DE705471C - Einrichtung zur Umwandlung schwacher Regelspannungen in mechanische Bewegungen einesRegelorgans - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Umwandlung schwacher Regelspannungen in mechanische Bewegungen eines Regelorgans Es tritt häufig die Aufgabe auf, bei Abweichungen einer elektrischen Größe von einem bestimmten Wert ab eine mechanische Verstellung irgendeines Regelorgans vorzunehmen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist es; bekanntgeworden, die für die Verstellung des Regelorgans maßgebende elektrische Größe in eine ihr proportionale Drehzahl eines Elektromotors umzusetzen und die Drehzahl dieses Motors mit der dem Sollwert der genannten Größe entsprechenden Drehzahl eines anderen Motors durch ein mechanisches Differential zu vcrgleichen. Die beiden Motoren wirken dann in entgegengesetztem Sinne auf das Differential. Solange also die maßgebende elektrische Größe ihren Sollwert besitzt, d. h. solange beide Motoren mit gleicher Drehzahl laufen, steht das Gehäuse des Differentials, d. h. die abgehende Welle, still. Sobald jedoch eine Abweichung zwischen den beiden Drehzahlen in dem einen oder anderen Sinne auftritt, so beginnt das Differential mit einer der Drehzahldifferenz proportionalen Geschwindigkeit umzulaufen. Mit Hilfe einer solchen Einrichtung kann man beispielsweise bei Papiermaschinen seitliche Verschiebungen der Papierbahn ausregeln. Man braucht dazu nur die Kantenlage der Papierbahn durch eine Photozelle zu überwachen, die je nach der seitlichen Lage der Papierbahn mehr oder weniger belichtet wird und dementsprechend eine mehr oder -weniger große Spannung liefert. Die Spannung der Photozelle legt dann die Drehzahl des einen Elektromotors, der der richtigen Lage der Papierbahn entsprechende Solliiert der Photozellenspannung die Drehzahl des anderen Elektromotors fest. Drehungen der abgehenden Welle des Differentials bewirken eine Verschiebung der Papierbahn in dem einen oder dem anderen Sinne.
• Wenn bei solchen Einrichtungen zur Verstellung des Regelorgans, also in dem soeben angeführten Beispiel zur seitlichen Verschiebung der Papierbahn, größere Verstellkräfte erforderlich sind. so müssen auch die auf das Differential einwirkenden Motoren eine verhältnismäßig große Leistung besitzen. Die für den Regelvorgang maßgebende elektrische Größe, also beispielsweise die Spannung einer Photozelle bzw. die Änderungen dieser Größe ---erden jedoch in vielen Fällen sehr klein sein, so daß es nicht ohne weiteres möglich ist, sie zur unmittelbaren Beeinflussung der Drehzahl des hierfür in Betracht kommenden Elektromotors zu benutzen. Man ist in diesen Fällen infolgedessen auf eine erhebliche Ver-

  stärkulig der Sclitvanktingcii der für die Rege-

  hing maßgebenden elektrischen Grö0c ange-

  wiesen. Die sich hierdurch ergebenden

  Schwierigkeiten wachsen mit der Größe der

  Arbcitsm:ischiiic, bei der die I'c"eleiiiriclitung

  Crtt-CI1dLIIig 111711C11 soll, da die llnf das Diltc-

  rential Cimi-irlzCiidcn Motoren immer größer

  bemessen «erden müssen, während die für

  die Regelurig maßgebende (rö l?e i111 allge-

  meinen von der Größe der .\rüc i tsniascliine

  ;ililiängig ist.

  Die Erfndring zeigt unicii @Vc", 11-1e inan

  mit einer wesciitlich gci-ingci-cn Verstärkung

  schwache Regelgroßen in mechanische Be-

  umwandeln kann. Die Erfindung

  bcmitzt dalici ein sog. cl(#kti-iscli(,s Dilierential,

  wie es bcispi@lsit-cisc für Gleichlaufcilirichtun-

  11e1) GLII- `,erst@llung voll Rcglurn in Abhiin-

  AgkAt von auftretcildcn Glcichlaufstörurigen

  bek;innt ist. Eiii dcrtirtii"cs elelctrisc-hes Eilie-

  reiitial bestellt aus Ciner elektrischen Maschine,

  die sowohl i111 St:iiidcr als auch iin Läufer

  cinc Wechselstrom- bzw. Drchstruin Wicklung

  besitzt. Beiden Wicklun:;cn iterdc#ii iiun

  «'cclisclsp,iniltingcn zugeführt, welche Dreh-

  felder erzeugen, die iin gleichen Drehsinn

  nllil@tLifcti. Solange die hrecliielizc'n der bel-

  dCli `Ä'CC11SC@1Sp£tliniiiigell gleich sind, ist 2tL1Ch

  bei stillstehendem Uäufur die Dreligeschwin-

  dibkeit des LäufcrdrChfcldcs "c111111 gleich der

  Drchgcscbu-indigkcit des Ständcrdrchfeldes,

  so dar kein Drclniiciniciit auftritt uiid der

  Läufer stillsteht; sobald ahur ciüc Vcrschie-

  dellheit in der f'rl'ClLic'ijz dc'r beiden WechsCl-

  spannungcil auftritt, wird auf den Läufer ein

  Drehinoinent ausgc übt, und dieser l:iiift -(-en-

  über dem Ständer mit einer solchen Dreh-

  iLthl tim, dar, die bcidcii Drehfelder relativ

  rucülan<Icr wieder in Rulic bleiben. Bisher

  wurden derartige elektrische Dilferentiale,

  tvic schon crwählit, 11111- zuln Vergleich von

  Drehzahlen bzw. zur @uslüsunl; von Regel-

  bctvegungCn in _lliliiiiigigkeit voll auftretenden

  Differenzelf zwischen dicscii Drehzahlen be-

  nutzt. Das geschah in der WcisC, daß mit

  den beiden für die hegelang mal:,gebendcn

  Drehzahlen zunächst Sy-iiclii-un"cnei-atoreti an-

  getrieben wurden, die darin an die Wick-

  lungen des Differentials «'cchsclspannungen

  lieferten, deren FrCduelizcli clcn Drelizalilcn

  proportional waren. Durch die Er-findLing

  wird innimchr das elektrische, I)illcrcntial

  auch zur Durchführung von Re"clbctt-cgungcn

  i11 Abhiiiigigkcit von anderen `Pestinimungs-

  gröBen als Drehzahlen Brauchbar gemacht.

  Dabei wird ebenfalls die eine Wicklung des

  Differentials mit einer konstanten Vergleichs-

  frequenz, die andere mit einer ver:inderl:chen,

  von der für die Regelring maßgebenden

  Größe abhängigen I'rccILicnz gespeist. Gem_ifi

  der Erfiiiduiig wird die vcr:inclt#rlichc Fre-

  quenz durch Entladungsstrecken, vorzugsweise durch Gas- oder Dampfentladungsstrecken, erzeugt, auf deren Gitterkreis die umzuwandelnde Regelspannung mittelbar oder unmittelbar einwirkt.
• Die Erzeugung von Wechselspannungen, deren Frequenz von einer Regelgröße abhängt, mit Hilfe von Entladungsstrecken ist ebenfalls bereits an sich bekannt. Durch die Vereinigung dieser Maßnahme mit dem elektrischen Differential ist jedoch eine Einrichtung zur Auslösung von Regelbewegungen in Abhängigkeit von beliebigen Regelgrößen geschaffen worden, die es gestattet, selbst mit den kleinsten Änderungen der Regelgröße beliebig große Verstellkräfte zu erzeugen. Es wird im allgemeinen ausreichend sein, wenn nur eine Frequenz geregelt und die andere konstant gehalten wird. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, beide Frequenzen gleichzeitig, gegebenenfalls sogar in Abhängigkeit von verschiedenen Regelgrößen, zu verändern. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zur Umwandlung der Regelgröße- in eine entsprechende Frequenz ein mit gesteuerten Entladungsstrecken arbeitender Wechselrichter verwendet wird. Die Vergleichsfrequenz kann man ebenfalls einem Wechselrichter entnehmen, oder man kann zu diesem Zweck die eine Wicklung der elektrischen Maschine an ein Drehstromnetz anschließen, dessen Frequenz hinreichend konstant ist.
• In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. i möge i den Ständer und 2 den Läufer eines Elektromotors bedeuten. Es sei der Einfachheit halber angenommen, daß beide Teile mehrphasige Wicklungen, und zwar von gleicher Polzahl; tragen. Die Speisung der Ständerwicklung erfolgt über feste Anschlüsse, während die Läuferwicklung über die Schleifringe 3 gespeist wird. Zur Lieferung der beiden Frequenzen dienen die Wechselrichter 4 und 5, die ihren Gleichstrom aus dem Gleichstromnetz S erhalten. Die Steuerspannungen für die beiden Wechselrichteranordnungen 4 und 5 werden von der ebenfalls nur. schematisch dargestellten Steuerungsapparatur 6 geliefert, die ihrerseits hinsichtlich der erzeugten Frequenzen von der Regeleinrichtung 7 beeinflußt wird. Wie schon erwähnt, kann man die Frequenzen beider Wechselrichter z. B. in entgegengesetztem Sinne durch ein und dieselbe Regelgröße oder durch verschiedene Regelgrößen beeinflussen. Man kann aber auch die Frequenz des einen Wechselrichters konstant halten und lediglich die des anderen verändern. je nach der auftretenden Differenzfrequenz wird sich darin der Läufer 2 des Motors in dem einen oder dem anderen Sinne drehen, während er bei Frequenzgleichheit stillsteht. Es ist gegebenenfalls auch möglich, den einen Teil des Elektromotors nur einphasig auszuführen. Von den beiden gegeneinander laufenden Drehfeldern, in die man das einphasige Wechselfeld zerlegen kann, kommt dann nur dasjenige zur Wirkung, das im gleichen Sinn 1#vie das Drehfeld des anderen Maschinenteils rotiert.
• In Fig.2 ist ebenfalls in schematischer Darstellung ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dort wird die Wicklung des Ständers i mit einer konstanten, dem Drehstromnetz 15 entnommenen Frequenz gespeist. Zur Erzeugung der der Läuferwick-Itiii- a zugeführten veränderlichen Frequenz dient ein Frequenzumformer, bestehend aus dem Synchrongenerator 9 und dem konstant erre-ten Gleichstromnebenschlußantriebsmotor io. Die Ankerwicklung des Antriebsmotors i o wird über einen gittergesteuerten Gleichrichter i i ebenfalls ,aus dein Drehstromnetz 15 gespeist. Eine Beeinflussung der dem Läufer 2 zugeführten Frequenz durch eine sehr geringe Regelgröße Eßt sich dadurch ermöglichen, daß man diese Regelgröße auf die Steuerapparatur 12 des Gleichrichters i i, die bekanntlich nur eine sehr geringe Leistung zu beherrschen braucht, einwirken läßt. Je nachdem, ob die Zündzeitpunkte des Gleichrichters i i durch Gittersteuerung vor- oder zurückverlegt werden, steigt oder sinkt die Drehzahl des Gleichstrommotors io und damit die von dem Synchrongenerator 9 dem Läufer 2 des Differentials zug eführte Frequenz.
• In Fig.3 ist angegeben, wie man beispielsweise durch eine Photozelle unter Verwendung eines Wechselrichters zur Erzeugung der veränderlichen Frequenz die Verstellung des Differentials bewirken kann. Die Ständerwicklung i wird wieder unmittelbar aus dem Drehstromnetz 15 gespeist, tvährend die Läufc=rtjicklung 2 ihre Spannung aus dem Wechselrichter 13 (Drehrichter- erhält. Der Gleichstrom für den Wechselrichter wird im vorliegenden Fall von einem .Gleichrichter 14. geliefert, der wechselstromseitig ebenfalls an das Drehstromnetz 15 angeschlossen ist. Um die Frequenz der dem Wechselrichter 13 zugeführten Steuerspannungen festzulegen, ist ein Schwingungsgenerator vorgesehen, der im wesentlichen aus der Schwingkreisspule 1,^, einem Kondensator 2o, dem gesteuerten Elektronenrohr 22 und der Rückkopplungsspule 18 besteht,. Die Spulen 1; und iS sind miteinander ekoppelt, so daß bei Anlegen der von der Gleichrichteranordnung 21 gelieferten Anodenspannung an das Elektronenrohr 22 die ganze Anordnung in Selbsterregung mit einer Frequenz schwingt, die bei konstanter Kapazität des Kondensators 2o im wesentlichen nur noch von der Induktivit<ät der Spule 1; abhängt. Die Spule i; ist -leichzeiti- durch einen gemeinsamen Eisenkern mit der im Gitterkreis des Wechselrichters 13 liegenden Spule 16 gekoppelt und steuert somit mittelbar den Wechselrichter.
• U m nun in Abhängigkeit von der Beleuchtun- der Photozelle 23 die Frequenz, die von dem Wechselrichter 13 geliefert wird, verändern zu können, ist auf dem Eisenkern, auf dem die Sclitvinghreissptile 1,- angeordnet ist, noch eine Gleichstromwicklung i9 angeordnet, durch die der Eisenkern mehr oder weniger vormagnetisiert .wird. Je größer die Vormagnetisierung des Eisenkerns ist, desto kleiner ist die Induktivität der Spule i; , desto größer also die erzeugte Frequenz. Die Größe des 'Vorma--netisierunzsgleichstromes in der Wicklung i9, der der @Gleichrichteranordnung 26 entnommen wird, hängt ab von der Gittervorspannung der Elektronenröhre 2;1, die mit der Wicklung in Reihe geschaltet ist. Die genannte Gittert orspannung wird an einem Widerstand 25 abgegriffen, dessen Strom von dem jeweiligen Widerstand der Photozelle 23 abhängt. Sobald sich also infolge veränderlicher Beleuchtung der Photozelle 23 deren Widerstand beispielsweise vermindert, so vermindert sich auch das positive Potential des Steuergitters der Röhre 24. gegenüber der Kathode und damit der Erregerstrom in der Spule i9. Die Induktivität der Spule 1; steigt also, und die der Läuferwicklung 2 des Differen.tialmotors zugeführte Frequenz sinkt.
• In Fig. 4. ist eine andere Möglichkeit dargestellt, wie man auf einfache `reise geringe Potentialänderungen in Frequenzänderungen der Steuerspannung des Wechselrichters umsetzen kann. Es ist dort ein Kippschw°_ngungsgenerator verwendet, der in bekannter Weise aus einem Kondensator 29 und einer parallel dazu liegenden Glimmentladungsstrecke 28 besteht. Der Kondensator 29 ist dabei über ein Elelztroiieurohr 24., das wiederum beispielsweise von einer Photozelle oder von einem anderen Regelorgan gesteuert wird, mit einer Gleichstromquelle verbunden. Die Elektronenröhre 24 stellt dabei einen veränderlichen Ladewiderstand für den Kondensator 29 dar. Der Kondensator lädt sich allmählich mit eitler Geschwindigkeit, die von dem Widerstand des Elektronenrohrs 24 abhängt, so lange auf, bis seine Spannung die Zündgrenze der Glimmentladungsstrecke 28 erreicht. In diesem Augenblick zündet die Glimmentladun-sstrecke und entlädt den Kondensator über die Spule 2;, wodurchzviederum in der dieser Spule gekoppelten Gitterspule 16 im Steuerkreis des Wechselrichters ein Spannungsstoß entsteht. Sobald der Kondensator

  so «-cit entladen ist, dali di. Löschgrenze

  der Glimmentladungsstrecke unterschritten ist,

  wird der Entladestromkreis unterbrochen, und

  die Ladung beginnt von neuem. Die Fre-

  quenz, mit der die Zündungen der Glimm-

  endadungsstrecke einander folgert, hängt da-

  bei ab von der Ladezeit des Kondensators.

  d. h. von der Vorspannunri, die das (:irrer der

  Elekti-otii-nröhre 2.1 besitzt.

Claims (1)

1. PATENT ANSYIKJCIIli: i. Einrichtung zur Umwandltmg schwa- cher Regelspannungen in mechanische Be- wegungen eines Regelorgans unter Ver- wendutig eitles elektrischen Dilteremials in Form einer elektrischcli VIasch:nc, deren eine Wickltnig mit einer veränder- lichen arid deren andere Wicklung mit einer konstanten Vergleichsfrequenz ge- speist wird, dadurch gekennzeichnet, dar', die veränderliche Frequenz durch Ent- ladungsstrecken, vorzugsweise durch Gas- oder Dampfentladungsstrecken, auf deren Gitterkreis die umzuwandelnde Regelspan- nung mittut- @ItIcI- unmittelbar einwirkt, erzeugt wird. 2. Einrichtung narb Anspruch I, da- durch gekelinzeiclinet. dal; die umzuwan- delnde Regelsp@inrittiig auf die Gitterkreise eines Wechselrichters, insbesondere Drehrichters, einwirkt, der unmittelbar die Spannung veränderlicher Frequenz liefert. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen des Wechselrichters einem Schwingungskreis entnommen werden, dessen Induktivität durch Vormagnetisierung in Abhängigkeit von der Regelspannung veränderlich ist. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerkreis des Wechselrichters ein Kippschwingungserzeuger, bestehend aus einem Kondensator, einer dazu parallel geschalteten Glimmentladutigsstrecke und einer als veränderlicher Ladewiderstand für den Kondensator dienenden Elektronenröhre, liegt, und daß die für die erzeugte Frequenz maßgebende Regelspannung auf die Gitterspannung der Elektronenröhre einwirkt. j. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umwandlung der Regelspannung in eine Wechselspannung entsprechender Frequenz ein Frequenzumformer oder ein Wechselstromerzeuger dient, der von einer Gleichstrommaschine angetrieben wird, die über einen in Abhängigkeit von der Regelspannung gesteuerten Gleichrichter gespeist wird.