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Anordnung zur elektrischen Fernübertragung von Winkelstellungen, insbesondere
über große Entfernungen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrischen Fernübertragung
von Winkelstellungen mit Hilfe von Drehwandlersystemen, die eine vom Stellungsunterschied
zwischen Geber und Empfänger nach Größe und. Richtung des Amplitudenwertes abhängige
Regelwechselspannung liefern. Solche übertragungssysterne sind an sich bekannt.
Dabei ist meist geberseitig ein einphasig aus dem Netz gespeister Drehwandler angeordnet,
dessen mehrphasig gewickelte Sekundärwicklung auf die gleichartige Primärwicklung
eines zweiten, mit dem Empfänger gekuppelten Drehwandlers geschaltet ist. Die Sekundärwicklung
des letzteren liefert .die gewünschte einphasige Regelwechselspannung, mit der der
Verstellantrieb meist über einen Steuerverstärker gesteuert wird. Es sind auch andere
Drehwandlerübertragungssysteme bekannt, die nach dem sogenanuten Phasenverfahren
arbeiten. Hierbei sind die beiden Drehwandler auf der Geber-und Empfängerseite etwa
an das gleiche Netz dreiphasig angeschlossen, und die sekundärseitig erzeugten,
in ihrer relativen Phasenlage vom Unterschied zwischen Geber- und Empfängerstellung
abhängigen Spannungen werden durch ein Phasenvergleichsgerät
miteinander
verglichen, _ welches seinerseits den Steuerverstärker und damit den Verstellantrieb
beeinflußt.
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Die erstgenannten, nach dem sogenannten Amplitudenverfahren arbeitenden
Systeme sind u. a. im Hinblick auf den einfachen Aufbau des Steuerverstärkers und
dessen direkte Beeinflussung durch die im Drehwandlersystem erzeugte Regelspannung
besonders häufig bei allen möglichen Übertragungseinrichtungen benutzt worden, -bei
denen über verhältnismäßig kurze Entfernungen Winkelwerte mit hoher Genauigkeit
zu übertragen sind und die zu diesem Zweck meist mit zwei einander ergänzenden Übertragungssystemen
in sogenannter Grob- und Feinregelanordnung ausgerüstet sind. Es. hat sich bei den
.mit solchen Steuerungen ausgerüsteten Gerätere nun ergeben, daß in Einzelfällen
wahlweise auch Winkelübertragungen über größere Entfernungen durchgeführt werden
müssen, und zwar mit dem gleichen Gebergerät. entweder zeitlich abwechselnd, indem
je nach Bedarf mehr oder weniger weit entfernte Empfangsanlagen angeschlossen werden,
oder aber in der Form, daß an das gleiche Gebergerät mehrere Empfangsanlagen simultan
angeschlossen sind, -von denen eieiige nur wenig, andere sehr weit vom Gebergerät
entfernt aufgestellt werden müssen.
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Im Hinblick auf die einheitliche Fertigung sowie auf die Ersatzteilhaltung
und. die Bedienung der Geräte erscheint es,dabei unzweckmäßig, für kleine bzw. große
Übertragungsentfernungen grundsätzlich verschiedene Übertragungssysteme an die Geräte
anzubauen. Es stellte sich vielmehr die Aufgabe, nach Möglichkeit die vorhandenen,
nach dem Amplitudenverfahren arbeitenden Übertragungsgeräte auch für die Übertragung
auf weite Entfernungen einzusetzen.
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Diese Aufgabe wird zunächst dadurch erschwert, daß beim Amplitudenverfahren
außer der übertragung der Vergleichswechselspannung drei in ihrem Amplitudenverhältnis
mit dem übertr2gungswinkel veränderliche Teilwechselspannungen zum Empfänger übertragen
werden müssen, bei kombinierter Grob- und Feinübertragung also sechs Teilspannungen
zuzüglich der Vergleichsspannung. Bei der meist erforderlichen Grob- und Feinübertragung
ergibt sich damit ein Bedarf von acht Übertragungsleitungen, deren Zahl allenfalls
auf sechs herabgedrückt werden kann. Dazu kommt, .daß bei der Übertragung auf größere
Entfernungen jedes Amplitudenverfahren sowieso einen größeren Unsicherheitsfaktor
besitzt. Auch eine Leitungsersparnis durch Anwendung des Trägerfrequenzverfahrens
findet ihre Grenzen darin, daß zu!: übertragung der verschiedenen Teilspannungen
entsprechend viele Trägerfrequenzen eingesetzt werden müssen. Der hierfür erforderliche
Aufwand an Modulatoren bzw. Siebmitteln überschreitet sehr bald die wirtschaftlich
tragbaren Grenzen, vor allem wenn, es sich für Geräte mit Masseneinsatzhandeln soll.
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Die Erfindung zeigt einen Weg zur Lösung der gestellten Aufgabe, der
mit einer verringerten Anzahl von Übertragungsleitungen auskommt und auch keine
Einrichtungen zur Trägerfrequenzübermittlang notwendig macht. Der Grundgedanke der
Erfindung besteht darin, daB empfängerseitig der Steuerverstärker durch eine Regelwechselspannung
beaufschlagt wird, die genau so erzeugt ist wie bei normalen, nachdem Amplitudenverfahren
arbeitenden Übertragungssystemen, daß jedoch gleichwohl auf der eigentlichen Übertragungsstrecke
nicht nach dem Amplitudenverfahren, sondern nach dem Phasenverfahren gearbeitet
wird. Dämit ergibt sich der Vorteil, daß auf ,der zu überbrückenden Entfernung statt
jeweils dreier in veränderlichem Amplitudenverhältnis stehender Teilwechselspannungen
zuzüglich einer Vergleichsspannung nur eine in ihrer Phasenlage veränderliche Spannung
zuzüglich der Vergleichswechselspannung zu übertragen ist. Geberseitig kann dabei
diese phasenveränderliche Wechselspannung entweder unmittelbar durch einen dreiphasig
erregten, mit der Geberwelle gekuppelten Drehwandler erzeugt werden; es ist aber
auch möglich, diese Spannung .mittelbar unter Verwendung eines nach dem Amplitudenverfahren
arbeitenden Gebersystems herzustellen; die .drei im Geberdrehwandler erzeugten,
gleichphasigen, in ihrem gegenseitigen Amplitudenverhältnis vom Geberwinkel abhängigen
Wechselspannungen, werden dann vor der Übertragung durch eine Hilfsschaltung in
eine .einzige Wechselspannung fester Amplitude umgewandelt, deren Phasenlage dem
zu übertragenden Geberwinkel proportional ist. Eine solche Hilfsschaltung kann in
einfacher Weise derart aufgebaut werden, daß -die drei Spannungen mit veränderlichem
Amplitadenverhältnis vorzugsweise unter Zwischenschaltung vorn Übertragern gegenseitig
in Reihe .geschaltet werden und zwar über feste phasendrehende Anordnungen für mindestens
zwei der genannten Teilspannungen. Diese phasendrehenden Anordnungen sind so bemessen,
daß die drei effektiv in@Rieihe geschalteten, abgeleiteten Teilspannungen gegenseitig
um je i2o° in der Phase verschoben sind. Wie leicht nachzuweisen ist, erhält dadurch
die resultierende Summenspannung einen festen Amplitudenbetrag, .der gleich der
3 -fachen Amplitude der ursprünglichen Teil-2 spannungen ist, und eine mit dem gegenseitigen
Amplitudenverhältnis der drei zugeführten Teilspannungen veränderliche Phasenlage;
die ihrem Betrage nach jeweils genau dem. Geberwinkel entspricht, um welchen: der
nach dem Amplitudenverfahren arbeitende Drehwandler verdreht worden ist.
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Die genannte mittelbare Erzeugung der phasenveränderlichen Übertragungsspannung
auf der Geberseite wird bei Geräten der in Rede stehenden Art sogar d ie Regel sein,
da dann an den nach dem Amplitudenverfahren arbeitenden Geber in Parallelschaltung
ohne weiteres ein oder mehrere andere Empfänger angeschlossen werden können, die
beispielsweise über kürzere Entfernungen nur nach dem Amplitudenverfahren ferngesteuert
werden. Für den oder die Empfänger, deren Steuerung über
größere
Entfernungen zu erfolgen hat, braucht lediglich in den Zug der Übertragungsleitung
auf der Geber- und auf der Empfängerseite das Zusatzgerät eingeschaltet zu werden,
welches drei amplitudenveränderliche Teilspannungen in eine phasenveränderliche
Spannung umwandelt bz:w. umgekehrt.
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Die Erfindung sei nachstehend an Hand des in der Zeichnung schematisch
angedeuteten Ausführungsbeispiels erläutert. Die Schaltung ist der Übersichtlichkeit
halber einpolig dargestellt. Es ist eine Anlage angenommen, die mit Grob- und Feinregelung
bei der Übertragung arbeitet. Mit dem Geber sind zwei Drehwandler gekuppelt, von
denen der eine, 2, zur Grobübertragung, der andere, 3., zur Feinübertragung des
jeweiligen Geberwinkels dienen soll. Beide Geber sind einphasig an ein Wechselstromnetz,
i angeschlossen, deissen Spannung über eine Leitung io als Vergleichsspannung auch
zum Empfänger übertragen wird. Beiläufig sei hierzuvermerkt, daß diegesondertetbcrtragung
dieser Vergleichsspannung unter Umständen erspart werden kann. Die Hilfsmittel zur
Gewinnung einer Vergleichsspannung auf der Empfangsseite ohne deren direkte Übertragung
vom Geber sind bereits. an anderer Stelle vorgeschlagen worden und können auch beim
Erfindungsgegenstand ohne weiteres Verwendung finden. Die beiden Geberdrehwandler
2 und 3 arbeiten nach dem Amplitudenverfahren, d. h. sie liefern jeweils ein System
von drei phasengleichen Wechselspannungen, deren gegenseitiges Amplitudenverhältnis
eindeutig von der jeweiligen Einstellung des Drehwandlerläufers, d. b. der Geberwelle
abhängt.
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Auf ,der Empfängerseite entspricht den beiden Geberdrehwandlern 2
und 3 das Empfän.gerdrehwandlersystem 8 und 9 für Grob- und Feinübertragung. Werden
die in den Geberdrehwandlern erzeugten. arnplitudenveränderlichenTeilspannungen
den Empfängerdrehwandlern 8 und 9 zugeführt, so liefern diese in bekannter Weise
je eine einphasige Regelwechselspannung, deren Amplitude nach Größe und Richtung
eindeutig vom Stellungsunterschied zwischen Geber- und Empfängerdrehwandler abhängt.
Diese Spannung wird dem Steuerverstärker 14 zugeführt und dort hinsichtlich ihrer
Richtung (Gleichphasigkeit oder Gegenphasigkeit) mit der vom Geber her übertragenen
Vergleichsspannun:g verglichen. Der Steuerverstärker beeinflußt gegebenenfalls über
einen Endverstärker 15 den Verstellmotor 16 für .den Verstellgegenstand 17, der
seinerseits mit den E,mpfängerdrehwandlern 8 und 9r gekuppelt ist. Das bisher beschriebene
Empfangssystem ist bekannt und soll bei ,dem betreffenden Gerät bei der Übertragung
für kleine Entfernungen beispielsweise in der Weise angewendet werden, daß der Ausgang
der Geberdrehwandler 2 und -3 unmittelbar auf den Eingang der Empfängerdrehwandler
8 und 9 geschaltet wird. Soll aber mit den gleichen. Geräten eine übertragung auf
größere Entfernungen durchgeführt werden, so wird erfindungsgemäß für die eigentliche
Übertragungsstrecke eine zusätzliche Umwandlung vorgesehen. Diese erfolgt geberseitig
mit Hilfe der Umwandlungsschaltungen 4 für den Grobregelteil und 5 für den Feinregelteil
der Gesamtanordnung, und wird empfangsseitig wieder rückgängig gemacht durch den
Wandler 6 für die Grobschaltung und den Wandler 7 für die Feinschaltung.
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Der innere Aufbau dieser in Fig. i nur angedeuteten Umwandlungsvorrichtungen
ist in Fig. i a für den Grobwandler 4 auf der Geberseite und in Fig. i b für den
Grobwandler 6 auf der Empfängerseitedargestellt. Die drei amplitudenveränderlichen
Ausgangsspannungen des Drehwandlers 2 auf der Geberseite werden beispielsweise drei
Übertragern 44 42, 43 zugeführt. Die Sekundärspannungen dieser Übertrager werden
unter Zwischenschaltung von mindestene zwei festen, phasendrehenden Schaltungen
gegenseitig in Reihe geschaltet. Die beiden phasendrehenden Anordnungen 44 und 45
sind so bemessen, daß die Ausgangsspannung des Wandlers 42 .gegenüber derjenigen
des Wandlers 41 um, i2o° voreilend, diejenige des Wandlers 43 gegenüber derjenigen
des Wandlers 41. um i2o° nacheilend in der Phase verdreht wird. Eine genaue Betrachtung
der hierdurch geschaffenen Verhältnisse ergibt, daß die auf der Übertragungsleitung
i i hierdurch entstehende Summenspannung eine vom gegenseitigen Amplitudenverhältnis
der .dem Wandler 4 zugeführten Teilspannungen unabhängige Amplitude besitzt, die
i,5mal so groß ist wie ,die Maximalamplitude jeder der drei zugeführten Teilwechselspannungen
(Übersetzungsverhältnis i : i in den Wandlern 41 bis 43 vorausgesetzt). Dagegen
besitzt .diese Spannung eine Phasenlage, die mit dem Amplitudenverhältnis der drei
zugeführten Teilspannungen veränderlich ist, und zwar derart, daß der Phasenwinkel
dieser Spannung, bezogen auf die Spannung des speisenden Netzes i, genau gleich
dem jeweils eingestellten Geberwinkel am Geberdrehwandler 2 ist.
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Diese über die Leitung ii übertragene phasenveränderliche Spannung
wird gemäß Fig. i b auf der Empfängerseite beispielsweise einem Wandler zugeführt,
der im wesentlichen aus einem doppelt gespeisten Asynchronmotör 62 und einem damit
gekuppelten Phasenschieber 63 besteht. Der Asynchronnotor Q6,2 muß mindestens in
einer seiner beiden Wicklungen dreiphasig beaufschlagt werden. Zu diesem Zweck wird
die übertragungsspannung i i und/oder die gleichfalls zugeführte Vergleichsspannung
,der Leitung io (vgl. auch Fig. i) mit Hilfe bekannter Phasenspalterschaltungen
13 b,zw. 61, in ein Drehstromsystem umgewandelt. Wenn nur in einer der beiden Wicklungen
des Asnychronmotors.62 ein Drehfeld erzeugt werden soll, wird zweckmäßig die Vergleichsspannung
io hierfür gewählt. Auf diese Weise genügt ein einziger P'hasenspalter sowohl für
die Grobübertragung als auch für die Feinübertragung, da auch der gleichartige Asynchronmotor
für die Umwandlun.gsschalt,ung 7 an die Vergleichsspannung der Leitung ioi angeschlossen
werden. muß. Der Asynchronmotor 62 vergleicht die Phasenlage der beiden zugeführten
Spannungen der Leitungen io und i i und stellt sich
mit seinem Läufer
in eine entsprechende Winkellage ein. Er nimmt dabei den Läufer des Phasenschiebers
631 mit. Dieser wird in Abhängigkeit von der Spannung des Gebernetzes i über
die Leitung io einphasig erregt und erzeugt infolgedessen in seiner dreiphasigen
Sekundärwicklung und den zum Empfängerdrehwandler 8 (Fig. i) führenden Leitungen
64 drei phasenfeste Wechselspannungen, deren gegenseitige Amplitwdenverhältnisse
genau so vom Geberdrehwinkel abhängen wie bei den Ausgangsspannungen des iGrobidrehwandlers
2 selbst. Dies bedeutet, daß der Grobdrehwandler 2 und der Grobdrehwandler &
auf der Geber- und! Empfängerseite und ebenso der Feindrehwandler 3 und der Feindrehwandler
9 auf Geber- und Empfängerseite ungeachtet der für .die Übertragung zwischengeschalteten,
nach dem Phasenverfahren arbeitenden Einrichtung genau so zusammenarbeiten, als
seien sie unmittelbar aufeinandergeschaltet.
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Selbstverständlich kann in Einzelfällen von der Erfindung auch in
der Weise Gebrauch gemacht werden, daß bei unveränderter Verwendung der Empfängerseite
gemäß Fig. i auf der Geberseite an Stelle von nach dem Amplitudenverfähren arbeitenden
Geberdrehwandlern mit nachgeschalteten Umwandlungsvo.rrichtungen q. bzw. 5 einfache
Phasenschieber vorgesehen sind, welche die auf der Leitung i i bzw. 12 benötigte
Übertragungsspannung reit veränderlicher Phasenlage unmittelbar in Abhängigkeit
von der Drehung der Geberwelle erzeugen. Beispielsweise kann diese vereinfachte
Geberanordnung durch einen dreiphasig erregten Drehwandler, jeweils für Grob- und
Feinübertragung getrennt, gegeben sein, der mit der Geberwelle gekuppelt wird: Die
Erfindung erlaubt somit eine vielseitige Verwendungsmöglichkeit für an sich -vorhandene
Geräte mit Fernübertragung nach dem Amplitudenverfahren zu schaffen, wobei besonders.
bei übertragungen über größere Entfernungen sich der Vorteil großer Leitungserisparns
geltend - macht. Irgendwelche Änderungen und Umbauten an den für normale Übertragungen
gebet- und empfängerseitig vorgesehenen Geräten sind' nicht erförderlich, vielmehr
werden lediglich auf der Geber- und Empfängerseite Zusatzgeräte in den Zug der übertragungsleitung
eingeschaltet, welche die Arbeitsweise ,der nach dem Amplitudenverfahren arbeitenden
normalen Übertragung in keiner Weise berühren.
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Der Erfindungsgedanke kann im übrigen in seiner technischen Ausführung
abgewandelt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist
es möglich (vgl. Fig: i b) als Antrieb für die Umwandlungsvorrichtung 6, bzw. 7
an Stelle eines doppelgespeisten Asynchronmotors 62 ein Differentialgetriebe vorzusehen,
dessen Ausgangswelle mit dem Drehwandler 63 gekuppelt ist und das seinen Antrieb
durch zwei gegenläufige Synchronmotoren erhält, von.denexi der eine an den Phasenspalter
i3- und der andere an den Phasenspalter 61 angeschlossen ist. Wegen der Gegenläufigkeit
der beiden Motoren steht die Welle des Drehwandlers 63 still, solange die Phasenlage
der Spannung auf der Leitung i i sich nicht ändert gegenüber der Phasenlage der
Vergleichsspannung auf der Leitung io. Jede durch eine Drehung der Geberwelle herbeigeführte
Änderung dieser relativen Phasenlage führt jedoch zu einer zeitweiligen Beschleunigung
oder Verzögerung eines der beiden Synchronmotoren und damit zu einer entsprechenden
Verdrehung des Drehwandlers 62. Im übrigen ist die Arbeitsweise genau die gleiche
wie bei der Anordnung der Fig. i b und i.