-
Einrichtung zur Gewinnung einer als Steuergröße verwendbaren Wechselspannung
aus einer Gleichspannung und einer Grundwechselspannung Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zur Gewinnung einer als Steuemgräße verwendbaren, und über ein Regelorgan
einen Motor, der einen Gegenstand entsprechend einer nach Größe und Richtung vorgegebenen
Bewegung ein&tedlt,. beeinflussenden Wechselspannuni,- die einer Glekhspannunig
verhältnisigleich i,s.t, .aus dieser Gleichspannung und einer Grundwechselspannung,
woben die Phaisenlage dier Steuerwechselspannung durch die GrundrweohiseIspannung
und die. GleiichspannungsTichtung gegeben ist, und zeichnet sich durch einfachen
@ Aüibau und geringe räumliche Abmessungen aus. Die, Gleichspannung liegt dabei
an zwei gegeneinandergeschalteten Gleichrichtersysttemenin Brückenschaltung, die
über getrennte Wiclcl:ungen einesTran@sformutors mit einer Grwndwechselspannung
gespeist werden, wccbeiii j e zwei -gegenüberliegende Brückenpunkte über einen Widerstand
in Verbindung stehen und die mit ebenfalls zwei Wicklungen eines die zu bildende
WechseIspannung führenden Differentialtransformators in Reihe liegen. Beim Auftreten
einer Eingangsgleichspannung wird das eine Gleichrichterrsystem entlastet
und
das andere belastet; am Ausgang des Differentialtransformators tritt also eine Wechselspannung
auf, deren Größe proportional der Eingangsgleichspannung ist.
-
Ein ähnlicher Schaltungsaufbau, bei dem zwei gegeneinandergeschaltete
Vers,tärke-rsysteme in Brückenschaltung in Verbindung mit Transformatoren Verwendung
finden, ist z. B. bereits bekannt für -i%Zo!dulations- und Demodulationszwecke.
Hierbei sind drei Stromlzreise vorhanden, vom denen jeder mit Bezug auf die beiden
anderen Kreise durch die Gleichrichterbrücken im Gleiichgewicht gehalten wird. Eine
Gleichspannung ist bei dieser Schaltung nicht vorhanden. Ebenso kann nicht davon
gesprochen werden, d,aß die Gleichr chtersysteme mit einer Grund wechseI-spannung
gespeist «-erden, vielmehr ist an den Eingangspunkten der Gle:ichricb,terbrücken
immer ein Gemisch einer Trägerfrequenz mit einer Sprachfrequenz vorhanden.
-
Bei Steuerungen, insbesondere bei Fernsteuerungen, bei denen ein Gegenstand
entsprechend einer nach Größe und Richtung vorgegebenen Bewegung eingestellt werden
soll, wird der Einstellmotor meist vom mehreren als Spannungen vorhandenen Steuergrößen
beeinflußt, die z. B. dem Wegfehler zwischen vorgegebener und nachgebi-ldeter Bewegung,
der Geschwindigkeit nachgebild etem der vorgegabe:nen oder der nachgebildeten Bewegung,
der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen vorgegebener und nachgebildeter Bewegung,
der Beschleunigung der vorgegebenen Bewegung od. dgl. proportional sind. Die beimVorhande.nsein
eines St@ellungsunterschie.des, z. B. zwischen einem Geber und einem Empfänger eines
Synchronübettragungssys@tems, auftretende sog mannte Wegfehlerspannung ist zunächst
als '\'@':echselspannung vorhanden. Geber und Empfänger können hierbei als Rin gfeld-Brückensystem
ausgebildet sein. Der Geber kann aber auch z. B. aus einem Polschuhsysem bestehen.
Auf .dem Ständer des Ringfeld-Brückenempfängers befindet sich dabei eine svmmetri:sch
verteilteVierphusenwicklung, welche an zwei diametral gelegenen Punkten erregt werden
kann, während sich auf seinem Läufer eine Dreiphasenwicklung befindet. Diese Dre:iphaseniv
icklung steht mit einer ebensolchen Läuferwicklung des Gebers in Verbindung. Bei
der Synchro:nsteIlung der beiden Läufer sind die Spannungen der vier Ständerwicklungspha:sen
gleich groß, und die an den Brückenpunkten abzunehmende Fehlerspannung ist gleich
1; all. Bei einer Verstellung des Geberläufers tritt eine Feldverschiebung im Ständer
des Empfängers auf, die die vier Spannungen unterschiedlich macht und die Differenz
der Spannungen von je zwei gegen-' überliegelnden Brückenzweigen als Fehlerspannung
abgibt, deren Größe abhängig ist vom der Größe der Verstellung des Läufers des Gebers
gegenüber dem Läufer des Empfängers.
-
Die veränderliche Wechselspannung kann aber auch z. B. einem Drehtransformator
entnommen sein, deren drehbarer Teil mit der Präze:ssionsachse eines Kreisels verbunden
ist. Beim Auftreten einer Präzess.ionsbewegung entsteht also auch in diesem Falle
eine Art Fehlerspannung, deren Größe al)-hängig ist von der Größe der Auslenkung.
-
Diese als Wechselspannung vorhandene Steuergröße wird zunächst einer
bereits vorgeschlagenen Einrichtung zur Umwandlung in eine: Gleichspannung zugeführt.
Die nunmehr vorliegende Gleichspannung wird dann mit einem an -sich bekannten Differentiierglied,
z. B. einem Kondensator, nach der Zeit differentiiert, so daß eine Steuergröße in
Form einer Gleichspannung erhalten wird, deren Größe proportional ist der Geschwindigkeit,
mit der die Änderung des 'Wegfehlers stattfindet. Die beiden Spannungen (Wegfehler
-E- Wegfeh:le:rgeschiv indigkeit) werden einander überljaige:rt. Die Anwendung dieser
Steuergrößenbildung ist überall dort gegeben, wo: infolge des zu geringen von Geber
und Empfänger aufzubringenden Drehmomente die Verwendung von Tachometermaschinen
als Geschwindigkeitsindikatoren nicht möglich ist, ferner bei kreiselgesteuerten
Stabilisierungsantrieben usiv. Als Steuergröße ist dann als o@ eine Steuergröße
i n Form einer Gleichspannung vorhanden, die proportional ist dem Wegfehler und
der Fehlergeschwindigkeit. Da. diese Steuergröße in den meisten Fällen aber zu gering
ist, um einen -Motor unmittelbar zu beeinflussen, der einen Gegenstand entsprechend
einer nach Größe und Richtung vorgegebenen Bewegung einstellen soll, wird als Regelorgan
für diesen Einstellmotor meist eine aus gittergesteuerten Gas-oder Dampfentladungsgefäßen
bestehende Schaltung benutzt. In diesem Falle muß die Gleichspannung aber zunächst
wechsclgericihtet werden, was mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einrichtung
erfolgen kann.
-
In den Figuren sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens
dargestellt. Es zeigt Fig. i eineWechselrichterschaltung für eine aus einem Weigfehleranteil
und einem Fehlergeschwindtigkeitsanteil bestehende Gleichspannung, Fig.a eineWechselrichterschaltung
für eine aus einem Feih.lergeschwi-ndigkeitsdifferenza.nteil und einem der vorgegebenen
Bewegung entsprechenden Beschleunigungsanteil bestehende
Gleichspannung
und Überlagerung dies salis Weichselspannung vorhandenen Wegfehlers und Firg. 3
eine Wechs@e@lnichte;ris@cihaltung mit getrenintem Eingang für zwei gegeneinan.dergeschaltete
Glieiichspannungen.
-
Die beiden Glevchrichtersys:teme i und: 2 sind gegenein@anderge:schal!tet
und wenden über die igetrennten Sekundärwicklungen q. und 5 eine-sTir,ansfoirmiatoms.3
eriregt, desisen Priimärwicklung 6 an eine Wechselspiannungsquieillei 7 angeschlossen
ist. Hierbei arbeitet die. Widcluing q. auf das GleiichTiichtersystem i und die
Wi:Gklung 5 auif idias Gleiehriichterisysitem 2. Je zwei Eckpunkte- dieir Gleichrichitersysteme,
i bzw. 2 isiind über eiirren Widerstand 8 bizw. 9 miteinander verbiumden. Die Wicklungen
q. und 5 liiegien. weiterhin in Reihe mit dien Priimärwiialzilungen i i und 12 eiirres
Diffe,renhi,alitranisfoirmato,rs io, .dessen S,elcundärwicklung :miit
13 bezeichnet isst. An .dien Eingangsklemmen; 1q. und 15 liegt z. B. ei-nie
phasennichtig gleiclhgeirichtete Wegfehlerspannung, die, mit Hilfe einfies Koinidensatoirs
16 d :ifferenti,iert wiiirids. Der Anteil dier Fehleirgeschwindigkeit wird an einem
Sp:annungsteille-r 17
eingestellt, Über einen Wid;erstanid i8 wird ferner
der der Felrlerspaninung auf einen wei.teiren Spannungsteiler i9 gegeben. Die überliagertem
Spannungen (Wegfehileranteil -h Fehlergeschwindiigk Bits inbeil) werdien ,dien Gleiiahrichbersyistemien
i und 2 zugeführt. Ani die Awsgangskleimmem 2o und 2 1 des Differentialtransformators
io kann ein Reigelio,rg@am für den Ei:ns:tellmotor, z. B. eine Schaltung aufs gitteirgesteuerten
Gas- oder Dampfentladungsgefäßen, entweder unmittelbar oder Über eine Verstärkerschailtunig
22 und einem TTansfornnator 23 angeschlossen werden. Die Sokundiärwickliungen q.
turd 5 -des Transfoirmiators 3 müssen galvani,sich getrennt seien iund gleiche Wendungszahlen
aufweiisen. Desgleichen müssten auch die Windwugsz,ahlen der Primärwiekl,ungen i
i und i2 des Differentialtransformators io gleich sein. Liegt an dien Eieng angsklemmen
i q. und 15 eine Spannung vorn dier Größe Null, so, haben beide Gleich Dichtersysteme
i und 2 diie gleiche, aber entgeigemgeriichtebe- Spiannungshöhe. An den Ausgangsklemmen
2o und 2i des Diffemntialtranisfor,mators io ist ,die Spannung dahier ebenfalls
Null. Liegt an. dein Eingangsklemmen 1q. und, 15 ,dagegen eine Gleichspannung,
so, wind das: eine Gleichrichtersysitem entlastet, das arid fiere ,dagegen belastet.
Die Symmetrie der beeiden Glenchrichteirsysterne i und 2 ist hierdurch gestört,
und es überwiegt nunmnehr die, eine oder die.andere der beiden P,riimärwicklungein
ii bzw. 12 des Diiffeirentiialtranisfo.rimators io. An dien Ausgangsklernmen 2o,
2i tritt .demzufolge eine-Wechselisipamnuinig auf, die proportional ist der Einganigsgleiiichspanniung.
-
Die in ider Fig. 2 gezeugte Wechselrichterschalturig weicht nur hinsichtlich
der Eingangsschaltung vom der in Eig. i gezeigten Wechselrichterschaltunig ab; während
ihr soinsitikeir Aufbau und ihre Wirkungsweise gleich sind. An dien. Eingangsklemmen
2,4 und 25 liegt z. B. eine Gleichspannung, die der Geschwindigkeit der vorgegebenen
Bewegrmg entspricht. Diese Gleichispannung speist einen Spannunigsteidier 26, vorn,
dem ein Teil idieser Spannung abgegriffen. und, einem aus *einem Koindensator 27
und einem Widerstand@ 28 bestehenden Differentiierglied zugeführt wird. An dem Widerstand
28 tritt dien nfodige eine Spannung auf, die der Beschileiwrrigung der vorgegebenen
Bewegung proportional ist. Ihr Wert Ist an Beim Widerstand 28 ;einstellbar. An die
Stelle des Konden;sa,to,risi 27 kann auch eine Droisselspule oid!eir eine aus einem,
Kondensator und einer Drosselspule bestehende Schaltung tretrein.
-
An .dien Eingangskleim:men 29 und 30 liegt eine Gleichispannunig,
die z. B. ider Geschwind.iigkei.t deir nachgebildeten Beweigung proportionail ist.
Diese Gleichspannuing -spedist iei-nein Spannungsteiler 3i, der dein Spanniungisteiler
26 entgegengeisichaltet ist. Die zurr Gewinnung der beschleunigungsproportionalen
Spannung dienendie Anordnung 27, 28 ist mit d en SpannungsteMeirn 26 und 3 i dier;art
verbunden, daß die an den Klemmen 32 und 33 vorhandene Spannung edier S:umlmre der
Geschwindigkeitsd iffereinz- und deir Bescihlieuniigungs,spannung proipoiriiomial
isst.
-
An dein Eingangsklemmen 3.4, 35 Neigt eine z. B. dien Wegfehler entspreche.nd!e
Wedhiselspanmwug, die über einen Spannungsteiler 36 ebenfalls ider Ver'sitäirikerschialtung
zugeführt wind.. Die Überlagerung der Wechiselrichite:rausigangs,spannun,g und der
Weigfehle.rspannung hat auf dier Auisiganigsiseite des TTansfoirmiato,rs 23 ieiine
Spannung zur Folge. die proportional isst ,dien Wegfehler zwischen vorgegebener
und nachgebildeter Bewegung, deir Gesichwiindngkeiitsidifferenz zwischen vorgegebener
und nachtgebildeter Bewegung und der Beschleumügung der vorgegebenen Bewegung.
-
Bei den in dien Fiig. i und, 2 gezeigten WechssseilrichtersichaItungein
gehen ,die Eingainigsglieichspannungen nicht in ,ihrer vollen Höhe, isondern :immer
nur rafft einem Anteil in d ,sie Schaltung ein. In der Fig. 3 :eist nun. eiirre
Wechseliriiichterschaltun ig gezeigt, bei .der die vorhandenen Glieichisp.anniunigen,
die z. B. der Geschswiiinidiigkeitsdiffierenz zwischen voirgegebener ;uind nachgebildeter
isoiwie, der Beschleunigungsdifferenz zwischen voirig!egiebener
und
nachgebiildeter Bewegung entsprechen mögen, mit ihrem vollen Betrag in die SchaItungeingehen.
Um dies zu erm6glichen, sind außer den Gl9ichrichtersy stemen i und -a noch zwei
weitere, Gleichrichtersy s:teme 37 und 38 mit den Widerständen 39 und 4o vorgesehen.
Der Transformator 3 weist noch außer den beiden Sekundä.rwicklungen4 und 5 und :diie
weiteren Sekundärwic;hlungen -.i und .2 und der Differentialtransformator io außer
den beziden Primärwicklungen i i und 12 noch die weiteren Primärwicklungen 43 und
44 auf. An den Eingangsll:emme:n 2.i und 23 liegt die Geschivindiglceitsdifferenzpannung
und an den Ein,-an',slcle.mme:n 29 und 30 dieBeschleunigungsd.iffere:nzspannung.
Der Eingangswiderstand des Wechselrichters wird durch den Widerstand der einzelnen
Elemente der Gleichrichtersy steme und des Differentialtransformators bestimmt.
Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Differentialtransform.a.tor ausgangsseitig nicht
belastet ist. Um den Eingangswiderstand sehr hochohmig zu bekommen, können besonders
hochohmige Gleichrichterefemente Verwendung finden. DieSchaffung eines hocholimigen
@vechselrichters ermöglicht -den leis,tun:gs_ armen Anschluß von Tachometermaschinen,
die die Einga.ngsgle@ichspannung liiefern.
-
Die Anwendung des varbeschriebe:nen hocho:hmigen Wechselrichters,
gegebe:nenfal:l@s in V erbändung mit einer Verstärkerschaltung, beschränkt sich
nicht auf die vorerwähnten Steuerungen, sondern kann bei anderen Steuerungen ebenfalls
erfolgen. Die Steilheit des Wechselrichters wird durch das Übersetzungsverhältnis
des Differentialtransfo-rmators einerseits und die Röhrensteilheit andererseits
bestimmt.