DE915827C

DE915827C - Device for amplifying direct voltages

Info

Publication number: DE915827C
Application number: DES26708A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Theodor Rummel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-10-11
Filing date: 1952-01-06
Publication date: 1954-07-29

Description

Das Patent 913 658 bezieht sdch auf eine Vorrichtung zur Verstärkung von Gleichspannung, wobei die Gleichspannung durch periodische Änderung von durch die Gleichspannungsquelle aufgeladenen Kapazitäten in Wechselspannung umgeformt und mittels Wechselspannuingsverstärker verstärkt wird. Die Kapazitätsänderung erfolgt durch in geringem Abstand gegenüber feststehenden Kondensatorplatten in einer parallelen Ebene drehbewegliche Kondiensatorplatten, und mit der Drehbewegung synchron wird die verstärkte Wechselspannung in Gleichspannung zurückverwandedt.Patent 913,658 relates to a device for amplification of direct voltage, the direct voltage by periodic change converted into alternating voltage by the capacitances charged by the direct voltage source and is amplified by means of an alternating voltage amplifier. The change in capacity takes place in a small amount Distance to fixed capacitor plates rotatable in a parallel plane Condenser plates, and synchronized with the rotary movement the amplified alternating voltage is converted back into direct voltage.

In der Zeichnung und in der zugehörigen Beschreibung des Hauptpatents sind als Beispiel halbkreisförmige Kondensatorplatten angegeben, die gegenülber gleich ausgebildeten, feststehenden Platten Drehbewegungen ausführen können. Die elektrischen Anschlüsse sind dabei z. B. über Schleifringe geführt, so daß die drehbeweglicher! Platten durch einen Synchronmotor fortlaufend gedreht werden können. Besonders bei rascher Direhbewegung, etwa beim Antrieb mittels eines Synchronmotors mit 3000 Umdr./Min., treten jedoch, wie die Versuche gezeigt haben, störende Spannungen infolge der Lagerreilbungen auf, die sich der Eingangssparammg überlagern und das Meßergebnis stark fälschen. Die störenden Spannungen treten, selbst wenn man die Achse der drehbeweglicher! Platten isoliert und die Abnahme der Spannung über Kollektoren und Bürsten abnimmt, infolge der Kollektorreibung auf. Gemäß der Zusatzerfindung lassen sich diese Schwierigkeiten vermeiden, und die elektrische Ver-In the drawing and in the associated description of the main patent are given as an example semicircular capacitor plates, the can perform rotary movements compared to identically designed, fixed plates. The electric Connections are z. B. guided over slip rings, so that the more rotatable! Plates through a synchronous motor can be rotated continuously. Especially with rapid directional movements, for example when driven by a synchronous motor with 3000 rev / min., however, occur like the experiments have shown disturbing stresses as a result of bearing friction, which is the input saving superimpose and strongly falsify the measurement result. The annoying tensions occur even when you have the Axis of the rotatable! Insulated and the decrease in voltage across collectors and plates Brushing decreases, due to the collector friction. According to the additional invention, these can Avoid difficulties and the electrical

bindung zwischen den drehbeweglichen Teilen kann wie bei Meßinstrumenten über feste Anschlüsse erfolgen. Dies wird erreicht, wenn die drehbeweglichen Kondensatorplatten erfindungsgemäß periodisehe Schwingungen um eine feste Nullage ausführen. Als Antrieb für diese Schwingbewegung kann z. B. ein Torsionsstabschwinger verwendet werden. Bei dieser Anordnung wird ein Torsionsstab mittels elektromagnetischer Kräfte, z. B. durch eineAs with measuring instruments, the connection between the rotating parts can be via fixed connections take place. This is achieved if the rotatable capacitor plates according to the invention are periodic Perform vibrations around a fixed zero position. As a drive for this oscillating movement can z. B. a torsion bar vibrator can be used. In this arrangement, a torsion bar is used by means of electromagnetic forces, e.g. B. by a

ίο Wechselspannung von Netzfrequenz, in Direhschwingungen versetzt. Als Form für die drehbeweglichen Kondensatorplatten wird zweckmäßig ein Stern oder ein Zahnkranz gewählt, während die feststehenden Platten eine annähernd den Lücken der Sternzacken bzw. den Zahnlücken entsprechende Form haben. Es können, wie bereits im Hauptpatent erwähnt, auch mehrere feste und bewegliche Platten nach Art eines Drehkondensators .nebeneinander angeordnet und elektrisch zusammengeschaltet werden. Die drehbeweglichen Platten werden hierzu auf einer gemeinsamen Welle angebracht. Die Sternzacken bzw. die Zähne der drehbeweglichen Platten werden schmaler ausgeführt als die entsprechenden Zähne bzw. Zacken der feststehenden Platten. Die Zähne und die Zahnlücken der feststehenden Platten haben zweckmäßig annähernd die gleiche Breite.ίο AC voltage at mains frequency, set in direct oscillations. A star or a toothed ring is expediently chosen as the shape for the rotatable capacitor plates, while the fixed plates have a shape that approximately corresponds to the gaps in the star points or the tooth gaps. As already mentioned in the main patent, several fixed and movable plates can be arranged next to one another in the manner of a rotary capacitor and electrically connected together. The rotatable plates are attached to a common shaft for this purpose. The star points or the teeth of the rotatable plates are made narrower than the corresponding teeth or points of the fixed plates. The teeth and the tooth gaps of the fixed plates are expediently approximately the same width.

Mit dieser Plattenausführung kann man erreichen, daß die von der Vorrichtung gelieferte Wechselspannung innerhalb gewisser Grenzen von der Amplitude der den Schwinger antreibenden Spannung unabhängig wird.With this plate design you can achieve that the alternating voltage supplied by the device within certain limits of the Amplitude of the voltage driving the oscillator becomes independent.

Die Zähne der beweglichen Platten bewegen sich nämlich in den Umkehrpunkten der Schwingung bei Schwankungen der Schwingungsamplituden noch innerhalb der Breite der Zähne der feststehenden Platten. In dieser Stellung ist die Kapazitätsänderung in Abhängigkeit vom Drehwinkel der beweglichen Platten praktisch vernachlässigbar. Um sicherzustellen, daß dieser Bereich bei starker Zunähme der Schwingungsamplitude nicht überschritten wird, kann man die Schwingung durch mechanische Anschläge begrenzen.This is because the teeth of the movable plates move at the reversal points of the oscillation with fluctuations in the vibration amplitudes still within the width of the teeth of the fixed Plates. In this position, the change in capacitance is dependent on the angle of rotation of the movable one Plates practically negligible. To ensure that this area increases significantly the oscillation amplitude is not exceeded, the oscillation can be controlled mechanically Limit attacks.

Die Antriebswelle für die drehbeweglichen Platten wird zweckmäßig zwischen den Platten und der Lagerung elektrisch isoliert, oder die Platten werden auf der Welle isoliert befestigt. Die elektrische Verbindung der Platten mit der Schaltung oder mit Erde erfolgt über tordierbare Bänder oder entsprechend feine Drähte.The drive shaft for the rotatable plates is expediently between the plates and the Bearing electrically insulated, or the plates are attached to the shaft in an insulated manner. The electric The plates are connected to the circuit or to earth using twistable tapes or similar fine wires.

Die beschriebene Vorrichtung liefert infolge der Kapazitätsänderung zwischen festen und beweglichen Platten eine Wechselspannung, die z. B. über einen Transformator entnommen werden kann. Hinter dem Transformator erhält man eine gegenüber der Schwingung das Antriebs verdoppelte Frequenz. Zur Gleichrichtung der verstärkten Wechselspannung muß jetzt eine Spannung der doppelten Frequenz der zum Antrieb des Schwingers verwendeten Spannung benutzt werden. Wird der Schwinger mit Netzfrequenz betrieben, so ist ein zur Gleichrichtung benutzter Schwingkontakt im Verstärkerausgang mit einer Spannung von doppelter Netzfrequenz anzutreiben. Diese doppelte Netzfrequenz läßt sich in bekannter Weise über eine Zweiweggleichrichterschaltung erhalten.The device described delivers as a result of the change in capacitance between fixed and movable Plates an alternating voltage that z. B. can be taken from a transformer. Behind With the transformer, the frequency of the drive is doubled compared to the vibration. To rectify the amplified alternating voltage, a voltage of twice the frequency must now be used the voltage used to drive the transducer. Will the transducer with Mains frequency operated, a vibrating contact used for rectification is included in the amplifier output to drive a voltage of twice the mains frequency. This double network frequency can be converted into obtained in a known manner via a full-wave rectifier circuit.

Um zu erreichen, daß der Schwingkontakt synchron in den Umkehrpunkten der gleichzurichtenden Wechselspannung schaltet, wird zweckmäßig die Antriebsspannung über einen einstellbaren Phasenschieber zugeführt. Für manche Messung ist es erforderlich, beide Eingangselektroden hochohmig gegenüber Erde auszuführen. In diesem Fall wird zwischen den Verstärkerausgang und den Wechselspannungsgenerator ein Übertrager geschaltet, der z. B. mittels einstellbarer Kondensatoren gegen Erde symmetriert ist. Die Meßempfindlichkeit der Vorrichtung kann bei unterschiedlichen Eingangsgleichspannungen durch Verändern der Gegenkopplung des Wechselspannungsverstärkers eingestellt werden. Auch über ein Potentiometer im Verstärkerausgang bzw. vor dem Meßinstrument oder durch die Kombination beider Maßnahmen läßt sich der Empfindlichkeitslbereich umschalten.In order to achieve that the oscillating contact is synchronized in the reversal points of the AC voltage switches, the drive voltage is expediently via an adjustable phase shifter fed. For some measurements it is necessary to have both input electrodes with high resistance to perform against earth. In this case, between the amplifier output and the AC voltage generator switched a transformer that z. B. by means of adjustable capacitors to earth is symmetrized. The measuring sensitivity of the device can vary with different input DC voltages can be set by changing the negative feedback of the AC voltage amplifier. Also via a potentiometer in the amplifier output or in front of the measuring instrument or through the combination The sensitivity range can be switched over for both measures.

Obwohl störende Einstreuungen der Netzfrequenz auf den Verstärkereingang bereits dadurch weitgehend ausgeschaltet sind, daß der Verstärker mit Netzfrequenz betrieben, wird, und die Eingangsspannung die doppelte Netzfrequenz aufweist, können in kritischen Fällen trotz starker Siebung Störungen durch Oberwellen auftreten. Man kann diese Störung dadurch vermeiden, daß man zum Antrieb des Torsionsstabschwingers z. B. eine von der Netzfrequenz oder vom Vielfachen der Netzfrequenz etwas abweichende Frequenz verwendet. Eine solche Frequenz kann man z. B. dem Läufer eines stark abgebremsten Asynchronmotors entnehmen. Auch der umgekehrte Weg, den Verstärker mit einer von der Netzfrequenz abweichenden Frequenz zu betreiben, kann eingeschlagen werden. Dier Schwingkontaktgleichrichter im Verstärkerausgang ist in jedem Fall wieder mit der doppelten Frequenz des Schwingers im Verstärkereingang zu betreiben. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Zusatzerfindung erläutert.Although this largely causes disruptive interference from the mains frequency on the amplifier input are switched off, that the amplifier is operated at mains frequency, and the input voltage has twice the line frequency, interference can occur in critical cases despite strong screening occur due to harmonics. You can avoid this disturbance by driving the Torsion bar vibrator z. B. one of the network frequency or something from the multiple of the mains frequency different frequency used. Such a frequency can e.g. B. the runner of a heavily braked Remove asynchronous motor. Also the opposite way, the amplifier with one of the Operating a frequency deviating from the mains frequency is acceptable. The oscillating contact rectifier in any case, the amplifier output is again at twice the frequency of the oscillator to operate in the amplifier input. In the drawing are exemplary embodiments of the additional invention explained.

Fig. r zeigt ein Ausiührungsibeispiel für die drehbewegliche Kondensatorplatte 1 und die feststehende Platte 2.Fig. R shows an embodiment for the rotatable Capacitor plate 1 and the fixed plate 2.

Die drebbewegliche Platte hat hier die Form eines Propellerflügels. Während die ausgezogene Stellung die Nullage angibt, deutet die gestrichelt eingezeichnete Stellung die Lage des Flügels in den Umkehrpunkten der Schwingung an. Man sieht, daß etwa von dieser gestrichelten Stellung an in einem weiten Winkelbereich die Kapazität zwischen Flügel ι und Platte 2 nicht mehr zunimmt.The rotatable plate here has the shape of a propeller blade. While the undressed Position indicates the zero position, the dashed position indicates the position of the wing in the Reversal points of the oscillation. You can see that from about this dashed position on in a wide angular range the capacity between wing ι and plate 2 no longer increases.

In Fig. 2 hat der drehbewegliche Teil 3 die Form eines Zahnkranzes mit der Zahnbreite α. Die Zahne des feststehenden Teiles 4 haben die Breite O₁ und die Zahnlücken die Breiten¹»· ^₁ und b₂ sind annähernd gleich groß, während die Zahnbreite α lao kleiner ausgeführt ist.In Fig. 2, the rotatable part 3 has the shape of a ring gear with the tooth width α. The teeth of the fixed part 4 have the width O ₁ and the tooth gaps the widths ¹ »· ^ ₁ and b ₂ are approximately the same size, while the tooth width α lao is made smaller.

Fig. 3 zeigt schematisch das vollständige Schaltbild der Verstärkungsvorrichtung. Die von der Gleichspannungsquelle G gelieferte Spannung wird über eine Siebkette C₁ und /?_x der Vorrichtung 5 zu- 1*5 geführt. Über den Torsionsschwinger T, der mitFig. 3 shows schematically the complete circuit diagram of the amplification device. The voltage supplied by the DC voltage source G is passed through a sieve chain C ₁ and /? _{x of} the device 5 fed to 1 * 5. About the torsion oscillator T, which is with

Netzfrequenz gespeist wird, erfolgt der Antrieb des beweglichen Teiles. Über den Anpassungsübertrager U₁, der sekundärseitig durch die Kondensatoren C₂ und C₃ symmetriert ist, wird die Wechselspannung, deren Frequenz gegenüber der Antriebsfrequenz des Torsionsstabschwingers verdoppelt ist, dem ersten Rohr des Verstärkers V zugeführt. Der Verstärker wird mit Netzfrequenz betrieben. Die verstärkte Wechselspannung wird dem Übertrager U₂ entnommen und mittels des Schwingkontaktgleichrichters gleichgerichtet. Der Kontaktgleichrichter wird durch die Netzfrequenz über den Sperrschichtgleichrichter G₁ zur Frequenzverdopplung und den Phasenschieber Pfi angetrieben.Mains frequency is fed, the moving part is driven. The alternating voltage, the frequency of which is doubled compared to the drive frequency of the torsion bar oscillator, is fed to the first tube of the amplifier V via the matching transformer U ₁ , which is balanced on the secondary side by the capacitors C ₂ and C _3. The amplifier is operated with mains frequency. The amplified AC voltage is taken from the transformer U ₂ and rectified by means of the oscillating contact rectifier. The contact rectifier is driven by the mains frequency via the barrier _{rectifier G 1} for frequency doubling and the phase shifter Pfi.

Vor dem Meßinstrument M ist das Potentiometer P zur Meßibereichänderung eingeschaltet.Before the measuring instrument M , the potentiometer P is switched on for changing the measuring range.

Fig. 4 zeigt die elektrische Verbindung der beweglichen Platte 3 mit einer festen Klemme 6. Die Welle der Platte. 3 ist durch das Iaolierstück 7 elektrisch isoliert, so daß keine störenden Spannungen vom Lager 8 übertragen werden können,. Die elektrische Verbindung selbst erfolgt über das an der Platte angelötete tordierbare Band 9.Fig. 4 shows the electrical connection of the movable Plate 3 with a fixed clamp 6. The shaft of the plate. 3 is electrical through the Iaolierstück 7 isolated so that no disturbing voltages can be transmitted from the bearing 8. The electric The connection itself takes place via the twistable band 9 soldered to the plate.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Device for amplifying DC voltages by transforming the voltage to be amplified Direct voltage in alternating voltage by means of a change in capacitance by means of capacitor plates that are rotatable in a parallel plane at a small distance from fixed capacitor plates Capacitor plates, the amplified alternating voltage by one with the rotary movement synchronized, mechanical rectifier is converted back into DC voltage, according to patent 913 658, characterized in that the rotatable capacitor plates perform periodic oscillations around a fixed zero position.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the rotatable condensate orifice plates from a torsion bar oscillator are driven.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the rotatable capacitor plates form a star or a tooth stuff and the fixed plates have approximately a shape corresponding to the gaps in the star points or the tooth gaps.

4. Apparatus according to claim 1 or the following, characterized in that several fixed and movable plates are arranged side by side and electrically interconnected.

5. Apparatus according to claim 1 or the following, characterized in that the star points or the teeth of the rotatable capacitor plates are narrower than the corresponding teeth or points and narrower than the tooth gaps of the fixed plates.

6. Apparatus according to claim 1 or the following, characterized in that the oscillation amplitudes 90 are chosen that in the vicinity of the reversal points of the oscillation the The change in capacitance as a function of the angle of rotation of the movable plates remains very small.

7. Apparatus according to claim 1 or following, characterized in that with fluctuations of the vibration amplitudes the teeth of the movable plates at the reversal points the oscillation within the width of the teeth of the fixed plates or in the range of whose tooth gaps remain.

8. Apparatus according to claim 1 or the following, characterized in that the oscillation amplitude is limited by mechanical stops.

9. Apparatus according to claim 1 or the following, characterized in that the drive shaft electrically insulated for the rotatable plates between the plates and the bearing or the plates are insulated on the shaft and the electrical connection of the Plates are done with the circuit or with earth via twistable tapes or wires.

10. Device according to claim 1 or the following, characterized in that for driving the oscillator and the mechanical rectifier in the amplifier output one of the mains frequency or a multiple of the mains frequency different, z. B. frequency taken from the rotor of a braked asynchronous motor is used.

11. Device .according to claim 1 or the following, characterized in that the AC voltage amplifier with one of the network frequency or is fed by a frequency deviating from a multiple of the mains frequency.

12. Device according to claim 1 or the following, characterized by a sieve chain or a blocking circle in the connection between the DC voltage source to be measured and the rotatable capacitor plates.

13. Device according to claim 1 or the following, characterized by a transformer balanced to earth at the input of the AC voltage amplifier.

14. Device according to claim 1 or the following, characterized in that the measurement sensitivity is achieved by changing the negative feedback of the AC voltage amplifier and / or a potentiometer in the output circuit of the Amplifier is adjustable.

15. Device according to claim 1 or the following, characterized in that the rectifier in the amplifier output has an adjustable Phase shifter connected to the network frequency or a frequency multiplier is.

1 sheet of drawings