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Einrichtung zur phasenempfindlichen Differentiation einer veränderlichen
Wechselspannung In der Praxis tritt häufig die Forderung auf, den Effektivwert einer
veränderlichen Wechselspannung zu differenzieren. Wenn beispielsweise irgendwelche
Steuerwerte fernübertragen werden sollen, geht man so vor, daß diese Steuerwerte
in einen Wechselstrom umgewandelt -werden, dessen Amplitude durch entsprechende
Betätigung z. B. eines Potentiometers dem jeweils zu übertragenen Steuerwert entspricht.
Beim Durchgang des Steuerwertes durch Null dreht sich außerdem die Phase ,der Wechselspannung
um i8o°, so daß auf diese Weise auch eine richtungsempfindliche Übertragung gewährleistet
ist. Wird nun an der Empfangsstelle auch er Differentialquotient der Stellungswerte
benötigt, so bedeutet das, daß der Effektivwert der ankommenden veränderlichen Wechselspannung
differenziert werden muß.
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Es ist an sich schon bekannt, einen Wechselstrom zu :differenzieren.
Mit den bisher üblichen Mitteln ist es jedoch nur möglich, den Anstieg der einzelnen
Perioden, aber nicht den Effektivwert der Wechselspannung zu differenzieren, wie
es im vorliegenden Fall notwendig ist. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,
daß zur Differentiation des Effektivwertes. die Wechselspannung einer Gleichrichterschaltung
zugeführt ist, in deren Ausgängen die gleichgerichtete Spannung differenzierende
Mittel, z. B. Kondensatoren, angeordnet sind. Da
es sich hierbei
um eine phasenempfindliche Gleichrichterschaltung handeln muß, wird diese zweckmäßig
so ausgebildet, daß dieveränderliche Wechselspannung mit einer unveränderlichen
Hilfsspannung gleicher Frequenz verglichen wind.
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Ein Ausführungsbeispiel zur Verwirklichung der Erfindung ist in Fig.
i dargestellt. Von einem nicht gezeichneten Gerät, das die zu übertragenden Stellungswerte
liefert, wird ein Potentiometer i eingestellt. Dieses besteht aus einem Kontaktarm
2 und einem Widerstand 3, dessen beide Enden an eine Wechselstromquelle angeschlossen
sind. Über Leitungen d. und 5 liefert das in Brückenschaltung mit Mittelanzapfung
geschaltete. Potentiometer einen Wechselstrom, dessen Phase und Amplitude von der
Richtung und Größe der Verschiebung des Kontaktarmes 2 abhängt. Diese Spannung wird
durch einen Übertrager 6 den beiden Zweigen einer Gleichrichterbrücke gleichphasig
zugeführt. Außerdem wird durch einen Übertrager 7 in den beiden Gleichrichterzweigen
eine gleich große, aber in bezug auf die Durchlaßrichtung der Gleichrichter gegenphasige
Hilfsspannung indiziert. Diese Hilfsspannung ist unveränderlich und besitzt gleiche
Frequenz wie die vom Potentiometer gelieferte veränderliche Wechselspannung, weshalb
sie zweckmäßig derselben Stromquelle entnommen wird, die auch den Potentiometerstand
3 speist. Hierdurch wird in einem Zweig die Summe und in dem anderen Zweig die Differenz
beider Ströme gleichgerichtet, und man erhält am Ausgang der Brücke über die Widerstände
R1, R2 eine Gleichspannung, die gleich der Differenz der gleichgerichteten Ströme
dieser Kreise ist. Diese ist proportional der veränderlichen Wechselspannung und
wird mit Hilfe von Kondensatoren 8 und 9 differenziert, womit jetzt tatsächlich
eine Differentiation des Effektivwertes der veränderlichen Wechselspannung durchgeführt
ist. An Stelle der hier benutzten Gleichrichterschaltung ist jede andere phasenempfindliche
Gleichrichterschaltung, z. B. ein Ringmodulator, in gleicher Weise anwendbar.
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Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit der praktischen Verwendung der oben
beschriebenen Einrichtung, und zwar in einer selbsttätigen Kurssteuerung für Flugzeuge,
bei welcher die Größe eines Wechselstromes, also dessen Effektivwert zur Steuerung
benutzt. wird. Mit io ist ein Präzessionskreisel bezeichnet, der die Drehgeschwindigkeit
des Flugzeugs um die Hochachse, also- die Winkelgeschwindigkeit der Kursabweichung
mißt. Dieser Kreisel besitzt eine normalerweise waagerechte Umlaufachse und eine
senkrecht zur Hochachse des Flugzeugs gerichtete Präzessionsachse i i, welche einen
(Präzession) Wechselstrominduktionsabgriff betätigt. Zu diesem Zweck wird von der
Präzessionsachse-ii ein Anker 12 gegenüber einem feststehenden Kern 13 verstellt.
Der dreischenkelige Kern 13 trägt zwei Wicklungen, deren eine auf dem Mittelschenkel
angeordnet ist und von einer Wechselstromquelle gespeist wird, während die andere
Wicklung als unterteilte Wicklung auf .den beiden Außenschenkeln angeordnet ist,
und zwar derart, daß in den beiden -Teilwicklungen gegeneinandergerichtete elektromotorische
Kräfte induziert werden. An der letztgenannten Wicklung wird eine dem jeweiligen
Ausschlag des Präzessionskreisels io entsprechende Wechselspannung entnommen. Der
Kreisel io ist mit Federn 14 in der üblichen Weise an die dargestellte Nullage gefesselt.
Bei Drehung des Flugzeugs um die Hochachse präzediert daher der Kreisel entsprechend
der Größe und Geschwindigkeit dieser Drehung im einen oder anderen Sinne und ruft
durch die Drehung des Ankers 12 eine LuftspaItänderung hervor, so daß in der induzierten
Wicklung ein:Differenzstrom entsteht. Beim Durchgang des Ankers durch die Nullstellung
erfolgt ein Phasenumschlag von i-8o°.
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Diese veränderliche Wechselspannung wird sowohl unmittelbar über den
Transformator ig als auch nach Integration einem Mischverstärker zugeführt. Die
Integration erfolgt durch einen Induktionsmotor 15, dem die der einen Wicklung des
Kernes 13 abgenommene veränderliche Spannung zugeführt wird und der daher eine der
Drehgeschwindigkeit des Flugzeugs um die Hochachse verhältige Drehzahl annimmt.
Der Integrationsmotor verstellt einen Kontaktarm 16, der zusammen mit einem wechselstromgespeisten
Widerstand 17 ein Potentiometer bildet. Dieses Potentiometer liefert dann eine Spannung,
die dem Winkel der Kursabweichung verhältig ist. Diese Anordnung ersetzt somit die
sonst übliche Verwendung eines Kurskreisels, der den Winkel der Kursabweichung unmittelbar
liefert.
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Wie schon gesagt, werden die der Drehgeschwindigkeit und die dem Winkel
-der Kursabweichung verhältigen Spannungen einem Mischverstärker 18 über einen Steuertransformator
i9 zugeleitet. Dieser besitzt zwei Sekundärwicklungen 20 und 21, welche die zur
Steuerung zweier Elektronenröhren 22 und 23 dienenden Gitterspannungen liefert.
Die Elektronenröhren sind in der Weise geschaltet, daß die Durchlaßrichtung der
einen Röhre derjenigen der anderen Röhre entgegengesetzt ist. Zu diesem Zweck ist
die Anode der einen Röhre und die Kathode der anderen Röhre gleichzeitig mit dem
gleichen Phasenende der .Sekundärwicklung eines Transformators 24 verbunden, dessen
Sekundärwicklung 25 an- einer Wechselstromquelle liegt. Die Sekundärwicklung besteht
aus zwei gleich großen Teilen 26 und 27, deren nicht an den Röhren 22 und 23 liegenden
Phasenenden an einen Rudermotor 28 angeschlossen sind. Der Motor 28 stellt gegebenenfalls
über ein Getriebe ein Kursruder 29 entsprechend dem Winkel und der Drehgeschwindigkeit
der Kursabweichung ein.
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Soll diese Steuerung nun mit einer Ruderlaufgeschwindigkeitszuordnung
betrieben werden, ist es erforderlich, auch noch die Beschleunigung der Abweichung
vom- Kurs zu berücksichtigen. Diese Beschleunigung 'kann durch ,Differentiation
der vom Induktionsabgriff 12, 13 gelieferten Wechselspannung erhalten. Werden, indem
diese Spannung einer Gleichrichterschaltung gemäß Fig. i zugeführt und die differenzierte
Gleichspannung unmittelbar auf
die Gitter der Röhre 22 und 23 des
Mischverstärkers 18 gegeben wird. Dies ist in Fig. 2 ebenfalls dargestellt, wobei
die einzelnen Teile der Gleichrichterschaltung die gleichen Bezugszeichen wie auch
in Fig. i erhalten haben. Es ist ersichtlich, daß die drei Steuerwerte nach Verstärkung
in dem Mischverstärker 18 den Rudermotor in der Weise antreiben, daß von ihm das
Kursruder entsprechend den Steuerwerten eingestellt wird. Verwendet man für den
Mischverstärker einen reinen Wechselstromverstärker, so ist natürlich der durch
einen Gleichstrom--,vert ausgedrückte Differentialquotient, der in der Frequenz
größenordnungsmäßig tiefer als die eigentliche Grundfrequenz liegt und nur gering
verstärkt werden würde, zunächst mit bekannten Mitteln, z. B. mit einer gleichstromvormagnetisierten
Drossel durch Modulation in einen Wechselstromimpuls entsprechender Amplitude und
Phasenlage umzuwandeln.
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An Stelle der im Beispiel angenommenen selbsttätigen Kurssteuerung
kann selbstverständlich durch entsprechende Aufschaltung des Wendezeigerkreisels
io auch eine ruderlaufgeschwindigkeitsmäßige Einstellung des Höhen- oder Querruders
eines Flugzeugs erfolgen.