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Verfahren zur Herstellung einer der Fehlergeschwindigkeit proportionalen
Spannung aus der Fehlerwechselspannung Wegsteuerungen, bei denen die einem z. B.
einen schweren Gegenstand antreibenden Motor zugeführte Leistung nur von der Differenz
von Ist- und Sollstellung, d. h. vom Fehler, abhängt, neigen wegen der verhältnismäßig
großen Motorträgheit zum Pendeln. Diese Pendelungen werden weitgehend unterdrückt,
indem die dem Antriebsmotor zugeführte Leistung vom Fehler und von der Fehlergeschwindigkeit,
d. h. von der zeitlichen Änderung des Fehlers, abhängig gemacht wird. Wie der Fehler,
so wird auch die Fehlergeschwindigkeit in Form einer letzterer proportionalen Spannung
in die Steuerung eingeführt. Das elektrisch einfachste Mittel der Erzeugung einer
Fehlergeschwindigkeitsspannung ist in der Gegeneinanderschaltung je einer mit der
Geber- und der Lastachse gekuppelten Tachometermaschine gegeben. Der Nachteil dieses
Erzeugungsverfahrens besteht darin, daß das Geberdrehmoment meist nicht ausreicht,
die Ankermasse der Tachometermaschine- zu beschleunigen oder überhaupt das Antriebsmoment
für die Tachometermaschine aufzubringen.
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Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung einer der
Fehlergeschwindigkeit proportionalen Spannung aus der Fehlerwechselspannung, die
in einer aus Geber und
Empfänger bestehenden Übertragungseinrichtung
beim Vorhandensein eines Stellungsunterschiedes zwischen Geber und Empfänger entsteht,
bei dem zu der Fehlerwechselspannung eine zweite um 9o° phasenverschobene Fehlerwechselspannung
erzeugt wird, die mittels eines Frequenzwandlers gleichgerichtet und aus dieser
Gleichspannung durch elektrische Differentiatio:n mittels eines CR- oder eines RL-Gliedes
an R bzw. an L eine der zeitlichen Änderung des Fehlers proportionale Spannung erzeugt
wird.
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In den Figuren ist der Erfindungsgedanke beispiel@sw.eise dargestellt.
Es zeigt Fig. i die Gesamtanordnung zur Herstellung einer Fehlergeschwindigkeitsspannung,
Fig. 2 den Frequenzwandler hierzu und Fig. 3 eine andere Anordnung zur Herstellung
der Fehlergeschwindigkeitsspannung. Die Eingangsklemmen der Fehlerspannung sind
mit i und 2 (Phase I), die Eingangsklemmen der um 9o° phasenverschobenen Fehlerspannung
(Phase II) mit 3 und .I bezeichnet. Die Klemmen i bis .I sind mit den Punkten 5
bis 8 eines Frequenzwandlers 9 verbunden. Der Eisenkörper des Frequenzivandlers
9 ist mit einer Reihe von Nuten io versehen, in welchen außenliegend die zweiphasige
Wechselstromwicklung i i und innenliegend eine Gleichstromwicklung 12 untergebracht
ist. Die Gleichstromwicklung 12 ist an einem Kommutator 13 angeschlossen, auf dem
die beiden Bürsten 14 schleifen, die von einem Synchronmotor 15 angetrieben werden.
Die in der Fig. 2 eingezeichneten Stromrichtungen gelten für ein Strommaximum in
der Phase I. Die von den Bürsten 14 abgegriffene Gleichspannung wird zu den Punkten
16 und 17 geführt, zwischen welchen ein Kondensator 18 und ein Widerstand i9 liegt.
Kondensator i8 und Widerstand i9 bilden hierbei ein CR-Glied. An die Stelle des
Kondensators 18 kann auch ein Widerstand und an die Stelle des Widerstandes i9 eine
Selbstinduktion treten, die dann ein RL-Glied bilden. Mit Hilfe der beiden regelbaren
Eingangswiderstände 2o und 21 läßt sich die '1lodulierbrücke 22 genau abstimmen.
Der Modulierbrücke 22 wird aus einer Spannungsquelle 23 über einen auf derSelzundärseitemittenangezapften
L1ertrager 24 eine Hilfsspannung zugeführt. An die Modulierbrüeke 22 schließt sich
ein Ausgangsübertrager 25 und ein Abschlußwiderstand 26 an. Vom Ausgangstransformator
25 der Modulierbrücke 22 wird eine Verstärkerschaltung 27 gespeist, welche aus einer
oder mehreren Verstärkerröhren bestehen kann. Der Verstärkerschaltung 27 wird ferner
über einen regelbaren Abgriff 28 die an den Klemmen i und 2 zugeführte Fehlerspannung
zugeleitet. Die Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung 27 wird gegebenenfalls
über einen Transformator auf das Regelorgan einer Steuerung 29 gegeben.
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In der Fig. 3, «-elche ein rein maschinelles Verfahren zur Umformung
der mittels eines Frequenzwandlers erzeugten Gleichspannung darstellt, führen gleiche
Teile die gleichen Bezeichnungen wie in den vorhergehenden Figuren. Die Fehlerspannung
wird hier über die Klemmen 30 und 31 einem Pliasenspalter 32 zugeführt, der
gegebenenfalls auch aus einem Zwei- bzw. Dreiphasenfehlerspannungsscstem bestehen
kann. Der aus dem -"fetz 33 gespeiste Einphasensynchronmotor 1,5 treibt hierbei
den Frequenzwandler 9 sowie einen Einphasensvnchrongenerator 3.4 an. An den Ausgangsklemmen
35 und 36 des Generators 34 kann die Fehlergeschwindigkeitsspannung abgenommen und,
wenn erforderlich. noch über einen Verstärker dem Regelorgan einer Steuerung zugeführt
«-erden.
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Die zu der Fehlerspannung um 9o= pliasenvcrsciiob-ne Fehl°_rspannung
kann entweder durch Phasendrehung oder durch eine zweite um 9o, phasenverschoben
erregte Fehlerbrücke erzeugt werden. Im Falle der An-,vendung der Phasendrehung
der Fehlerspannung ist mit einer Einschwingzeitkonstante der phasendrehenden Schaltung
von etwa 3 ins bei 50 Hz zu rechnen. Die Genauigkeit der Phasendrehung ist
gegeben durch die zulässige Wechselkonstante im Drehfeld.
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Die in den Nuten io untergebrachte Zweiphasenwechselstromwicklung
i i erzeugt in dem luftspaltlosen Eisenkörper des Frequenzwandlers 9 in bekannter
Weise ein synchronrotierendes nach Amplitude konstantes Drehfeld. In den ,Tuten
io liegt außerdem noch die an dem Kommutator 13 angeschlossene Gleichstromwicklung
12. Die Gleichstrom- und die Wechselstromwicklung können jedenfalls auch zu einer
einzigen Wicklung zusammengezogen werden, jedoch hat die Verwendung von zwei getrennten
Wicklungen den Vorteil des frei wählbaren Übersetzungsverhältnisses.Rotieren die
Bürsten synchron mit dem Feld bei stillstehendem Eisenkörper und Kommutator oder
rotiert der Eisenkörper und Kommutator synchron bei stillstehenden Bürsten, so wird
an den Klemmen 16 und 17 eine Gleichspannung erhalten, deren Amplitude proportional
der Fehlerspannung ist. Der Vorteil der Verwendung eines Frequenzwandlers liegt
darin, daß bei einigermaßen großer Lamellenzahl des Kommutators 13 die Oberwellenfrequenz
genügend hoch ist, um sie praktisch ohne zeitliche Verzögerung absieben zu können.
Der einfacheren Darstellung wegen sind zwar nur zwölf Kommutatorlamellen gezeichnet
«-orden, doch ist es selbstverständlich, daß ihre Anzahl auch beliebig vergrößert
werden kann.
Bei Verwendung von 24 Kommutatorlamellen erhält man
bereits eine genügend hohe Oberwellenfrequenz von z. B. 6oo Hz.
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Durch elektrische DifFeremtiiation dieser gleichgerichteten Fehlerspannung
mittels eines CR- oder eines RL-Gliedes wird bei der CR-Schaltung an R und bei der
RL-Schaltung an L eine Spannung erhalten, die der zeitlichen Änderung des Fehlers
proportional. ist. Mit dieser Spannung wird dann eine Wechselspannung, vorzugsweise
eine solche von 5o Hz, moduliert. Nach Verstärkung beeinflußt diese mit der Geschwindigkeit
modulierte Spannung zusammen mit der Fehlerspannung das Regelorgan des Antriebsmotors
für den einzustellenden Gegenstand. Bei Verwendung von gittergesteuerten Gas- oder
Dampfentladungsgefäßen werden diese beiden Spannungen auf die Gitter dieser Gefäße
gegeben.
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Die Moduli.erbrücke 22 liefert an das Gitter der ersten Verstärkerröhre
der VerstärkerschaltUng 27 eine Wechselspannung (5o-Hz-Spannung), deren Phase durch
die aus der Spannungsquelle 23 stammende Hilfsspannung und deren -Amplitude
durch die Spannung an dem Widerstand i9 gegeben ist.
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Es ist zweckmäßig, dem Gitter der Endröhre der Verstärkerschaltung
27 nicht nur die Geschwindigkeitsspannung, sondern auch die Fehlerspannung über
einen regelbaren Abgriff 28 zuzuführen. Werden als Regelorgan gittergesteuerte Gas-
oder Dampfentladungsgefäße verwendet, so kann dann in der zugehörigen Schaltung
ein Übertrager gespart und außerdem die Rückwirkung der Entladungsgefäße auf die
Schaltung vermieden werden.
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Eine andere Möglichkeit, die Fehlerspannung und die zugehörige Geschwindigkeitskomponente
gleichzeitig zu erhalten, besteht darin, den Kondensator 18 durch einen regelbaren
Widerstand 37 (in Fig. i gestrichelt eingezeichnet) zu überbrücken. Wie aus der
Fig. i ohne weiteres ersichtlich ist, enthält die Spannung an dem Widerstand i i
dann sowohl die Fehlerspannung als auch eine Fehlergeschwindigkeitskomponente. Der
regelbare Abgriff 28 kommt hierbei selbstverständlich in Wegfall.
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Beim Durchgang des Differentialquotienten der Fehlerspannungsamplitude
durch Null tritt ein Phasensprung auf, der- in dem Eingangs- und dem Ausgangstranformator
der Verstärkerschaltung 27 Ausgleichsvorgänge hervorruft. Durch geeignete Wahl der
Zeitkonstante dieser Übertrager einschließlich Abschlußwiderständen, z. B. 26, können
diese Ausgleichsvorgänge rasch zum Abklingen gebracht werden.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführunigs!beispiel geschieht -die-
Dffeirentiaition mittels eines CRL-Gliedes. Die Induktivität ist in diesem Fall
durch die Selbstinduktion der Erregerwicklung des Synchrongenerators 34 gegeben.
Der Widerstand i9 kann auch unmittelbar in die Wicklung gelegt werden: Dies kann
in an sich bekannter Weise durch Verwendung von dünnem Draht geschehen, der nur
einen kleinen Wickelraum benötigt, oder dadurch, daß die Wicklung mit Widerstandsdraht
ausgeführt wird.
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Wird nun der Frequenzwandler 9 und der Generator 34 von dem Synchronmotor
15 angetrieben, so entsteht an den Klemmen 35 und 36 eine Fehlergeschwindigkeitswechselspannung.
Mit dieser Wechselspannung kann gegebenenfalls unter Weglassung von Verstärkern
das Regelorgan des Antriebsmotors beeinflüßt werden, bei Verwendung von gittergesteuerten
Entladungsgefäßen z. B. deren Gitter. Die stillstehenden Teile von Frequenzwandler
9 und Synchronmotor 15 müssen zur genauen Phaseneinstellung verdrehbar sein.