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Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Leistung, die abhängig
ist von der Differenz eines einzustellenden Wertes und eines eingestellten Wertes
Die Erfindung betrifft die Erzeugung einer elektrischen Leistung, die abhängig ist
von der Differen:z eines einzustellenden Wertes und eines eingestellten Wertes.
Es liegt oft die, Aufgabe vor, einen Meßwert mit einem Sollwert zu vergleichen,
z. B. wenn eine Spannung servomotorisch geregelt wenden soll. In einem ,derartigen.
Fall wäre es das zweckmäßigste, wenn man eine Spannung erhielte, die gleich der
Differenz zwischen dem vorhandenen Meßwert der Spannung und denn tatsächlichen Sollwert,
die dem Servomotor zugeführt wird, erhält. Eine derartige Spannungsdifferenz läßt
sich erzielen, wenn eine konstante Vergleich,sspannung zur Verfügung steht, was
jedoch im allgemeinen nicht der Fall ist. Die ,meisten Spannungsregler arbeiten
daher derart, daß die Spannung in einem Drehanker ein Drehmoment erzeugt, das beim
Sollwert der Spannung gerade durch ein Federmoment kompensiert wind. Die Feder wirkt
also als Vergleichsbasis. Ist also infolge zu hoher Spannung das Drehmomentgrößer
als, das Federmoment, so. wird hierdurch die Verdrehung eines Regelorgans betätigt,
das dem Servomotor die Steuerspannung zuführt. Der Servomotor regelt so lange, bis
die Netzspannung wieder ihren Sollwert hat. Nachteilig ist dabei, daß für die Betätigung
des Regelorg ans, das
ja Reibung besitzt, nur ein sehr kleiner Drehmometiteüberschuß
zur Verfügung steht, weil der größte Teil des Moments v n der Feder- verbraucht
wird.
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Auch für Steuerzwecke wird vielfach eine elektrische Leistung benötigt,
wenn z. B. von einem empfindlichen, Meßgerät ein. Abgriff vorgenommen wird, um irgendeine
Steuerung zu betätigen. Bei einer bekannten Anordnung ist mit dem Meßgerät ein elektrisches
Potentiometer verbunden, das an eine Spannung gelegt wird. Je nach dem Ausschlag
des Meßg erätes kann arm Potentiometer eine veränderliche Spannung abgegriffen.
werden:, d.ie für Steuerawecke benutzt werden. kann. Hierbei wirkt die Reibung des
Pötentiometers als nachteilig, da sie vom Meß@gerät überwunden werden muß, so d.aß
sich hierdurch Meßfehler ergeben. Da, das Pbtentiometer aus Drahtwindungen besteht,
ist die Veränderting der Spannung nicht vollkommen stetig, sondern besitzt kleine
Sprünge, die der Windungsspannung entsprechen.
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Die Nachteile obiger Anordnungen werden durch dieErfindung dadurch
vermieden, daß zweiMagnetgruppen: zur Anwendung kommen, wobei jede Gruppe aus zwei
magnetischen Kreisen mit zwei. Wechselstromspulen besteht und die Magnetisierung
der einen Gruppe vom einzustellenden Wert und die Magnetisierung der anderen Gruppe
vorn eingestellten Wert abhängig ist. Die Erzeugung ,der Leistung kann sowohl durch
ruhende als auch durch bewcgliche Mittel erfolgen. Soll z. B. die Aufgabe gelöst
werden, eine von der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert abhängige Spannung
bzw. Leistung zu erzeugen, die für Regelzwecke und auch für die-.Meßstrecke benutzbar
ist, so ist es zweckmäßig, die! beiden magnetischen Kreise` .der einen Magnetgruppe
von einem pertnanenten Magnet und die magnetischen Kreise von der anderen Gruppe
von der Netzspannung zu erregen. Soll dagegen in: Abhängigkeit von einem Meßgerät
eine Steuerung betätigt werden, so bedient rnan sich zweclcmäßigerweise beweglicher
Mittel, und zwar -ist mit :dem Meß,gerät eine gekurvte Scheibe verbunden, die sich
im Luftspalt des einen Magnetsystems bewegt., so daß hierdurch Induktiv itätsäntderurig
en hervorgerufen werden. In- dem anderen Magnetsystem bewegt sich ebenfalls eine
gekurvte Scheibe, die von: dem gesteuerten Organ angetrieben wird.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der erfindung:sge:mäßen Anordnung,
und zwar,dieAbb. i bis 6 Anlagen, bei denen dieErzeugung derLeistung mittQls ruhender
Mittel erfolgt, und die Abb. 7 bis 13 Anordnungen, bei denen die Erzeugung der Leistung-:
mittels beweglicher Mittel erfolgt.
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In, der Abb. i bedeuten! 1, 2 unfd 3 Uie drei Schenkel des einen und
4,5 und, 6,die Schenkel eines zweiten Magnetsystems. Bei dem ersten Magnetsystem
ist beispielsweise der Schenkel 2 aus einem permanenten Magnet hergestellt, der
die Schenkel i und 3 in: Richtung der ausgezogenen Pfeile vormagnetisiert. Auf den:
Schenkeln i und 3 s,itzen die Wicklungen 7 und 8 und auf ,dien Schenkeln 4 und 6
die Wicklungen 9 und io, Die Wicklungen sind gemäß Abb. i geschaltet und wenden
von einer Wechselspannung von R und S :aus gespeist. Die Schenkel 4 und 6 besitzen
eine Vormagnetisierung (und arbeiten in dem nichtlinearen Teil der Kennlinie), die
ebenfalls durch die ausgezogenen Pfeile gekennzeichnet sind, welche durch die Spule
i i erfolgt, wobei diese Spule i i von den Klemmen 12 und 13 eines Gleichstromnetzes
.über einem Widerstand 14 gespeist wind. Der Widerstand 14 wird so eingestellt,
idaßbeim Sollwert der Gleichispannung 4 ! die Magnetisierungen in den Schenkeln:
i und 3 und in den Schenkeln 4 und 6 genau gleich groß sind. Da jetzt im linken
unid .im rechten Magnetsystem Symmetrie herrscht, wird :an den Klemmen U und TT
kein Spannungsunterschied: vorhanden sein. Sollte jedoch beispielsweise die Klemmenspannung
der Maschine 15 zu hoch sein, so sind beide magnetische Kreise nicht mehr gleichwertig,
und die zwischen den Punkten R und S liegende Wechselspannung verteilt sich nicht
mehr gleichmäßig auf die Spulen 7 und io bzw. g und B. Vielmehr wird, da die Spule
7.in einem magnetischen Kreis liegt, der schwächer vormaignetisiert ist .als die
Spule io und demgemäß die Sättigungen verschieden, sirnd, von ,der Spule 7 eine
größere Spannung aufgenommen werden als von; der Spule io. Nach gleichen Überlegungen
wird die Spule 8 eine höhere, Spannung aufnehmen als die Spule g. Die Folge ist,
@daß zwischen den Klemmen U und V ein Spannungsunterschied vorhanden ist, welcher
-de.r einen, Wicklung 16 eines Zweiphasenmotors 1$ zugeführt wird, ,dessen zweite
Wicklung rg konstant erregt isst. Schaltet man vor die Wicklung r6 ,den; Kondensator
17,dann erhalten .die beiden Felder 16 und ig ein° Phasenverschiebung von annähernd
go°, und der Motor 1,8 wird sich drehen. Der Drehsinn wird so gewählt, 1daß ein,
Regler 2o; der im Feldkreis 21 der Gleichstrommaschine 15 eingeschaltet ist, so
bewegt wird, daß die zu hohe Spannung erniedrigt wind. Ist die: Spannung der Maschine
15 wieder nichtig geregelt, dann erzwingt !die Spule i i auf allem Schenkel 5 wieder
genau gleiche Vormagnefisierung wie der permanente Magnet, 2, und zwischen den Klemmern
U und V ist kein Spannungsunterschied mehr vorhanden, so daß das Feld i6 ,des Motors
i8 stromlos ist, ,der Motor 18 sich also. nicht dreht..
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Durch die beiden> magnetischen Gruppen., von denen die eine durch,
einem konstanten. Sollwert, in dem gezeigten Fall durch einen. permnanenten Magnet,
und @die andere durch einen variablen Istwert vormagnetian-ert wird, hat man die
Möglichkeit, ohne Meßg erät mit drehbarem Teil dem Regelmotor 18 eine richtige Steuerspannung
zuzuführen.
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Die Verwendung,der Anordnung beschränkt sich nicht nur auf Gleichstrom,
sondern, falls eine Wechselspannung geregelt werden, soll, wird man diese erst durch
einen: Trockengleichrichter in eine proportionale :umwandeln und diese der Spule
i i zuführen. Der Wert. .der ein7uste,l.lenden Spamnung kann leicht durch ,den.
Widerstand i4 eingestellt werden. Bei schwierigen Regelbedingungen kann es notwendig
sein, zusätzliche Rückführungen
anzuwenden, auf @die jedoch hier,
nicht eingegangen werden soll, weil sie nicht zum Gegenstand der Erfindung gehören.
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Abb.2 zeugt die Möglichkeit einer Spannungsregelung, bei :der überhaupt
keine @drehbaren Teile (Motoren) zur Anwendung kommen. Es sind R und S die. beiden
Pole eines Wechselstromnetzes, und es kommen wieder die Schenkel i, 2, 3 und diu
Schenkel 4, 5, 6 zweier Magnetgruppen zur Anwendung. Der Schenkel 2 sei ebenfalls
ein permanenter Magnet. Zur Wechselspannung R-S', die innerhalb gewisser Grenzen
schwanken soll, soll eine solche Spannung additiv hinzugefügt werden. d:a.ß die
an, den Klemmen R', S' vorhandene Spannung möglichst konstant ist. Zu diesem Zweck
wird von R und S ein Gleichrichter 3,0 gespeist, von dem aus die Spule i i über
Aden Widerstand 14 Strom erhält. Ist die Spannung zwischen R und S richtig. so wird
der Widerstand 14 @derart eingestellt, daß die Spule eine solche Magnetisierung
erzeugt, daß zwischen den Punkten U und h keine Spannung wind, also :die Primärwicklung
3i eines Transformators stromlos ist, also in oder Sekundärwicklung 32 keine zusätzliche
elektromotorische Kraft erzeugt wird. Ist die Spannung zwischen R und S beispielsweise
zu tief, .dann, wird in ähnlicher Weise, wie bei Abb. i erläutert-, zwischen U und
L' eine, Spannung vorhanden. sein, welche-,der Wicklung, 31 zugeführt wird,
die eine solche. Spannung in 32 iniduziert, daß zwischen R' und S' möglichst die
Sollspannung vorhanden ist. Da die zwischen U und V abgegriffene Spannung noch höhere
Harmonische enthält, kann es mitunter zweckmäßig sein, diese in bekannter Weise
durch Siebkreise auszuschalten. Es kann ferner in manchen Fällen zweckmäßig sein,
die Magnetisierung der Spule i i nicht von-den, Klemmen R und S, sondern von den
Klemmen R' und S' speisen zu lassen..
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Abb. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Temperaturmessung. Hier
ist an den Klemmen U und V eine Spannung vorhanden, falls die Temperatur
einer Meßstelle höher ist als die der Umgebung. Die Gleichstrom@mngneti,sierung
,des linken und des rechten Mag@netsystemns erfolgt du ,rch die Spulen 41 und i
i, welche ihre Spannung von. den Klemmen P und,' N erhalten. In den beiden
Stromkreisen sind die beiden Widerstände 42 und 43 vorhanden. Bei gleicher Temperatur
.seien.diese, gleich. Der Widerstand 43 wird an eine Meßstelle, welche beispielsweise
erhöhte Temperatur- ,annehmen kann, angebracht. Infolge seines Temperaturkoeffizienten
wird der Widerstand 43 erhöht, so daß die Ströme, welche durch die Spule" 41 und
i i fließen, jetzt nicht mehr gleich sind. Als Folge wird jetzt an den Klemmen U
und V eine Spannung vorhanden sein, die mit dem Voltmeter 44 gemessen werden kann.
Dieses Gerät kann entsprechend den Temperaturunterschieden geeicht sein. Wünscht
man, .daß, falls die Temperatur von 43 geringer als -die von 42 ist, ebenfalls eindeutige
Meßergebnisse erzielt wenden; so empfiehlt es sich, das Instrument 44 als ein wattmetriges
auszubilden, dessen eine Spule an U und" h und dessen aridere an eine konstante
Wechselspannung gelegt wird. In manchen Fällen wird man an U und h einen
Regelmotor anschließen, der evtl. vorhandene unerwünschte Temperaturunterschiede
ausregel.n kann.
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Die Empfindlichkeit der Anordnung nach Abb. 3 kann gemäß oder Anordnung
nach Abb. 4 erheblich vergräßert werden. In Abb. 4 sind die Magnetkerne nicht mehr
besonders aufgezeichnet, sondern man muß sie sich entsprechend Abb. 3 vorstellen.
Auf den gleichen Kernen wie die Spulen 7 und 8 sind die Spulen 45 und 46 aufgebracht.
Die Spulen 47 und 48 sitzen @aufdenselben Kennen wie die Spulen 9 und io. Da entsprechend
der Größe der ausgezeichneten Pfeile die Gleichstrommagnetisierungen in den Spulen
45 und 46 stärker sind al,s in den Spulen 47 und 48, sind die in den Spulen 45 und
46 erzeugten elektromotorischen Kräfte kleiner als die in den ,Spulen 47 und 48.
Dadurch wird in dem Gleichrichter 49, der .in Reihe mit den Spulen 45 und 46 geschaltet
ist, ein kleinerer Gleichstrom erzeugt als im Gleichrichter 5o, der mit den Spulen
47 und, 48 in Reihe liegt. Der kleinere Gleichstrom, ,der von 49 erzeugt wind, wird
der Spule 6o zugeleitet und der vom Gleichrichter 50 erzeugte Gleichstrom der Spule
61. Die Spulen 6o und 61 liegen auf dem gleichen Kern wie ,die Steuerspulen i i
und 41. Da in ,der Steuerspule 41 nach Voraussetzung eingrößerer Steuergleichstrom
vorhanden war als in der Spule i i, werden die @dumh die Gleichströme vera.nlaßten
Unsymmetr:ien durch die Spulen 6o und 61 weiter verstärkt, so daß zwischen U und
V jetzt eine wesentlich größere Leistung herausgeholt werden kann als bei der Anordnung
nach Abh.3. Man kann die in Abb:4 geschilderte Schaltung als eine Art RückkopplungsschaItung
bezeichnen. Selbstverständlich lassen sich alle sonst bekannten Rückkopplungsschältungen
sinngemäß anwenden.
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Abb.5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ,der Erfindung. Die Spulen'
7 und 8 und die Spulen 9 und io sind diesmal unmittelbar in Reihe geschaltet. Es
kommt 'diesmal ein Stromteiler zur Anwendung, der die beiden Spulenhälften: 51 und
52 hat und dessen Sekundärwicklung mit 53 bezeichnet ist. Durch die Stromteiler
51, 52 wird erreicht; daß die in den Spulen 7 und 8 fließenden Ströme
(vom Magnetisierungsstrom sei abgesehen) infolge des Amperewindungsgleichgewichtes
annähernd gleich den in den Spulen 9 und io fließenden Strömen sind. Nimmt man an,
tdaß die durch die Spule 41 erzeugte Vormagnetisierung stärker ist als die von der
Spule i i erzeugte, so wird -in den Spulen' 7 und 8 eine geringere Spannung verbraucht
werden als in den Spulen 9 und io. Da jedoch zwischen R und, S eine konstante Spannung
liegt, werden, die vorhandenen Spannungsunterschiede von dem Stromteiler
51, 52 aufgenommen. An der Sekundärwicklung dieses Stromteilers
kann ian Iden Klemmen U und: h ein Meßwert oder eine Leistung herausgeholt
werden. Es sei erwähnt, daß man, ohne im Prinzip etwas zu ändern, den Klemmen
U und V eine konstante Spannung zuführen und aus den Klemmen R und S ,die
.gesteuerte Leistung entnehmen kann.
Abb. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Eriindungsgedarikens. Es sind @diesmal ebenfalls die Spulen! 7, 8 und 9 unid,
io in Reihe geschaltet, und jede .Spulengruppe speist einen Gleichrichter 49 bzw.
50. Es sei diesmal die Aufgabe gelöst, daß ,durch die Spule 41 ein Strom fließt,
der sich irgendwie ändere. Von einer Maschine soll nun ebenfalls ein Strom abgegeben
werden, der sich im Verhältnis zu dem durch die Spule 41 fließenden Strom ändere.
Der Maschinenstrom werde durch die Wicklung i i geleitet. Die von den Gleich@richtern49
und 50 gelieferten Gleichströme werden diesmal zu zwei Gleichstrom@spuleu 54 und
55 geleitet; welche einen zweiten Verstärker betreiben, der die WechselstrOmsPulen
56 und 57 bzw. 58 und 59 hat. Anden Klemmen U und h kann ;die verstärkte
Leistung herausgeholt wenden. Nimmt man,an, ,daß beispielsweise der durch die Spule
41 fließende Strom etwas größer ist als der durch,die Wicklung i i fließende, so
wird der Gleichrichter 49, größeren Strom als der Gleichrichter 50 ergeben,
und,demgemäß wird beim zweiten Verstärker 56 die durch 54 erzeugte Vormagnetis-ierung
stärker sein als die von 55. Als Folge wird; zwischen U und V eine Spannungsdifferenz
vorhanden sein, die man einem Regelmotor zuführt der an der Maschine solche Eingriffe
vornimmt, bis der ;Strom in der Spule i i gleich dem Strom in der Spule 41 geworden
ist.
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Das Wesentliche an der vorliegenden Erfindung bestand darin, daß magnetische
Verstärker zur Anwendung kamen, die aus zwei Magnetgruppen bestanden, von,denen
die eine durch ,denn Sollwert der einzuhaltenden Größe vormagnetisiert ist, während
die zweite Magnetgruppe vorn Istwert vormagnetisiertwird. In den aufgezeichneten
Befspielen hatte jede Magnetgruppe zwei Spulen 7 und 8 bzw. g und io. Es gibt jedoch
auch Verstärkersysteme, bei denen eine Magnetgruppe nur eine einzige Spule hat.
Selbstverständlich lassen sich auch bei tdiesen .die geschilderten Überlegungen
Übertragen.
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Der Vorteil der geschilderten Anordnung besteht ,darin, daß. man ohne
bewegliche Teile Wechselstromleistungen erzielen kann, -die bei Gleichheit zwischen
Soll- und Istwert Null sind und bei zunehmender Abweichung ansteigen. Mit ,den herausholbaren
Leistungen kann man beachtliche Steuereffekte erzielen. Die- Steuereffekte können
durch Rückkopplungsschaltungen weiter erhöht werden. Man hat ferner,die Möglichkeit,
durch Kaskadenschaltungen eben falls :beachtliche Ausgangsleis.tungen .zu erreichen.
Falls, es wünschenswert ist, kann man die von den Verstärkern abgegebene Wechselstromleistung
in Gleichstromleistungen umwandeln.
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Abb. 7 zeigt eine Anordnung, bei der die Aufgabe gelöst werden soll,
die Bewegung eines Meßgerätes (im folgenden Geber genannt) an einer anderen Stelle,
also einem Empfänger, -wiederzugeben, während also am Empfänger größere Kräfte abgenommen
werden können. Es bedeutet dl eine Kurvenscheibe, idie auf der Geberwelle befestigt
ist und welche sich indem Luftspalt eines Magnets bi bewegen kann. Scheibe gei und
Magnet bi sind in Abb. 8 in der Seitenansicht aufgezeichnet. Abb. 8 ! läßt erkennen,
daß der Magnetkern bi zwei Spülen ei
und c1 trägt. Die beinden, Spulen c,
und c,' sind. in Abb. 7 schematisch oberhalb der Magnetkerne bi aufgezeichnet.
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Der Empfänger besitzt eine gleiche Scheibe a2, welche von einem Motor
j (über eine Übersetzung) gedreht werden kann. Der zur,Scheibe a2 gehörende Magnet
ist b2, und seine beiden Spulen sind c2 und; c2'. Die Spulen c werden von der Sekundärwicklung
d eines Transformators gespeist, dessen Primärwicklung d. eine Wechselspannung von
-den Klemmen R und S erhält. Die Spulen c in Abb. 7 sind kreuzweise miteinander
verbunden und arbeiten auf die Primärwicklung e. eines Übertragers. Die Scheiben;
a1 und a2 können aus Eisen hergestellt sein. Wird die Eisenscheibe a1 so gedreht,
daß ihr Rand sich in den Luftspalt hineinbewegt, so nimmt die Induktivität des Magnetkerns
bi mit den beiden Spulen cl und cl' zu. Ist,die Lage fder beiden Scheiben gei und
a2 gleich, so sind die Induktivitäten in den Spulen ei und cl und c2 und c2 gleich,
und,die Spannung an,der Primärwicklung eo ÜesÜbertragers ist Null. Wird dagegen
,die Scheibe gei ödes Gebers etwas im Rechtssinne bewegt, so nimmt ,die Bedeckung
des- Luftspaltes durch die Scheibe ab. Dadurch werden die InduktivitäterL der Spulen
cl und cl kleiner alsi die Induktivitäten der Spulen c2 und c2. Als Folge ist jetzt
an,dem Übertrager e. eine Spannung vorhanden" die um so größer ist, je mehr die
Scheiben gei und a2 in ihrer Stellung voneinander abweichen. Der Übertrager besitzt
eine Sekundärwicklung e, welche- ,in vorliegendem Fall auf Idas Gitter g einer Elektronenröhre
arbeitet. Die Anode dieser Röhre ist mit h und die Kathode mit
i bezeichnet. Der- Heizfaden, durch welchen -die Kathode i geheizt wird,
ist nicht eingezeichnet. Von der Kathode geht es über einen kleinen. Widerstand
r zum N ,der Gleichstromquelle. Der Widerstand r ist vorgesehen; um dem tGitter
g eine negative Spannung ;gegenüber der Kathode i zu erteilen. Um den dem Gleichstrom
übergelagerten Wechselströmen einen bequemeren; Weg zu geben, ist parallel zum Widerstand
r ein Kondensator geschaltet. Die Anode h
der Elektronenröhre ist mit der
Feldwicklung k1 des Motors: j verbunden.. Parallel zur Feldwicklung liegt etin Kondensator
K1, der mit der Induktivität k1 in Resonanz ist, so @daß der durch die Röhre fließende
Wechselstrom ein reiner Wirkstrom ist. Der Motor j ist .als Zweiphaseninüuktionsmotor
bedacht. Die zweite Wicklung dieses Motors, die räumlich. senkrecht zur ersten!
,steht, ist mit k2 bezeichnet und .in Reihe mit einem Kondensator KZ ,geschaltet.
Dieser Stromkreis wird durch eine Wechselspannung von den Klemmen R und S gespeist.
Die Wicklung k2 führt also dauernd Strom, .während idie Wicklung k1 des Motors nur
@stromdurchflossen wird; wenn der Übertrager e dem Gitter g Spannung zuführt, d.
h. wenn -die Scheiben cal und a.2 ungleiche Lage haben. Ein Drehmoment entsteht
.an,dem Motor j nur, wenn der in der Wicklung k1 fließende Strom nicht Null und
außerdem um etwa 9o° gegenüber ,dem Strom der
Wicklung k2 phasenver
schoben ist. Um diese Phasenverschiebung zu erhalten, ist im vorliegenden Beispiel
der Wicklung k1 eine Kapazität K1 parallel, der Wicklung k2 dagegen eine Kapazität
K2 in Reihe geschaltet. Der Motor j steht mit der Scheibe a,2 in Verbindung, und
der Drehsinn wird so gewählt., daß das Bestreben vorliegt, die Scheibe a2 der Scheibe
a, gleichzustellen. Es tritt somit die Wirkung ein, d@aß, wenn die Scheibe a1 etwas:
bewegt wird, eine Spannung am Übertrager e entsteht und über eine Elektronenröhre
@die Wicklung k1 so lange Strom erhält, his die Scheibe a2 sich mit der Scheibe
a1 gleichgestellt hat. ES ist der Vorteil vorhanden, daß für,die Betätigung der
Geberscheibe dl nur kleine Kräfte benötigt werden, so,daß ein Meßgerät durch den
Geber kaum gestört wird. Infolge der Verstärkung können an der Scheibe a2, welche
sich mit der Scheibe a, stets gleichstellt, wesentlich größere Kräfte entnommen
werden. Streng genommen, werden auf der Scheibe a1 Drehmomente ausgeübt, und zwar
hat die Scheibe das Bestreben, sich in den. Luftspalt hineinzudrehen, um ihren Fluß
zu vergrößern. Um diese Störmomente sehr klein zu halten, empfiehlt es sich, als
Wechselspannung, die von den Klemmer R, S entnommen wird, eine solche mit höherer
Frequenz, z. B. 500, zu wählen. Bei einer Frequenz von 5oo kann man gleiche Spannungsänderungen
in den :Spulen cl und ci mit Flüssen erzeugen, die nur ein Zehntel so groß sind
wie bei 5o Perioden. Die Drehmomente, welche auf die Scheibe ausgeübt werden, nehmen
quadratisch mit den Flüssen ab, s0 daß sie also nur ein Hundertstel so groß sind
wie bei 5o Perioden. Für sehr viele Verhältnisse wird die in Abb. 7 und 8 aufgezeichnete
Anordnung genügen. Die Primärwicklung des Übertragers e, besitzt eine Mittelanzapfung,
die einmal mit einer zwischen den beiden: Wicklungen e. und e befindlichen metallischen
Abschirmung p und mit .dem negativen Pol N verbunden ist. Dadurch soll vermieden
werden, daß elektrostatische Wirkungen der Primärwicklung eo auf,die Sekundärwicklung
e auftreten können. Im Gitterkreis ist außerdem ein Hochohmwiderstand f vorgesehen,
um bei Mersteuerungen des Gitters positive Gitterströme in mäßigen Grenzen zu halten.
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Der Arbeitsbereich -des Gebers ist kleiner als 360°. Man muß nur,äen
Bereich vermeiden, bei dem die Kante s1 der Scheibe in .die Nähe -des Magnets b1
kommt.
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Statt die Scheiben dl und a2 aus Eisen kann man sie auch aus einem
gut leitenden Material, z. B. Kupfer oder Aluminium, machen. Wird die Scheibe a1
in den Luftspalt hineingedreht, so treten ebenfalls Iniduktivitätsänderungen der
Spulen c auf. Diese entstehen durch Wirbelströme, welche im Cu oder Al auftreten,
und den Spulenfiuß mehr oder weniger ,abschirmen.
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Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß der Verstellmotor j ein
Induktionsmotor ist, der z. B. wie ein Ferrarismotor gebaut sein kann, bei dem der
Rotor aus einer Scheibe oder einerTrommel aus Aluminium besteht. Prinzipiell kann
man auch einen Gleichstrommotor verwenden, nur mußdann durch geeignete Gleichrichterschaltungen
der durch das Elektronenrohr erzeugte Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandelt
werden.
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Statt eines Elektronenverstärkers kann auch ein anderer, z. B. ein
magnetischer oder ein Leonardsatz zur Anwendung kommen.
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Bei der Anordnung nach Abb. 7 und 8 hatte die Scheibe a1 noch kleine
Restmomente zu überwinden. Diese können vollkommen beseitigt wenden, wenn man den
Geber mit zwei Scheiben a1 und a; versieht (Abb.9) und diese Scheiben entgegengesetzt
anordnet. Jede Scheibe wind- von einem Magnetsystem (nicht gezeichnet) und einer
dazugehörenden Spule cl bzw. cl' beeinfiußt. Durch die entgegenwirkenden Scheiben
a1 und all wird erreicht, daß die an diesen .auftretenden Restmomente sich kompensieren.
Auch .am Empfänger, der durch den Motor j .angetrieben wird, befinden, sich zwei
Scheiben a2 und a2', :die zu den Spulen c2 und c2 gehören. Bei der in Abb. 9 aufgezeichneten
Brückenschaltung ist der Übertrager e. spannungslos, wenn Geber und Empfänger gleiche
Lage haben. Ist die Lage ungleich, so entstehen Spannungen am übertrager e., und
von der Sekundärseite e des Übertragers wird man, genant wie in Abb. 7 dargestellt,
eine Elektronenröhre steuern., welche,die eine Wickhing des Motors j speist, während,die
zweite Wick-Jung fest erregt ist. Die Elektronenröhre und die beiden Wicklungen
des Motors sind, in Abb. 9 nicht eingezeichnet, @da sie der Schaltung von Abb. 7
vollkommen entsprechen. Bei der Schaltung nach A:bb.9 waren zwei Scheiben a1 und
all beim Geber notwendig. Dabei ist der Arbeitsbereich etwas geringer als 360°.
Ist der Arbeitsbereich kleiner als i8o°, so kann man mit einer einzigen Scheibe
auskommen, wobei, bezogen auf eine Vertikale, die Scheibe links und rechts gleiche
Kurvengestalt hat. Die beiden Spulen cl unid c1 mit ihren zugehörenden Magneten
wirken dann auf diese eine Scheibe und werden diametral gegenüberstehend angeordnet.
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Beiden- Anordnungen nach Abb. 7 Abis 9 führt der Empfänger gleiche
Bewegung wie -der Geber aus. Es besteht jedoch @die Möglichkeit, daß z. B. die Bewegung
des Empfängers nur halb so groß .ist wie die des Gehers. In diesem Fall müssen,die
Scheiben beim Empfänger eine andere Randkurve, und zwar eine größere Steilheit haben
als beim Geber.
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Bei ,manchen Steuerungsaufgaben sind zwei Geber vorhanden, und die
Bewegung des Empfängers, soll der Summe der beiden Geberstellungen entsprechen.
Abb. io zeigt eine diesbezügliche Anordnung, die schaltungstechnisch eine Weiterentwicklung
von Abb.9darstellt. Die Scheiben des einen Gebers seien mit cl und ai , die des
zweiten Gehers mit Al und A1 bezeichnet, die zum ersten Geber gehörenden Spulen,
mit cl und cl' und die zum zweiten Gelber gehörenden mit Cl und Cl'. Die Scheiben
am Empfänger sind a@ und a2 und -die dazugehörenden Spulen c2 und C2. Durch
passende Gestaltung Ader Scheiben a kann man es erreichen, daß die Bewegung der
Scheiben a2 b.zw. die des
Motors: j gleich der, Summe der
Bewegungen :der Scheiben a1 und A1 ist.
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Beiden bis jetzt betrachteten Schaltungen mußte der mögliche Arbeitsbereich
beim Geber und Empfänger kleiner als 36o° sein. Gelegentlich wird jedoch die Forderung
eines beliebig großen, Arbeitsbereiches : gestellt. Ein Ausführungsbeispiel zeigt
Alb. fr. Die Scheibe des Gebers .ist a1, die des Empfängers a2. Der Geber a-1 hat
zwei Magnetsysteme bi und bi mit den dazugehörenden Spulen c, und cl'. .Entsprechendes
gilt vom Empfänger. Die Spulen cl' und c2 sind parallel ,geschaltet und erhalten
einmal ihre Spannung über den Kontakt n.` und über die Mittelanzapfung des Übertragers
eQ In dem Übertrager e0' wird keine Spannung induziert, wenn die Scheiben a1 und
a2 gleiche Lagen haben, die Induktivitäten der Spulen c1 und c2 also gleich sind.
Die Ströme, die .durch die beiden Wicklungshälften von: eö fließen, sind; entgegengesetzt
gerichtet, aber gleich groß, :so daß ihre ,#,mperewindungen sich kompensieren:.
Besitzt jedoch die Scheibe a1 eine etwas andere Stellung als die Scheibe a2, so
wollen in -den Spulen ci und c2', weil deren Induktiv itäten verschieden sind, verschieden
große Ströme fließen. Durch den Übertrager eö mit der Mittelan:zapfung wenden. sie
je,-,doch daran gehindert, da dieser danach strebt, daß Amperewindungengleichgewicht
vorhanden ist. Um in den Spulen ci und c2 gleiche Ströme, erzwingen zu können, muß
indem Übertrager e0 eine Zusatz-EMK entstehen, die auf die Sekundärseite übertragen
und hier einer Elektronenröhre zugeführt wird, welche in !bekannter Weise den Regelmotor
j so lange steuert, bi:s die Scheib a:, gleiche Lage wie a1 hat. Die Steuerung arbeitet
einwandfrei, solange die Kante s1 nicht,in unmittelbare Nachbarschaft mit .dem Magnet
bi kommt. Um auch hier eine einwandfreie Steuerung zu erzielen, müssen die Magnete
bi' und bz' mit den dazugehörenden Spulen cl" und c2 abgeschaltet werden. Gleiches
gilt für .den Übertrager e'. Die Abschaltung erfolgt durch Kontakte W und m'. Kurz
vorher werden jedoch die Kontakte n und m geschlossen, wodurch die unteren Magnete
bi und b2 und,der Übertrager e an Spannung gelegt werden,. Die Umschaltung :der
Kontakte erfolgt durch :den Empfänger, da dieser genügend Kraft hat. Man muß sich
vorstellen, daß auf ;der Welle t -des Empfängers Kontakte so ausgebildet sind, d,aß
im richtigen Moment die StromunterbrechungenW, m und die, Strom@schließungenn und
m erfolgen. Durch id@ie Anordnung nach Abb: i i hat man also, die Möglichkeit, daß
eine beliebige Drehung,des Gebers in eine Drehung des Empfängers umgewandelt wenden
kann. Bei der in Abb. i i dargestellten, Anordnung werden kleine Restkräfte auf
der Scheibe a1 hervorgerufen. Will man diese vermeiden, dann, müssen Geber Und Empfänger
zwei Scheiben erhalten., ähnlich der Steuerung nach Abb. g. Dfie Steuersysteme nach
Abb. g müssen nur doppelt ausgeführt werden und umschaltbar sein.
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Bei. den. bis jetzt behandelten Anordnungen befanden sich der Geber
und der Empfänger an verschiedenen Stellen. Befinden sich Geber und Empfänger.am
gleichen Ort, so k Ann. ,die in Abb. 12 aufgezeichnete Nachlaufsteuerung angewandt
werden. Die Geberscheibe ct ist diesmal nicht fest mit der Wellet, sondern drehbar
darauf gelagert. Die beiden Magnetsysteme bi und bi sind .diesmal nicht im
Raum fest; sondern einschließlich ihren Wicklungen mit der Wellet starr verbunden,
so d aß, wenn die. Welle t sich dreht, die Magnete bi und bi mit ihren, dazugehörenden
Spulen cl und cl" und ei und ei mitgenommen, werden,. Wird die Scheibe a relativ
zum Polsystem bi und b verdreht, so `verden in den Spulen cl und. ei verschieden,
große elektro motorische Kräfte induziert. Durch die Spulen ei und ei' wirdderen
Differenz gebildet un@ddiese dem Gitter einer Elektronenröhre zugeführt, wodurch
die Wicklung k1 des Motors so, lange, Strom erhält, bis .der Verstellmotor
j das Polsystem bi, bi der Scheibe a nachgedreht hat. Das. Polsystem folgt
-also stets der Drehung :der Scheibe a. nach. Diese einfache Anordnung hat nur ,den
Nachteil, däß diesmal größere Massen, bewegt werden müssen (das Polsystem), was
jedoch in manchen! Fällen, wenn kein Wert auf allzugroße Regelgeschwindigkeit :gelegt
wird, zulässig ist.
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In Abb. 13 ist der Fall behandelt; daß von einem Meßgerät aus, z.
B. einem Spannungsmesser, ein Regler betätigt werden soll, lvelcher eine Maschinenspannung
konstant hält. Denkt man sich die Scheibei a :mit dem Spannungsmesser verbunden,
so wird bei einer Abweichung von dem Sollwert die Scheibe a relativ zu .den im Raum
feststehenden Magneten bi und bi' etwas bewegt werden. Die Folge .ist, idaß jetzt
im Übertrager e eine Spannung induziert wird, welche dem Gitter einer Elektronenröhre
g .zuggeführt. wird, wodurch ;der Regelmotor j betätigt wird. Der Regelmotor j ,arbeitet
,diesmal auf einen Verstellwi:derstand R,: der sich im Erregerkreis des Generators
befindet. Der Motor j läuft so lange, bis richtige Spannung cingeiregelt ist, d.
h. die Scheibe a wrieder ihre Mittellage erreicht hat. Um Reglerpendelun,g .zu vermeiden,
müssen noch. einige Zusatzeinrichtungen (Rückführungen) angebracht werden, die jedoch,
als bekannt vo-rausesetzt, nicht eingezeichnet sind.