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Anordnung zur kontaktlosen Umschaltung von Grob- auf Feinregelung
und umgekehrt bei Wechselstrom-Fernverstellantrieben Die Aufgabe eines Fernverstellantriebes
ist es, die Drehwerte einer VVelle, die nur mit kleinen Drehmomenten belastet werden
darf, räumlich getrennt an einer zweiten Welle mit vergrößertem Drehmoment wiederzugeben.
Ein Schema einer Anordnung dieser Art ist in Fig. i dargestellt. Hier sind die Drehwerte
der Eingangswelle i an einer Welle 2 mit vergrößertem Drehmoment wiederzugeben.
Die Drehwerte der Welle i werden daher in einem Geber 3 in elektrische Werte umgewandelt
und. über Leitungen q. einem Empfänger 5 mit Nachlaufregler zugeführt. Dieser sorgt
dafür, daß die Drehwerte der Welle 2 stets denen der Welle i entsprechen. Man spricht
bei Anordnungen dieser Art von einer Folgeregelung. Zur Übertragung der Drehwerte
sind Wechselstrom-Fernübertragungssysteme bekannt, die nach F ig. z aufgebaut sind.
Der Geber 3 entspricht einem einphasigen Drehtransformator. Der Läufer trägt eine
einphasige Wicklung 6 zum Aufbau eines Wechselfeldes. Sie ist zu dem Zweck an eine
vorhandene Wechselspannungsquelle angeschlossen. Der Ständer trägt eine dreiphasige
DrehstromwiCklung 1o, 1i, 12, die nach Bedarf sowohl in Dreieck als auch in Stern
geschaltet sein kann. Je nach der Stellung des Läufers gegenüber dem Ständerdrehfeld
werden im Ständer bestimmte Spannungen induziert, die im Ständer des Empfängers
bestimmte Wechselströme fließen lassen. Der Empfänger 5 besitzt wiederum einen Ständer
mit
einer dreiphasigen Drehstromwicklung 13, 14, 15. Sein Läufer ist mit einer Enphasenwicklung
7 versehen, die an die Ausgangsklemmen angeschlossen ist. Vom Geber her werden.
Wechselströme zu der Ständerwicklung des Empfängers übertragen, die im Empfänger
ein magnetisches Wechselfeld aufbauen. Dieses ändert seine räumliche Lage entsprechend
der Drehung des Gebers. Der Wechselfluß induziert in der Läuferwicklung 7 des Empfängers
eine Regelspannung Ux. Die Regelspannung ist Null, wenn die Stellungen der beiden
Läufer 6 und 7 im Geber und Empfänger um genau go° gegeneinander verdreht sind.
Die größte Spannung Ux wird entstehen, wenn beide Läufer übereinstimmende Stellungen
haben. Die induzierte Regelspannung U" des Empfängers ist nach einer Sinusfunktion
proportional dem Winkelunterschied zwischen den Stellungen des Gebers und des Empfängers,
also proportional dem Wegfehler. Je nachdem, ob der Wegfehler des Empfängers gegenüber
dem Geber vor- oder nacheilend ist, wechselt die Regelspannung U" ihre Phasenlage
um 18o0,.
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Die Regelspannung U" kann nun gemäß Fig. 3 dazu dienen, über einen
Röhrenverstärker 2o und einen Maschinenverstärker 23, 24 die Ausgangswelle 2 von
einem Verstellmotor 25 anzutreiben. Die übrigen Bezeichnungen sind dieselben wie
bisher. Die vom Empfänger 5 entsprechend den bisherigen Erläuterungen gelieferte
Regelspannung U,, wird dem Röhrenverstärker 2o zugeführt, an den wiederum zwei Teile
21, 22 der Erregerwicklung eines Gleichstromgenerators 23 angeschlossen sind. Dieser
speist den Verstellmotor 25, der von der Wicklung 26 aus konstant erregt wird. Der
Generator 23 wird von einem Motor 24 konstanter Geschwindigkeit angetrieben. Die
von dem Verstell-
Da dieses Ergebnis in vielen Fällen nicht genügt, müssen Grob- und Feinsystem angewendet
werden. Eine Schaltung dieser Art ist schematisch in Fg. 4 dargestellt. Mit der
Eingangswelle r wird ein Feingeber 3' gekuppelt und zugleich mit einer Untersetzung
ein Grobgeber 3. Mit der gleichen Untersetzung werden mit der Ausgangswelle 2 ein
Grobempfänger 5 und ein Feinempfänger 5' gekuppelt, so daß jetzt eine Feinregelspannung
Uxf und eine Grobregelspannung Uxg für den Verstärker 2o zur Verfügung stehen. Hat
die Welle r bei abgeschal-
Wenn der Empfänger auch im umgekehrten Drehsinn in die Stellung des Gebers einlaufen
darf, so ist der Fehler nach dem obigen Beispiel
motor 25 betätigte Ausgangswelle 2 dreht über eine schematisch angedeutete Rückführung
27 den Läufer des Empfängers 5. Stimmen die Drehwerte der Wellen r und 2 überein,
so ist die Regelspannung U., Null. Andernfalls muß die Regelspannung Ux über den
Röhrenverstärker 2o den Generator 23 so erregen, daß der Verstellmotor 25 im richtigen
Sinn folgt. Der Generator 23 trägt zu diesem Zweck die Difterentialerregerwicklung
2r, 22. Für die eine Drehrichtung des Verstellmotors wird eine Feldwicklung 2 z
des Generators verstärkt und die andere Feldwicklung 22 geschwächt. Für die andere
Drehrichtung liegen die Verhältnisse umgekehrt. Der Verstärker 2o muß je nach der
Phasenlage der Regelspannung U, die eine oder andere Erregerwicklung erregen. Da
die Spannung U" in ihrer Größe bei kleinem Wegunterschied etwa proportional dem
Wegfehler ist, muß bei steigender Spannung U" die Ankerspannung vergrößert werden,
damit der Verstellmotor 25 schneller läuft und die Regelabweichung eine bestimmte
Größe nicht überschreitet. Diese notwendige Regelabweichung zur Aussteuerung des
Verstärkers soll möglichst klein sein, was dann erreicht wird, wenn,die Spannung
Uz bei steigenden Wegfehlern einen hohen Verstärkungsgrad aufweist. Gegebenenfalls
kann die vom Generator 23 an den Verstellmotor 25 gelieferte Spannung über eine
schematisch angedeutete Rückführung 28 auf den Verstärker 2o zurückgekoppelt werden.
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Die Förderung nach gleichen Wegen von Geber und Empfänger kann mit
einem System nur erfüllt werden, wenn die Drehung des Gebers unter r8o° bleibt.
Wenn., wie es den tatsächlichen Verhältnissen etwa entspricht, die bleibende Regelabweichung
z. B. ± 2° beträgt, ist der kleinste prozentuale Wegfehler tetem Empfänger einen
bestimmten Weg zurückgelegt, bei dem der Feingeber 3' viele Umdrehungen ausgeführt
hat, der Grobgeber 3 aber um höchstens 18o° gedreht wurde, so muß der Verstärker
2,o mit dem Nachlaufregler so arbeiten, daß er zuerst .die Grobregelabweichung beseitigt,
bis zunächst Uxg. Null wird und danach auch die Feinregelspannung U, f auf Null
zurückgeht.
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Bei einer übersetzung zwischen Grob- und Feinsystem von z : 21 ergibt
sich ein `wesentlich kleinerer prozentualer Wegfehler Bisher war es üblich, den
Grobgeber und Grobempfänger als IC-raftgeber auszubilden, so daß der Empfänger in
der Lage ist, Relaiskontakte zu schließen. Diese schalten die Feinregelspannung
Uxf ab und steuern den Nachlaufregler -auf konstante maximale Geschwindigkeit aus.
Eine andere Möglichkeit
besteht darin., die .Grobregelspannung
U,9 phasenmäßig gleichzurichten. und damit ein Relais zu speisen, das mit seinen
Kontakten die Abschaltung des Feinsystems und die maximale Aussteueerung des Verstärkers
übernimmt.
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Die Erfindung zeigt einen neuen Weg, und zwar eine Anordnung zur kontaktlosen
Umschaltung von Grob- auf Feinregelung, und umgekehrt, bei Wechselstrom-Fernverstellantrieben
mit Hilfe einer unmittelbaren Reihenschaltung der in Abhängigkeit von den auszuregelnden
Wegunterschieden und (oder) von der vorgegebenen Verstellgeschwindigkeit erzeugten
Grob- und Feinregelwechselspannungen, wobei die Feinregelspannung mit Hilfe gegensinnig
parallel geschalteter Ventilstrecken mit spannungsabhängigem Stromdurchlaßwiderstand
in ihrer Amplitude derart begrenzt ist, daß die aus Grob-und Feinregelspannung resultierende
Steuerspannung ihre Phasenzuordnung zur Netzspannung bei wachsendem Stellungsunterschied,
abgesehen von der Nullage und der um i8o° am Grobsystem versetzten Lage, nicht ändert.
Erfindungsgemäß wird die der Additionsschaltung, z. B. einem Transformator, über
die gegensinnig parallel geschalteten Ventilstrecken zugeführte Feinregelspannung
vor den Ventilstrecken mittels eines Übertragers so hoch transformiert, daß der
Sättigungsstrom der Dioden bereits bei solchen Feinspannungsamplituden erreicht
wird, die einem sehr kleinen Fehlwinkel entsprechen, z. B. einem Winkel von etwa
2°, gemessen an der Welle des Feinübertragungssystems.
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Diese rein elektrische Überlagerung der Grob-und Feinregelspannungen
UYf und U", kann auf folgende Weise erreicht werden: Da Grob- und Feinempfänger
gleich gebaut sind, wird die Feinregelspannung Uxf ihr Maximum bei einer Drehung
der Welle a um go° erreichen. Die Grobregelspannung Uxg. wird ihr Maximum dagegen
erst bei einer Drehung der Welle i um 21 - go° erreichen, wenn, wie oben vorausgesetzt,
die Untersetzung i : 21 beträgt. Die Grobregelspannung U,",. steigt also wesentlich
langsamer an als die Fe-inregelspannung Uxf, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Gelingt
es jedoch, die Feinregelspannung U, i grundsätzlich auf einen kleinen Wert
Umax zu beschränken, so wird sehr schnell Uxgi Umas werden. Es ist nun möglich,
beide Regelspannungen zu überlagern, woraus sich eine resultierende Regelspannung
Ures (Fig. 6) ergibt. Bei Drehung des Feingebers über i8o° hinaus verkleinert U.xf
den Wert von Uxg. Damit er aber positiv bleibt, muß Uxg eine gewisse Steilheit zeigen.
Die Übersetzung zwischen Grob- und Feingeber ist praktisch auf i : 21 beschränkt.
Kleinere Übersetzungen sind dagegen zulässig. Außerdem müssen beide Regelspannungen
immer gleichsinnig durch Null gehen, und es müssen zwischen Grob-und Feinsystem
immer ungerade Übersetzungen gewählt werden, damit bei einer Differenz der Stellungen
der beiden Grobsysteme von i8o° keine stabile Nullage der Feinsysteme vorhanden
ist.
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Eine Schaltung gemäß der Erfindung ist in Fig. 7 schematisch dargestellt,
wobei Ein- und Ausgangswelle, Feinregelsystem, u. dgl. der besseren übersicht halber
weggelassen sind. Der Verstärker enthält einen Transformator mit der Eingangswicklung
4o für die Feinregelspannung Urf und einen weiteren Transformator mit der Eingangswicklung
45 für die Grobregelspannung LT"g. Die Sekundärwicklungen für die Feinregelspannung
sind mit 41, 42 bezeichnet. Parallel dazu sind Glimmlampen 43, 44 geschaltet. Der
Transformator für die Grobregelspannung besitzt vier Sekundärwicklungen 46, 47,
48, 49. Ferner enthält der Verstärker die Röhren So, 5i, 52, 53, deren Steuergitter
jeweils an: eine der Sekundärwicklungen des Transformators für U" angeschlossen
ist. Wenn der Feinfehler eine gewisse Größe erreicht hat, zünden die Glimmlampen
und verhindern ein weiteres Ansteigen von Uff. Nach Zünden der Glimmlampen ist allein
die Grobregelspannung U,g maßgebend für die Aussteuerung des Verstärkers.
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Da die Amplitudenbegrenzung der Feinregelspannung jedoch schon bei
sehr kleinen Spannungen, z. B. bei U, f = 3 V, einsetzen muß und die Glimmlampe
erst bei etwa 70 V anspricht, muß die Sekundärwicklung, die die Diode speist,
bei Uxf = 3 V auf mindestens 7o V herauftransformiert werden. Eine andere
Möglichkeit, die Amplitudenbegrenzung von Uxf durchzuführen, besteht darin, den
spannungsabhängigen Durchlaßwiderstan@d gegensinnig parallel geschalteter Ventilstrecken
auszunutzen. Zum Beispiel können, wie in Fig. 8 gezeigt, zwei Trockengleichrichter
6o, 61 parallel zur Primärwicklung 4o des Transformators für Uxf geschaltet werden.
Ist die Regelspannung Uxf sehr klein, so wird nur ein sehr kleiner Reststrom durch
die Gleichrichter fließen. Übersteigt dagegen Uxf einen bestimmten Spannungswert,
so fließt ein Kurzschlußstrom durch die Gleichrichter, und die Primärspannung des
Transformators kann über den Spannungsabfall an dem nunmehr kleinen inneren Widerstand
des Trockengleichrichters nicht ansteigen.