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Anordnung zur Erhöhung der Anzeigegenauigkeit bei Gleichstroraf olgezeigern
Es sind zahlreiche Gleichstromfolgezeigersysteme bekannt; die nach dem Spannungsteilerprinzip
arbeiten, bei denen der Geber also als Spannungsteiler ausgebildet ist und von einer
Gleichspannung gespeist wird. Neben Gebern, die als Ringspannungsteiler ausgebildet
sind, sind auch solche bereits bekannt, die auf zwei gegenüberliegenden Abschnitten
des Ringes Kontaktsegmente von beispielsweise go' für zweiphasige Systeme oder i2o'
Breite für dreiphasige Systeme besitzen, zwischen denen im Restbereich der Spannungsteilerwiderstand
ausgelegt ist. An diesem Ring wird in geeigneter Weise über Kontaktarme neben einer
oder mehreren festen Spannungen mindestens eine veränderliche Spannung abgegriffen,
die in dem aus mehreren Spulen aufgebauten Empfängersystem die jeweils erforderliche
Felddrehung hervorruft und dadurch das Einstellglied in die jeweilige Sollage dreht.
Die Empfängerspulen können beispielsweise in Stern oder im Dreieck oder gegebenenfalls
nach Art einer Zweiphasenwicklung geschaltet sein. Im folgenden sind diese gleichstromgespeisten
Spulensysteme einfach als Mehrphasensysteme bezeichnet.
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Bei grob beanspruchten Anlagen, z. B. Ruderlagenzeiger, werden mit
Rücksicht auf die Betriebssicherheit die Spannungen vom Geber zweckmäßig über Kontakte
abgegriffen, die zu Anzapfungen des Spannungsteilerwiderstandes führen. Dementsprechend
wird sich also die Spannung und Einstellung des Empfängers von Stufe zu Stufe sprunghaft
ändern. Von den meisten `Anordnungen dieser Art wird nun verlangt,
daß
die Drehung des Empfängers dem Drehwinkel am Geber von Kontakt zu Kontakt genau
entspricht. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß diese Forderung im allgemeinen
nicht streng eingehalten werden kann. Der Grund hierfür ist darin zu erblicken,
daß der Empfängereinstellwinkel av sich wegen der Eigenart der Parallelschaltung
von Geber-und Empfängerwiderständen nicht proportional mit dem jeweils abgegriffenen
Widerstand Ra des Gebers bzw. dem Geberdrehwinkel a, sondern nach einem Tangenzgesetz
mit Ra ändert. Um trotzdem eine der Geberverstellung genau entsprechende Einstellung
des Empfängers zu erreichen, hat man bereits angegeben, den Geberwiderstand nicht
gleichmäßig, sondern in ungleichmäßige, auf empirischem Wege ermittelte Stufen zu
unterteilen, so daß also der jeweilige Widerstand R, dem jeweiligen Sollwinkel des
Empfängers angepaßt ist. Die ungleichmäßige Unterteilung der Spannungsteilerstufen
bietet also, allerdings nur in besonderen Fällen, eine Möglichkeit, den Empfängerdrehwinkel
aB wieder in lineare Abhängigkeit vom Geberdrehwinkel a zu bringen. Bei Zweiphasensystemen
ist eine vollständige Beseitigung des erwähnten Fehlwinkels für den ganzen
Steuerbereich des Gebers nur möglich, wenn entweder besondere Kompensationswiderstände
oder anderweitige Schaltmaßnahmen vorgesehen werden, die jedoch zusätzliche Übertragungsleitungen
erfordern. Bei Dreispulsysteinen kann durch entsprechende ungleichmäßige Unterteilung
des Geberwiderstandes R die elektrische Fehlerfreiheit der Ernpfängereinstellung
stets erreicht werden.
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Die ungleichmäßige Unterteilung des Geberwiderstandes R macht sich
jedoch bei der Fabrikation erschwerend und verteuernd bemerkbar. Die Widerstandsstufen
müssen alle einzeln abgeglichen werden, und außerdem besteht die Gefahr, daß einzelne
Stufen, die ja äußerlich kaum zu unterscheiden sind, beim Einbau verwechselt werden.
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Die Erfindung betrifft nun eine Verbesserung derartiger Gleichstromfolgezeigersysteme,
die den verwickelten Abgleich und Einbau ungleichmäßig abgestufter Geberspannungsteiler
vermeidet und gleichwohl die gewünschte, praktisch völlig fehlerfreie Einstellung
des Empfängers in jeder Sollage gewährleistet. Erfindungsgemäß wird an Stelle der
umständlichen Kompensation der an den einzelnen Abgriffen vorhandenen Fehler durch
Verstimmung der einzelnen Stufenwiderstände die Gesamtheit sämtlicher Fehler dadurch
in einfachster Weise auf ein Minimum herabgesetzt, daß der Widerstand des Empfängerspulensystems
auf ein ganz bestimmtes, innerhalb eines verhältnismäßig engen Bereichs liegendes
Widerstandsverhältnis zu dem im übrigen linear abgestuften Geberwiderstand gebracht
wird.
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Wie diese Bemessung der Geber- und Empfängerwiderstände nach der Erfindung
im einzelnen vorzunehmen ist, soll an Hand der Figuren im folgenden beispielsweise
an einem dreiphasigen Gleichstromfolgezeigersystem erläutert werden.
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Fig. i a zeigt die Prinzipschaltung und Fig. x b das Schaltschema
eines solchen Gleichstromfolgezeigersystems, bei dem der Geber in bekanhfer Weise
als Spannungsteiler ausgebildet ist, während das Einstellglied des Empfängers dreiphasig
z. B. in Dreieckschaltung mit den Enden und dem Abgriff des Spannungsteilerwiderstandes
verbunden ist. Der Einfachheit halber ist im Ausführungsbeispiel der Erregerteil
als Pennanentmagnet angenommen. Den drei Spulen des Empfängersystems werden also
in wechselnder Folge eine feste und zwei veränderliche Spannungen zugeführt. Das
räumliche Vektorenbild der Feldstärken A W im Empfänger ist in Fig. 2 dargestellt.
Als Resultierende der drei Feldstärken A W, A W,
AW,
die in einem anderen Maßstab auch die Größe der treibenden Spannungen wiedergeben,
ergibt sich der resultierende Vektor AW, dessen Endpunkt bei Drehung des Gebers
um 36o' eiii Sechseck umschreibt. Legt man die aus Fig. 2 ersichtlichen Bezeichnungen
zugrunde und berücksichtigt man, daß stets die Strecke v gleich dem Betrag des Vektors
A W, ist, dann läßt sich mit der vom Winkel a-r abhängigen Veränderlichen
x (vgl. Fig. 2 a) für ac l#c--= i folgende Gleichung ableiten: 2 Rx- (R
+ R_,) RR_, - x
R, - R - = 0,
wobei
mit R der Gesamtwiderstand des Geberspannungsteilers und mit R_v der Widerstand
je einer Empfängerspule bezeichnet ist. Damit ist also die Abhängigkeit des
Geberwiderstandes Ra von x und damit über eine Tangensfunktion auch vom Empfängerwinkel
a-v festgelegt. Die Feldstärke AW, ist für den Gültigkeitsbereich der Gleichung
von o bis iL 30' konstant. Diese Gleichung läßt erkennen, daß bei linearer
Unterteilung von R für ein bestimmtes Verhältnis von Geber- und Empfängerwiderstand
der Fehlwinkel einen kleinsten Wert annimmt. Eingehende Versuche haben ergeben,
daß bei dreiphasigen Systemen in Dreieckschaltung der Fehlwinkel etwa bei einem
Widerstandsverhältnis von
sein Minimum besitzt und bis auf wenige Bogensekunden verschwindet. Für diesen Fall
ändert sich also der Empfängerdrehwinkel al,; angenähert proportional dem jeweils
abgegriffenen Widerstand R..
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In entsprechender Weise läßt sich für Sternschaltung des Empfängers
bei linearer Unterteilung von R zeigen, daß der Fehler praktisch gleich Null wird,
wenn das Widerstandsverhältnis etwa auf ein Drittel des bei Dreieckschaltung angegebenen
Werts bemessen ist.
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Bei richtigem Verhältnis -
ist es also auch bei linearer Unterteilung des Geberwiderstandes R mit drei
Spulensystemen praktisch möglich, den Geberwinkel ohne jeden Fehler auf den Empfänger
zu übertragen. Aus dem Schaubild nach Fig. 3 ist der Verlauf der Fehlerkurve
in Abhängigkeit von dem veränderlichen Widerstandsverhältnis
ersichtlich. Die beiden Kurvenzweige auf der positiven bzw. negativen Seite der
Ordinatenachse gehen aber nicht stetig ineinander über, sondern sie schließen, wie
die vergrößerte Darstellung nach Fig. 4 zeigt, einen Bereich
ein,
in welchem für ein bestimmtes Widerstandsverhältnis 31-' das Fehlerminimum liegt.
Die Schau-R bilder gelten grundsätzlich sowohl für Dreieckschaltung als auch für
Sternschaltung; bei letzterer wäre lediglich ein anderer Abszissenmaßstab zugrunde
zu legen. Beim Anschluß mehrerer Empfänger an einen Geber ist die Gesamtzahl der
parallel geschalteten Empfängerwiderstände ebenfalls dem hier dargestellten Verhältnis
des Empfängerwiderstandes zum Geberwiderstand anzupassen.
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In ganz ähnlicher Weise wie bei einem dreiphasigen System läßt sich
der Erfindungsgedanke auch bei zweiphasigen Systemen verwirklichen, wie sie beispielsweise
in den Fig. 5 und 6 dargestellt sind. Die Anwendung eines zweiphasigen
Systems bedingt allerdings etwas größere Restfehler zwischen av und a, die bei günstigster
Auslegung der Widerstandsstufen im Empfänger etwa -# i' betragen. In Anbetracht
der Einfachheit der zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens erforderlichen Maßnahmen
ist die Erfindung gleichwohl auch hier mit Vorteil zu benutzen. Außerdem macht sich
gerade bei zweiphasigen Systemen nach der Erfindung gegenüber bisher bekannten Anordnungen
der Vorteil bemerkbar, daß die Leistungsaufnahine des Gebers unter Annahme gleicher
Leistungsabgabe am Empfänger verhältnismäßig sehr gering ist. Gemäß der Erfindung
liegt für zweiphasige Systeme mit Kompensationswicklungen nach Fig. 5
der
günstigste Wert des Widerstandsverhältnisses etwa bei 0,55
für Systeme nach Fig. 6
etwa bei (R # gesamter Spannungsteilerwiderstand).
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Die Erfindung bringt also für Gleichstromfolgezeigersysteme, die nach
dem Spannungsteilerprinzip arbeiten, wesentliche Vorteile mit sich. Es ist z. B.
vielfach erwünscht, am Geber eine sehr fein unterteilte Einstellmöglichkeit oder
gar eine stetige Verstellbarkeit statt einer Reihe von mehr oder weniger grob unterteilten
Kontaktstufen vorzusehen. Da man bisher aber zur Beseitigung des elektrischen Fehlwinkels
am Empfänger den Spannungsteilerwiderstand des Gebers in ungleichmäßige Stufen unterteilen
mußte, so war damit eine stetige Einstellung des Empfängers von vornherein ausgeschlossen.
Gemäß der Erfindung kann dagegen der Spannungsteilerwiderstand des Gebers fortlaufend
gewickelt werden, so daß also mittels eines Schiebekontaktes der Geber ohne weiteres
stetig einstellbar ist. Soll, wie es für stark beanspruchte Steuerungen erwünscht
ist, die Unterteilung in einzelne Kontaktstufen beibehalten werden so wird durch
die Erfindung die 'Herstellung des Spannungsteilerwiderstandes, wie schon eingangs
erwähnt, weitgehend vereinfacht, da lediglich in genau gleichen Abständen bzw. nach
einer jeweils gleichen Anzahl von Windungen Anzapfungen zu den entsprechenden Kontakten
geführt werden. Durch den Wegfall einer Eichung wird die Herstellung wesentlich
verbilligt. Die Erfindung gibt also einerseits überhaupt erst die Möglichkeit, eine
stetige Einstellung des Gebers bei praktisch völliger Beseitigung des elektrischen
Fehlwinkels am Empfänger zu verwirklichen, und andererseits trägt sie zu einer wesentlichen
Vereinfachung des Herstellungsverfahrens bei.