff bestehende Scheibe angeordnet ist, durch Formgebung der
Stoßstelle oder der Polschuhe die fbergangscharakteristik der Induktivität dem Zündeinsatz
des Entladungsgefäßes angepaßt ist.
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Die erfindungsgemäße Folgebewegungssteuerung besitzt dabei zugleich
den Vorteil, daß man zusätzlich durch die Vormagnetisierung der Drossel mit Gleichstrom
die Permeabilität
und damit die Selbstinduktion L in gewissen Grenzen
verändern kann, was beispielsweise zur Aufhebung der Frequenzabhängigkeit der Anordnung
benutzt werden kann. Mit der Gleichstromvormagnetisierung lassen sich bei der erfindungsgemäßen
Folgebewegungssteuerung zusätzliche Regelgrößen einführen.
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Auf anderem Gebiete der Technik ist bereits eine Regeleinrichtung
bekanntgeworden, die im Gegensatz zur Erfindung dazu dient, die Spannung eines Gleichstromgenerators
konstant zu halten. Die bekannte Regeleinrichtung beeinflußt in Abhängigkeit von
einer konstant zu haltenden elektrischen Größe den über gittergesteuerte Entladungsgefäße
aus einem Wechselstromnetz entnommenen Maschinenerregerstrom. Für diesen Zweck wird
dabei mittels einer von der konstant zu haltenden Größe gesteuerten Schaltungsanordnung
die Phasenlage der Gitterspannung zur Anodenspannung geändert. Die Gitterspannung
wird zwischen der Mittenanzapfung der Sekundärwicklung eines Transformators und
der Verbindung eines induktiven Widerstands mit einem Ohmschen Widerstand abgegriffen,
welche in Reihe zwischen die Klemmen der Sekundärwicklung des Transformators geschaltet
sind. Zur Änderung der Phasenlage der Gitterspannung ist mindestens einer der Widerstände
veränderlich. Beim Bekannten wird als induktiver Widerstand eine regelbare Drosselspule
verwendet, deren Induktivität durch Änderung des magnetischen Widerstands ihres
Eisenkerns in Abhängigkeit von der konstant zu haltenden Größe verwendet wird. Hierbei
kann die Regelung der Induktivität der Drosselspule auch dadurch erfolgen, daß man
den Kern der Drosselspule durch eine Gleichstromwicklung vormagnetisiert.
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Weiterhin ist in einer Anordnung zum Betrieb von Lichtbogengleichrichtern,
deren Gitterkreise eine phasenveränderliche Steuerwechselspannung erhalten, bekanntgeworden,
eine aus Scheinwiderständen bestehende phasendrehende Vorrichtung nach Art von Brükkenschaltungen
zu verwenden und die Phasendrehung mittels einer Drosselspule zu bewirken, deren
Sättigung gesteuert wird. Diese Drosselspule weist dabei außer der in die Brücke
eingeschalteten Wicklung einen Eisenkern mit veränderlichem Luftspalt auf. Die Veränderung
.des Luftspalts erfolgt bei der bekannten Einrichtung durch einen drehbaren Flügel,
dessen Stellung durch ein Relais gesteuert wird. Auch diese bekannte Einrichtung
betrifft keine Folgebewegungssteuerung im Sinne der Erfindung.
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Es sind andererseits auch Folgebewegungssteuereinrichtungen mit Drehmomentverstärkung
bekanntgeworden, bei denen als Geber eine regelbare Drossel benutzt wird. Bei dieser
bekannten Einrichtung wird lediglich der Luftspalt der Drossel mit der Wirkung einer
kontinuierlichen Änderung der Selbstinduktion bei relativ geringem Änderungsbereich
geregelt. Ein selbsttätiger Nachlauf des Drosselkörpers mit der Gebereinrichtung
erfolgt bei der genannten Einrichtung nicht.
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Weiterhin ist bei einer Anordnung zur Steuerung von über gittergesteuerte
Dampf-oder Gasentladungsstrecken gespeisten kollektorlosen Motoren bekannt, daß
in die Steuerkreise der einzelnen Entladungsstrecken auf offenen magnetischen Kernen
angeordnete induktive Scheinwiderstände eingefügt sind, die aus der die Entladungsstrecken
speisenden Wechselspannungsquelle gespeist werden und deren Impedanz in vorbestimmter
Reihenfolge von hohen auf kleine Werte dadurch verändert wird, daß magnetische und
elektrisch leitende Körper geringen Widerstands im Takt der die Spannung bestimmenden
Drehzahl des Motors an den Öffnungen der magnetischen Kerne periodisch vorbeibewegt
werden. Hierbei wird als magnetischer oder elektrisch leitender Körper eine kreis-
oder zylindersegmentförmige Scheibe benutzt, die auf der Motorachse angebracht ist
und welche aus einander abwechselnden und ergänzenden Segmenten aus elektrisch leitendem
und magnetischem Material besteht. Auch diese bekannte Anordnung ist keine Folgebewegungssteuerung
im Sinne der Erfindung.
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Schließlich ist noch eine Folgebewegungssteuerung mit elektromotorischem
Drehfeldantrieb mit einem über gittergesteuerte Entladungsgefäße gespeisten Nachfolgeglied
bekanntgeworden, bei der die Phasenlage der dem Gitter der Entladungsstrecke zugeführten
Steuerwechselspannung gegenüber der Anodenwechselspannung in Abhängigkeit
von der
Stellung eines mit der Gebereinrichtung ver-
bundenen Steuerglieds
relativ zu den Polschuhen eines Wechselstromgeräts, das über eine an den Steuerkreis
der Entladungsstrecke angeschlossene Steuerschaltung mit deni Emp-Fänger verbunden
ist, geändert wird. Während jedoch bei der Folgebewegungssteuerungnach der Erfindung
die Induktivität einer Drosselspule geändert wird, wird bei dieser bekannten Folgebewegungssteuerung
eine Rei-
henschaltung zweier gegeneinander um 9o° verschobener Spannungen
benutzt, deren eine_ in ihrer Größe regelbar ist. Diese Regelung erfolgt beim Bekannten
durch Steuerung der
Teilflüsse eines als dreischenkliger Transformator ausgebildeten
Wechselstromgeräts. Die regelbare Spannung wird an zwei gegeneinandergeschalteten
Teilwicklungen -- erzeugt: Das Wechselstromgerät ist hier ein Transformator
mit
zwei Sekundärwicklungen, deren Verkettungen mit dem Fluß geändert werden, indem
-das Joch des Transformators -bewegt wird Im Gegensatz zu- der zuletzt genannten
bekannten-Einrichtung wird bei der Folgebewegungssteuerung nach der Erfindung nicht
die VerkettungverschiedenerWicklungen miteinem regelbaren Fluß geändert, sondern
in vorteilhafter Weise die Größe eines elektrischen Widerstands geregelt. Auf diese
Weise ist die Folgebewegungssteuerung nach der Erfindung gegenüber der bekannten
Folgebewegungssteuerung wesentlich vereinfacht und bringt zugleich den für diese
so wichtigen Vorteil einer Mehrfachregelfähigkeit mit sich, der sich beim Vorbekannten
ohne Einschaltung besonderer technischer Mittel im selben Gerät nicht erreichen
läßt. Ein wesentlicher Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt noch darin, daß
bei Ausbildung des Wechselstromgeräts als regelbare Drossel mit offenem Eisenkern,
zwischen dessen Polschuhen als Steuerglied eine teils aus magnetischem, teils aus
unmagnetischem, aber leitendem Werkstoff bestehende Scheibe angeordnet ist, durch
Formgebung "der Stoßstelle, auf die bei keiner der genannten bekannten Einrichtungen
das Augenmerk gerichtet war, die übergangscharakteristik der Induktivität dem Zündeinsatz
des Entladungsgefäßes angepaßt ist.
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In der Abb. i ist zum besseren Verständnis der Erfindung eine schematische.
Darstellung der an sich bekannten Anordnung zur Steuerung eines Entladungsgefäßes
wiedergegeben. Hierbei ist mit i der aus l?, L und C bestehende Phasenschieber
bezeichnet. Die mit ,dem Phasenschieber i eingestellte Gitterwechselspannung wird
von der Gitterspannungswicklung a des Transformators T für das Entladungsgefäß
3 dem Gitter des genannten Entladungsgefäßes zugeführt. Mit 4. und 5 sind die Anodenkreiswicklung
bzw. Heizkreiswicklung benannt. R ist ein rein Ohmscher - Widerstand, C ein Kondensator
und L eine zwischen den Klemmen a und b liegende. "Induktivität,
deren Größe in der nachstehend geschilderten Weise von der Stellung zwischen dem
Geberwinkel a, und dem Rückmeldeivinkel a@ abhängig ist. , An Hand der Abb.2 sei
zunächst gezeigt, inwiefern durch- Veränderung der Induktivität L eine Schwenkung
der Gitterwechselspannung gegenüber der Anodenwechselspannung erzielt werden kann.
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In Abb. 2 stellt e7- den Vektor für die Spannung am. Transformator
dar, dessen Sekundärwicklung z gemäß Abb. i in Reihe mit der regelbaren Induktivität
L, dem Ohmschen Widerstand R und der Kapazität C liegt. Mit eg ist der: Vektor der
Gitterwechselspannung zwischen - der Mittenanzapfung der Sekundärwicklung 2 und
der Verbindung von R und C bezeichnet. Durch den Wirkwiderstand R und Blindwiderstände
wL und
ist eine Brückenschaltung gebildet. Die steuernde Gitterwechselspannung eg wird
an der Diagonale abgegriffen. Bei Veränderung entweder des Wirkwiderstandes oder
der Blindwiderstände beschreibt der Endpunkt des Spannungsvektors e, über den Vektor
der Spannung er des Spannungsteilers 3 einen Halbkreis, da bekanntlich die
Blind- und Wirkkomponentenaufeinandersenkrechtstehen müssen. Der Phasenwinkel zwischen
der Anodenwechselspannung und-Gitterwechselspannung ist als Winkel cp abzugreifen.
Man erkennt, daß dieser Winkel im gewählten Beispiel zwischen a' und
b' (vgl. Abb. z) fast um 1800 verändert werden kann, wobei die Gitterspannung
konstant bleibt. Durch entsprechende Vergrößerung der kapazitiven Reaktanz
kann der Winkel cp beliebig weit dem Werte 18a-0 angenähert werden. Im Diagramm
nach Abb. 2 sind drei Fälle .dargestellt, und zwar einmal für ein beliebiges Lr,
dann für ein Lm"" und schließlich für L := O.
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Das Spannungsdiagramm in Abb.2 zeigt somit, daß man durch Änderung
des Blindwiderstandes den Phasenwinkel von e, von o bis i8o° stetig verändern kann.
Die Schwenkung des Gitterspannungsvektors um i8o° ist notwendig, um einmal das Entladungsgefäß
zu sperren (bei Phasenopposition), das andere Mal voll öffnen zu können (bei Phasengleichheit).
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In der Abb. 3 a ist der Geber für die nachstehend beschriebene erfindungsgemäßeFolgebewegungssteuerung
in seiner Gesamtausbildung, in den Abb. 3 b und 3 c in seinen besonderen Teilen
gemäß der Erfindung dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese dargestellten
Formen beschränkt, sondern umfaßt auch alle Abänderungen mit gleicher physikalischer
Wirkung, die sich beispielsweise auf die Ausbildung des drehbaren Teils beziehen.
So fallen auch Anordnungen darunter, die einen stabförmigen Teil, der in den Luftspalt
eingeschoben wird, statt der Drehscheibe verwenden.
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Der Geber-nach der Erfindung gestattet in Verbindung mit einem Spannungsteiler,
beispielsweise dem vorstehend beschriebenen bekannten Spannungsteiler, durch Veränderung
seiner Induktivität L eine Schwenkung der Gitterwechselspannung gegenüber der Anodenwechselspannung
um 18o0.
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Die Änderung der Induktivität geschieht durch die Sperrung oder Öffnung
des magnetischen Strompfades der Drosselspule. Bekanntlich
wächst
die Induktivität einer Drosselspule, deren Eisenkern durch einen Luftspalt unterbrochen
ist, stark an, wenn man diesen Luftspalt durch ein Weicheisenstück ausfüllt, sinkt
dagegen stark ab, wenn sich im Luftspalt ein Stück aus nichtmagnetischem Material
befindet. Diese Tatsache wird nun zur Ausbildung der Induktivität als Geber für
den Gitterspannungsphasenschieber in der erfindungsgemäßen Folgebewegungssteuerung
benutzt. ' Bei der erfindungsgemäßen Folgebewegungssteuerung ist in einer Spannungsteilerschaltung,
die mit verschiedenen Scheinwiderständen arbeitet, z. B. an den Klemmen
a und b
in einer bekannten Anordnung nach Abb. i (die Klemmen
a und b nach Abb. i werden zu diesem Zweck mit den Klemmen a und b
der Einrichtung nach Abb. 3 a verbunden) als veränderliche Induktivität eine regelbare
Drossel mit offenem Eisenkern vorgesehen. Zur Schließung des magnetischen Kreises
dient ein beweglicher, mit der Gebereinrichtung i i (vgl. Abb. 5) unmittelbar verbundener
Körper 8 (v,-,l. Abb. 3 a und 5 ), der teils aus magnetischem, teils aus unmagnetischem
Material besteht. Bei Verstellung des Gebers, beispielsweise eines Zielfernrohres,
wird durch Schließen des magnetischen Kreises die Induktivität L der Drossel von
einem verhältnismäßig kleinen Wert auf einen verhältnismäßig großen Wert geändert
und damit dem Gitter des Entladungsgefäßes eine um i 8o' phasenverschobene Wechselspannung
zugeführt, so daß das Entladungsgefäß für den Stromdurchgang voll geöffnet wird.
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Nach Abb.3a umfaßt eine Drossel 6 mit offenem Eisenkern nach Art einer
Zählerspule eine drehbare Scheibe 8 von etwa 5 bis i o mm Stärke. Die Scheibe besteht
zur Hälfte aus einem magnetischen Material 9, z. B. Weicheisen, und zur Hälfte aus
einem nichtmagnetischen Material i o, z. B. Aluminium. 'Diese Anordnung der beiden
Metalle hat zur Folge, daß die Induktivität der Drossel schnell von einem kleinen
auf einen großen Wert anwächst, sobald die Stoßfuge der beiden Metalle beim Verdrehen
der Scheibe in den Bereich der Polschuhe 7 gelangt. Die Steigerung der Induktivität
kann durch geeignete Bauart der Scheibe im Verhältnis I :2o abgestuft werden, ohne
daß dabei der für die Steuerung des Entladungsgefäßes vorgeschriebene Arbeitsbereich
von i bis 2° überschritten wird.
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Durch besondere Formgebung der Scheibe, insbesondere des trbergangs
des einen Materials zum anderen, läßt sich in vorteilhafter Weise der Anstieg der
Induktivität beim Verdrehen der Scheibe verändern. So erhält man beispielsweise
bei einer glatten Stoßfuge der Metalle, wie sie in Abb. 3 a dargestellt ist, einen
schroffen Anstieg der Induktivität im Arbeitsbereich des Gebers, dagegen bei der
Anordnung nach Abb. 3b, wo eine überlappung des einen Materials 9' durch
das andere Material io' stattfindet, einen kurvenförmigen Anstieg. Die Abb.4 zeigt
einen derartigen trbergang von kleiner zu großer Induktivität in Abhängigkeit des
Winkelbereiches ai-a=. Neben den dargestellten Beispielen der Berührungsflächen
der Metalle sind auch andere möglich, z. B. eine keilförmige überlappung oder ein
allmählicher Übergang durch eine Mischung von Eisenpulver und Aluminiumpulver, die
mit einem Klebemittel verbunden werden. In allen Fällen lassen sich verschiedene
übergangscharakteristiken der Induktivität erreichen.
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Eine andere Art zur Änderung der übergangscharakteristik ist in Abb.
3 c dargestellt. Hier wird durch Änderung der Polschuhbreite 7' ebenfalls die Steilheit
des Induktivitätsanstiegs beeinflußt.
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In der Abb.5 ist schließlich die gesamte Folgebewegungssteuerung nach
der Erfindung schematisch veranschaulicht. Die Scheibe 8, deren Ausbildung oben
eingehend beschrieben war, wird zwischen den Polschuhen 7 (vgl. auch die Abb. 3
a bis 3 c) der Drossel 6, deren Wicklung an die Klemmen a und b, beispielsweise
einer an sich bekannten Anardnung nach Abb. i, anzuschließen ist, mittels eines
Handrades i i verdreht, wobei das Handrad noch mit einer Untersetzung versehen sein
kann. Dadurch wird, wie vorstehend ausführlichst beschrieben ist, die Gitterspannung
gegenüber der Anodenwechselspannung bei
einem Drehwinkel a, der i bis 2° überschreitet,
um i8o° verdreht. Das Entladungsgefäß wird voll geöffnet, und es fließt ein Strom
über die Anschlußklemmen AB, z. B. der Einrichtung nach Abb. i, in die Wicklung
des
Leonardgenerators 15, deren Anschlußklemmen ebenfalls mit AB bezeichnet
sind. Der
Leonardgenerator 15 treibt den Antriebsmotor 14 eines zu verstellenden
Teils 16 an. Die Rückmeldung a2 des vorgegebenen Winkels a, wird dabei von dem mit
dem Motor 14 gekuppelten Körper 13 eines Gleichlaufsystems an den Empfänger 12 vorgenommen.
Dieser Empfänger ist mit der Drossel 6 mechanisch verbunden und dreht dieselbe um
den Win-
kel a2 wieder in die durch die Drehung der
Scheibe 8 vorgegebene
Lage der Stoßfuge zu-
rück, so daß das Entladungsgefäß wieder für
den
Stromdurchgang gesperrt wird. Bei erneutem Verdrehen des Gebers wiederholt sich
der Vorgang entsprechend.
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Die Vorzüge dieses Gebers in der erfin# dungsgemäßen Folgebewegungssteuerung
fe-
gen in der Möglichkeit, durch die besondere Ausbildung
des Übergangs vom magnetischen zum nichtmagnetischen Material den Zündeinsatz des
Entladungsgefäßes feinstufig regeln zu können, und ferner in seiner außerordentlich
einfachen Bauweise.
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Ein weiterer Vorzug der Erfindung bildet die Möglichkeit der zusätzlichen
Regelung der 'Induktivität durch Änderung der Permeabilität innerhalb gewisser Grenzen,
wie durch Vormagnetisieren der Drossel mit Gleichstrom. Eine solche Anordnung ist
in Abb.6 dargestellt. Diese kann zur Aufhebung der Frequenzabhängigkeit der Drossel
benutzt werden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise über eine Frequenzbrücke 17
der Wicklung 2 ein der Frequenz proportionaler Strom entnommen, der im Gleichrichter
18 gerichtet wird und nun die Drossel mit der Wicklung i9 vormagnetisiert. In der
Abb.6 ist der Phasenschieber i der Einfachheit halber durch Kästchen und lediglich
die Wicklung 19 für die Drosselgleichstrommagnetisierung dargestellt.
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Außer 'dieser zusätzlichen Regelung lassen sich an den Klemmen c und
d noch weitere Gleichstromwerte einführen, die dann in bekannter Weise (nach G.
W. Müller) der Steuerung des Entladungsgefäßes durch die Gitterwechselspannung überlagert
werden.