DE857289C - Electrical calculator or measuring device - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Rechen- oder Meßgeräte, die mit niederfrequentem Wechselstrom arbeiten.The invention relates to electrical computing or measuring devices that operate with low-frequency alternating current work.

Der Zweck des errmdungsgemäßen Gerätes ist die Erzeugung einer Ausgangswechselspannun'g, die a) sich in der Amplitude wesentlich proportional zu einer niederfrequenten Eingangswechselspannung ändert und im wesentlichen mit dieser in Phase bleibt und die weiterhin b) sich im wesentlichenThe purpose of the grounded device is the generation of an output alternating voltage which a) is essentially proportional in amplitude changes to a low frequency AC input voltage and is essentially in phase with it remains and which continues b) essentially

ίο proportional zum Kosinus eines veränderlichen Winkels ändert. Ein evnnduii'gsgemäßes Gerät weist zu diesem Zweck einen gegengekoppelten Verstär- j ker auf, an den die Eingangsspannung gelegt wird, und ein Eisenkerngoniometer, das so ausgebildet ist, daß es auf den genannten Winkel eingestellt werden kann, wobei dieses Goniometer eine an die Ausgaiigsbelastiiivg des Verstärkers angeschlossene Primärwicklung und eine Hilfssekundärwicklung aufweist, die mit dieser Primärwicklung gekoppelt und so angeordnet ist, daß sie die gegenkoppelnde Spannung für den Verstärker in einer Hö'he erzeugt, die nahezu gleich der Eingangsspannung ist. Eine praktische Form des Niederfrequenzgoniometers mit Eisenkern ist als mag-slip resolver bekannt. Diese Vorrichtung weist im allgemeinen gegeneinander drehbare Stator- und Rotorelemente auf, die beide je einen Eisenkern und zwei um. 90⁰ gegeneinander versetzte Wicklungen haben. Wenn an eine der Wicklungen des einen Elementes, z. B. des Stators, eine konstante Wechselspannung angelegt wird, so ist die in einer der Windungen des anderen Elementes, des Rotors, erzeugte Spannung proportional dem Sinus des Winkels, auf den der Rotor relativ zum Stator eingestellt ist, und die er-ίο changes proportionally to the cosine of a variable angle. A device according to the invention has for this purpose a counter-coupled amplifier to which the input voltage is applied, and an iron core goniometer which is designed so that it can be set to the angle mentioned, this goniometer being connected to the output voltage of the amplifier has connected primary winding and an auxiliary secondary winding which is coupled to this primary winding and arranged so that it generates the negative feedback voltage for the amplifier at a height which is almost equal to the input voltage. One convenient form of the low frequency iron core goniometer is known as a mag-slip resolver. This device generally has stator and rotor elements which can be rotated against one another, both of which have an iron core and two around. 90 ⁰ staggered windings. When one of the windings of one element, e.g. B. the stator, a constant alternating voltage is applied, the voltage generated in one of the turns of the other element, the rotor, is proportional to the sine of the angle to which the rotor is set relative to the stator, and the

zeugte Spannung in der anderen Rotorwicklung ist proportional dem Kosinus des genannten Winkels. Wenn außerdem der anderen Statorwicklung eine konstante Wechselspannung zugeführt wird, so werden in den Rotorwicklungen zusätzliche Spannungen erzeugt, die proportional zum Kosinus bzw. Sinus des genannten Einstellungswinkels sind. Wenn die Amplituden der an die Statorwicklungen angelegten Spannungen geändert werden, soThe voltage generated in the other rotor winding is proportional to the cosine of the angle mentioned. In addition, if a constant alternating voltage is supplied to the other stator winding, then so additional voltages are generated in the rotor windings that are proportional to the cosine or sine of said setting angle. When the amplitudes of the stator windings applied voltages are changed so

ίο erzeugt die nicht lineare magnetische Charakteristik der Eisenkerne Änderungen des Phasenwinkels mit der Amplitude, und die in den Rotorwicklungen erzeugten Spannungen werden sich nicht genau proportional zu den an die Statorwicklungen angelegten Spannungen ändern. Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist die Überwindung dieser Schwierigkeit.ίο creates the non-linear magnetic characteristic the iron cores changes in phase angle with amplitude, and those in the rotor windings The voltages generated will not be exactly proportional to those across the stator windings change applied voltages. A main object of the invention is to overcome this difficulty.

Wenn ein mag-slip resolver in der erfindungsgemäßen Anordnung benutzt wird, so bringt man die Hilfssekundärwicklung auf demselben Element (Stator oder Rotor) wie die zugeordnete Primärwicklung an. Sollem die beiden um 90°' gegeneinander versetzten Primärwicklungen beide gemäß der Erfindung benutzt werden, so sieht man zwei Hilfssekundärwicklungen vor, die beide räumlich in Phase mit der Primärwicklung in dem Kreise liegen, in dem sie die Kopplung bewirken sollen.If a mag-slip resolver is used in the arrangement of the invention, one brings the auxiliary secondary winding on the same element (stator or rotor) as the associated primary winding at. Should the two primary windings offset from one another by 90 °, both according to of the invention are used, one sees two auxiliary secondary windings, both spatially in Phase with the primary winding lie in the circle in which they are to effect the coupling.

Die Zeichnung zeigt ein Schaltschema einer elektrischen Rechenvorrichtung gemäß der Erfindung.The drawing shows a circuit diagram of an electrical computing device according to the invention.

Der Zweck dieses Gerätes ist die Erzeugung von zwei Ausgangswechselspannungen U₁ und U₂, deren Amplituden zu zwei Eingangs wechsel spannungen V₁ und V₂ gemäß folgenden Gesetzen in Beziehung stehen:The purpose of this device is to generate two AC output voltages U ₁ and U ₂ , the amplitudes of which are related to two AC input voltages V ₁ and V ₂ according to the following laws:

CZ₁ = V₁ cos Θ — V₂ sin Θ, CZ ₁ = V ₁ cos Θ - V ₂ sin Θ,

U₂ = V₁ sin Θ + V₂ cos Θ, U ₂ = V ₁ sin Θ + V ₂ cos Θ,

wo Θ der Einstellwinkel des Rotors eines mag-slip resolvers 5 in bezug auf dessen Stator ist. Die Spannungen U₁, U₂, V₁, V₂ haben alle dieselbe niedrige Frequenz und dieselbe Phase.where Θ is the setting angle of the rotor of a mag-slip resolver 5 in relation to its stator. The voltages U ₁ , U ₂ , V ₁ , V ₂ all have the same low frequency and the same phase.

Die Eingangsspantiungen V₁ und V₂ sind an beweglichen Abzweigungen von Autotransformatoren 20, 21 mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis abgegriffen, die an eine gemeinsame Wechselstromspeisequelle 22 von konstanter niedriger Frequenz, z. B. 50 Hz, angeschlossen sind. Die Anzapfungen der Autotransformatoren können fortlaufend und unabhängig voneinander entweder mit der Hand oder automatisch bewegt werden, so daß¹ die Spannungen V₁ und V₂, obgleich sie in Phase miteinander bleiben, in ihrer Amplitude fortlaufend proportional zu zwei sich unabhängig voneinander ändernden Größen χ und y geändert werden, für die sie dann dauernd ein Maß darstellen.The input voltages V ₁ and V ₂ are tapped at movable branches of autotransformers 20, 21 with variable transformation ratios, which are connected to a common alternating current supply source 22 of constant low frequency, e.g. B. 50 Hz, are connected. The taps of the autotransformer can continuously and independently of each other either by hand or automatically moved so that ^1, the voltages V ₁ and V _2, although they remain in phase with each other, χ in its amplitude continuously proportional to two independently varying sizes, and y can be changed, for which they then represent a permanent measure.

Die Primärwicklungen 6 und 7 des mag-slip resolvers 5 sind beide auf dem Stator angeordnet und gegeneinander um 90⁰ verdreht, so daß in keiner von ihnen durch den Fluß, der durch die Erregung der andern induziert wird, eine Spannung erzeugt wird. Die normalen Sekundärwicklungen 8 und 9 sind beide auf dem Rotor angeordnet und in ähnlicher Weise in einem Winkel von 90⁰ gegeneinander versetzt. In diesen Sekundärwicklungen werden Spannungen durch die Flüsse erzeugt, welche in den Eisenkernen bei der Erregung der Primärwicklungen 6 und 7 induziert werden. Die in den Wicklungen 8 und 9 erzeugten Spannungen U₁ bzw. U₂ sind näherungsweise durch die Gleichung gegebenThe primary windings 6 and 7 of the mag-slip resolvers 5 are both arranged on the stator and against one another by 90 ⁰ twisted, so that a voltage is generated in none of them by the flow induced by the excitation of another. The normal secondary windings 8 and 9 are both disposed on the rotor and offset from each other in a similar manner at an angle of 90 ^0th In these secondary windings, voltages are generated by the fluxes which are induced in the iron cores when the primary windings 6 and 7 are excited. The voltages U ₁ and U ₂ generated in the windings 8 and 9 are approximately given by the equation

U₁ = V_e cos Θ — V₁ sin Θ, U₂ = V₆ sin Θ + V₁ cos Θ, U ₁ = V _e cos Θ - V ₁ sin Θ, U ₂ = V ₆ sin Θ + V ₁ cos Θ,

wo V₆ und V₁ die Wechselspannungen an den Wicklungen 6 und 7 sind. Diese Gleichungen würden nur in dem Fall genau stimmen, daß der Widerstand in den Primärwicklungen 6 und 7 Null ist; in der Praxis verursachen die Magnetisierungsströme in diesen Wicklungen Widerstandserniedrigungen, die Fehler einführen.where V ₆ and V _{1 are} the AC voltages on windings 6 and 7. These equations would only be correct in the event that the resistance in the primary windings 6 and 7 is zero; in practice, the magnetizing currents in these windings cause resistance decreases which introduce errors.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind Hilfssekundärwicklungen 10 und 11 vorgesehen. Diese sind auf dem Stator koaxial mit den Primärwicklungen 6 bzw. 7 angeordnet und werden dazu benutzt, gegenkoppelnde Spannungen zu erzeugen, die im wesentlichen den tatsächlich in den beiden senkrechten Axialrichtungen induzierten Flüssen proportional und um 90⁰ dagegen verschoben sind. Die Wicklungen 6 und 10 können als Bifilarwkklung zusammengewickelt sein, und dasselbe gilt für die Wicklungen 7 und 11.In the arrangement according to the invention, auxiliary secondary windings 10 and 11 are provided. These are arranged on the stator coaxially with the primary windings 6 and 7 respectively, and are used to generate gegenkoppelnde voltages actually induced in the two perpendicular axial directions flows are proportional shifted by 90 ⁰ on the other hand substantially. The windings 6 and 10 can be wound together as a bifilar winding, and the same applies to the windings 7 and 11.

Die Primärwicklungen 6 und 7 werden von den Eingangswechselspannungen V₁ und V₂ über Glühkathodenröhrenverstärker 12, 13 erregt. Diese sind als abgeänderte Kathodensteuerungsverstärker dargestellt; es können jedoch an Stelle dessen auch andere Verstärkerarten benutzt werden, z. B. solche, bei denen die Ausgänge an Anodenbelastungen erzeugt werden. Wenn Kathodenbelastungen gewählt werden, können die Primärwicklungen 6 und 7 unmittelbar zur Bildung dieser Belastungen miteinander verbunden werden, vorausgesetzt, daß ihre Impedanz genügend groß ist. Normalerweise wird man es jedoch vorziehen, sie als Kathodenbelastungen über Ausgangstransformatoren einzuschalten, wie sie bei 23 und 24 dargestellt sind und die gleichzeitig dazu dienen, Gleichstrom von den Primärwicklungen'6 und 7 fernzuhalten. In jedem Fall sind die Belastungen vorzugsweise durch Parallelkondensatoren 14 und 15 auf die Frequenz der Stromquelle 22 abgestimmt. The primary windings 6 and 7 are excited by the input alternating _{voltages V 1} and V ₂ via hot cathode tube amplifiers 12, 13. These are shown as modified cathode control amplifiers; however, other types of amplifiers can be used instead, e.g. B. those in which the outputs are generated at anode loads. If cathode loads are chosen, the primary windings 6 and 7 can be directly connected to form these loads, provided that their impedance is sufficiently large. Normally, however, it will be preferred to switch them on as cathode loads via output transformers, as shown at 23 and 24, which also serve to keep direct current away from the primary windings 6 and 7. In any case, the loads are preferably matched to the frequency of the current source 22 by parallel capacitors 14 and 15.

Die Hilfssekundärwicklungen 10 und 11 sind gegenkoppelnd zurück an die Eingangsseiten der Verstärker 12 und 13 gelegt. Die von den Hilfs-Sekundärwicklungen 10 und 11 in Opposition zu den Eingangsspannungen V₁ und V₂ zurückgeführten Spannungen sind in Amplitude und Phase nahezu gleich diesen Eingangsspannungen. Wenn die Wicklungen 10 und 11 hierfür passend bemessen sind, können sie unmittelbar an die Eingangskreise angeschlossen sein; in der Zeichnung sind sie jedoch über Spannungstransformationsvorrichtungen 16 und 17 angeschlossen, die zur Erreichung dieses Z\veckes das richtige Über-Setzungsverhältnis hat>en. Die Vorrichtungen 16The auxiliary secondary windings 10 and 11 are fed back to the input sides of the amplifiers 12 and 13 with negative feedback. The voltages fed back by the auxiliary secondary windings 10 and 11 in opposition to the input voltages V ₁ and V ₂ are almost identical in amplitude and phase to these input voltages. If the windings 10 and 11 are dimensioned appropriately for this, they can be connected directly to the input circuits; In the drawing, however, they are connected via voltage transformation devices 16 and 17, which have the correct transmission ratio to achieve this point. The devices 16

und 17 können Spannungsaufwärts- oder -abwärtstransformatoren oder -autotransformatoren mit hohen Impedanzen sein und können, mit Alitteln zur Einstellung ihrer Übersetzungsverhältnisse versehen sein. Λ11 ihrer Stelle können auch Widerstandsglieder oder Glühkathodenröhrenverstärker benutzt werden.and 17 can step up or step down transformers or autotransformers with high impedances and can, with all means be provided for setting their gear ratios. Λ11 Resistance elements can also be used in their place or hot cathode tube amplifiers can be used.

Die Vektordifferenzspannungen zwischen a) den Spannungen F₁ und F₂, die von den Potentiomeiern 20 und 21 abgegriffen sind, und b) den Ausgangsspannungen der Vorrichtungen 16 und 17 sind als Eingänge vorzugsweise mittels Spannungsaufwärtstransformationsvorrichtungen 18 und 19 an die Verstärker 12 und 13 gelegt. Je größer die von den Vorrichtungen 18 und 19 und den Verstärkern 12 und 13 gelieferte Spannungsaufwärtstransformierung ist, desto genauer ist die Kompensation der Fehler, die von den Magnetisierungsströmen im mag-slip resolver 5 hervorgerufen werden.The vector difference voltages between a) the voltages F ₁ and F ₂ , which are tapped from the potentiometers 20 and 21, and b) the output voltages of the devices 16 and 17 are applied as inputs, preferably by means of voltage step-up transformation devices 18 and 19, to the amplifiers 12 and 13. The greater the voltage step-up transformation supplied by the devices 18 and 19 and the amplifiers 12 and 13, the more accurate the compensation for the errors caused by the magnetizing currents in the mag-slip resolver 5.

Die Vorrichtungen 18 und 19 können Transformatoren sein; vorzugsweise sind sie jedoch Hochleistungsglühkathodenröhrenverstärker. Naturgemäß muß darauf geachtet werden, daß in keiner dieser Vorrichtungen bei irgendeiner Frequenz innerhalb des Bereiches, in dem die Verstärkung des Kopplungssystems den Wert 1 übersteigt, eine Phasenumkehr erfolgt; sonst würde das System instabil sein.The devices 18 and 19 can transformers be; however, they are preferably high power incandescent cathode tube amplifiers. Naturally Care must be taken that in none of these devices at any frequency within the range in which the gain of the coupling system exceeds the value 1, one Phase reversal occurs; otherwise the system would be unstable.

Unabhängig von der benutzten Art der Vorrichtungen 16 und 17 und der Vorrichtungen 18 und 19 ist es wichtig, daß die Hilfssekundärwicklungen 10 und 11 nicht merklich belastet werden. Bei einigen Anwendungen der Erfindung kann es außerdem wichtig sein, daß die Quellen der Eingangsspannungen F₁ und F₂ nicht merkbar belastet werden.Regardless of the type of devices 16 and 17 and devices 18 and 19 used, it is important that the auxiliary secondary windings 10 and 11 are not noticeably stressed. In some applications of the invention it may also be important that the sources of the input voltages F ₁ and F ₂ not be appreciably stressed.

Wenn die Spannung der Wechselstromquelle 22 konstant ist, können die Ausgangsspannungen U₁ und U₀ durch einfache Voltmeter gemessen werden. Wenn jedoch die Möglichkeit einer Änderung der Spannung der Speisequelle besteht, werden die Spannungen U₁ und U₂ vorzugsweise durch Nullabgleich gegen Spannungen gemessen, die von Spannungsteilern abgegriffen werden, welche die Stromquelle 22 überbrücken. Die erfindungsgemäße Anordnung sorgt dafür, daß die Spannungen U₁ und U₉ l>eide in Phase mit der Spannung der Stromquelle 22 sind.If the voltage of the alternating current source 22 is constant, the output voltages U ₁ and U ₀ can be measured by simple voltmeters. If, however, there is a possibility of changing the voltage of the supply source, the voltages U ₁ and U _{2 are} preferably measured by zero balancing against voltages that are tapped from voltage dividers that bypass the current source 22. The arrangement according to the invention ensures that the voltages U ₁ and U _{9 are} both in phase with the voltage of the current source 22.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung sind die Rotorwicklungen 8 und 9 des magslip resolvers 5 zu diesem Zweck über Nullinstrumente 2~, und 26 in sich verbunden, die an abgegriffene Teile der veränderlichen Autotransformatoren 2J und 28 gelegt sind. Wenn die Abgriffe der Autotramsformatoren 27 und 28 gleichförmig so bewegt werden, daß an den Meßgeräten 25 und 26 die Xulleinstellungen aufrechterhalten werden, dann stellen die Übersetzungsverhältnisse der Transformatoren 2" und 28, die mit geeigneten Skalen gemessen werden können, ständig unabhängig von Änderungen der Spannung der Stromquelle 22 (x · cos Θ — y · sin Θ) und (x · sin Θ + y · cos Θ) dar.In the arrangement shown in the drawing, the rotor windings 8 and 9 of the magslip resolver 5 are connected for this purpose via null instruments 2 ~, and 26, which are connected to tapped parts of the variable autotransformers 2J and 28. If the taps of the autotramsformatoren 27 and 28 are moved uniformly so that the Xull settings are maintained on the measuring devices 25 and 26, then the transformation ratios of the transformers 2 " and 28, which can be measured with suitable scales, are constantly independent of changes in the voltage of the current source 22 (x · cos Θ - y · sin Θ) and (x · sin Θ + y · cos Θ).

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: i. Gerät zur Erzeugung einer Ausgangswechselspannung (U₁ oder U₂), die a) im Vergleich zu einer niederfrequenten Eingangswechselspannung (F₁ oder F₂) sich in der Am-plitude im wesentlichen proportional ändert und zu ihr im wesentlichen in Phase bleibt und die sich weiterhin b) proportional zum Kosinus eines veränderlichen Winkels (θ) ändert, gekennzeichnet durch einen gegengekoppelten Verstärker (12 oder 13), an den diese Eingangsspannung (F₁ oder F₂) angelegt ist» undein Eisenikerngoniometer (5), das derart ausgebildet ist, daß es auf den Winkel (Θ) eingestellt werden kann, wobei dieses Goniometer (5) eine Primärwicklung (6 oder 7), die als Ausgangsbelastung eines Verstärkers (12) geschaltet ist, und eine Hilfssekundärwicklung (10 oder 11) hat, die mit der Primärwicklung gekoppelt und so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie die gegenkoppelnde Spannung für den Verstärker erzeugt, welche nahezu gleich der Eingangsspannung (F₁ oder F₂) ist. i. Device for generating an output AC voltage (U ₁ or U ₂ ), which a) in comparison to a low-frequency input _{AC voltage (F 1} or F ₂ ) changes in amplitude essentially proportionally and remains essentially in phase with it and which changes furthermore b) changes proportionally to the cosine of a variable angle (θ) , characterized by a negative feedback amplifier (12 or 13) to which this input voltage (F ₁ or F ₂ ) is applied and an iron core goniometer (5) which is designed in such a way, that it can be set to the angle (Θ) , this goniometer (5) having a primary winding (6 or 7), which is connected as the output load of an amplifier (12), and an auxiliary secondary winding (10 or 11) which is connected to the Primary winding is coupled and arranged and designed so that it generates the negative feedback voltage for the amplifier, which is almost equal to the input voltage (F ₁ or F ₂ ). 2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Ausgangsspannung (U₁ oder C₂) sich im wesentliehen proportional zu F₂ · cos Θ + F₁ · sin Θ oder zu F₁ · cos Θ — F₂- sin Θ, wo Θ der genannte veränderliche Winkel und F₁ und F₂ die Amplituden der Eingangsspannungen sind, die unabhängig voneinander in der Amplitude veränderlich sind, aber die gleiche niedrige Frequenz und dieselbe Phase haben, ändert, gekennzeichnet durch zwei gegengekoppelte Verstärker (12 und 13), an deren Eingänge die zugeordneten Eingangsspannungen F₁ und F₂ gelegt sind, und dadurch, daß das Goniometer (5) zwei Primärwicklungen (10 und 11) aufweist, die um 90⁰ gegeneinander versetzt und als Ausgangsbelastungen an die zugehörigen Verstärker (12 und 13) angeschlossen sind und zwei Hilfswicklungen (10 und 11) haben, von denen je eine an eine der Primärwicklungen angeschlossen und so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie die gegenkoppelnden Spannungen für die zugeordneten Verstärker (12 und 13) erzeugt.2. Apparatus according to claim 1, in which the output voltage (U ₁ or C ₂ ) is essentially proportional to F ₂ · cos Θ + F ₁ · sin Θ or to F ₁ · cos Θ - F ₂ - sin Θ, where Θ said variable angle and F ₁ and F _{2 are} the amplitudes of the input voltages, which are independently variable in amplitude, but have the same low frequency and the same phase changes, characterized by two negative feedback amplifiers (12 and 13), at which Inputs the associated input voltages F ₁ and F ₂ are applied, and in that the goniometer (5) has two primary windings (10 and 11) which ^{are offset from one another by 90 0} and are connected as output loads to the associated amplifiers (12 and 13) and two auxiliary windings (10 and 11), one of which is connected to one of the primary windings and is arranged and designed so that it generates the negative feedback voltages for the associated amplifiers (12 and 13). 3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Verstärker ein Glühkathodenröhrenverstärker ist, wobei die zugeordnete Primärwicklung (6 oder 7) als Kathodenbelastung geschaltet ist.3. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that each of the Amplifier is a hot cathode tube amplifier, with the associated primary winding (6 or 7) is connected as cathode load. 4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Primärwicklungen durch einen Parallelkondensator angenähert auf die im wesentlichen konstante Frequenz der Eingangsspannung abgestimmt ist.4. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that each of the Primary windings approximated to the essentially constant by a parallel capacitor Frequency of the input voltage is matched. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings θ 5513 11.52θ 5513 11.52