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Anordnung zur Fernsteuerung von Gegenständen mit Hilfe von Steuersystemen
in Synchronbauart Die Erfindung bezieht sich auf die Fernsteuerung von Gegenständen
oder die Fernanzeige von, Winkelstellungen mit Hilfe von Systemen in Synchronbauart,
den sogenannten Drehwandlersystemen, wie sie für solche Zwecke schon vielfach bekanntgeworden
sind, insbesondere auf solche Anordnungen, bei denen sowohl der Geber als auch der
Empfänger aus einem Grohregelsystem undi einem Fernsteuersystem besteht. Grob- und
Feinsystem arbeiten dabei bekanntlich in grundsätzlich der gleichen Art, sind jedoch
beim Geber wie beim Empfänger miteinander über ein Getriebe mit gleichem Übersetzungsverhältnis
gekuppelt. Solche Drehwandlersysteme haben die besondere Eigenschaft, daß die durch
die Übertragungseinrichtung erzeugten, dem Einstellunterschied zwischen Geber und
Empfänger verhältigen induzierten Spannungen bzw. die entsprechenden Ausgleichströme
nicht nur dann verschwinden, wenn Geber und Empfänger die gleiche Stellung einnehmen,
sondern auch bei einem Stellungsunterschied von z8o° (dies gilt selbstverständlich
in gleicher Weise für das Grob- wie für das Feinsystem).
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Um nun zu vermeiden, daB bei Grob-Fein-Systemen in der um 18o° verschobenen
Stellung,
bezogen auf die Grobsteuerwelle, eine stabile Einstellung
durch das Feinsystem entsteht, hat man an anderer Stelle schon vorgeschlagen, das
Übersetzungsverhältnis zwischen Grob- und Feinsystem ungeradzahlig zu machen; denn
in diesem Fall fällt mit dem labilen Einstellpunkt des Grobreglers auch ein labiler
Einstellpunkt des Feinreglers in, der i 8o°-Lage zusammen, so daß es für die gegenseitige
Stellung von Geber und Empfänger tatsächlich nur eine einzige stabile Lage gibt.
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Es ist jedoch aus Gründen der größeren Einfachheit im Gesamtaufbau
und mit Rücksicht auf die vielfach geforderte Unterteilung der Ableseskala nach
ganz bestimmten Genauigkeitsgraden (z. B. je 36o°, io°, i° usf.) häufig zweckmäßig,
wenn die Übersetzungsverhältnisse zwischen Grob- -und Feinsystem geradzahlig gewählt
werden können. In diesem Fall stellen sich Geber und Empfänger stabil auch in der
i8o°-Lage der Grobsteuerwelle ein; wenn die gewöhnlich angewendete Grob-Fein-SchaItung
Penutzt wird, bei der die Feinsteuerung wirksam wird, sobald die Grobregelspännung
einen bestimmten,' Grenzwert unterschreitet. Es sind auch für geradaahliges Übersetzungsverhältnis
anderweitig schQp Schalteinrichtungen vorgeschlagen worden, dip mit Hilfe von mindestens
zwei Relais und einer oder mehreren Hilfsspannungen die Feinsteuerspannpng in dem
kritischen Gebiet unwirk sam macheli', in welchem eine stabile Einstellung auf die
i8o°-Lage vermieden werden muß.
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Die Erfindung betrifft eine verbesserte Lösung der gleichgli Aufgabe
und erlaubt es, die unerwünschte Wirkung der Feinregelspannung in -dem Gebiet um
die i8o°-Lage auszuschalten, und zwar ohne daß hierzu ein besonderes Hilfsrelais
notwendig wäre.
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Erfindungsgemäß wird der Erregerwicklung des allein vorgesehenen Umschaltrelais
für Grob- und Feinsteuerung bzw. einer die Erregerwicklung beeinflussenden Steuerschaltung
nicht wie bei den bisher bekannten Einrichtungen die Grobspannung selbst zugeführt,
sondern eine Spannung, welche sich aus mindestens zwei Teilspannungen zusammensetzt.
Die eine dieser Teilspannungen wird aus der Grobspannung durch Zweiweg-Gleichrichterwirkung
gewonnen, setzt sich also aus lauter gleichnamigen Spannungshalbwellen mit im wesentlichen
sinusförmiger Kurve zusammen. Die zweite wesentliche Teilspannung ist eine sinusförmige
Spannung gleicher Frequenz, die jedoch räumlich um 9o° gegenüber der Grobspannung
versetzt ist, d. h. derart, daß sie bei gegenseitiger Drehung von Geber und Empfänger
jeweils bei denjenigen Stellungen verschwindet, in welchen die Grobspannung ihr
Maximum aufweist. Als resultierende Spannung, bezogen auf die räumliche Verdrehung
zwischen Geber und Empfänger., ergibt sich je- 'I weils in jeder zeitlichen Halbwelle
eine sinusförmige Halbwellenkurve mit einer negativen Gleichspannungskomponente.
Der negativste Punkt dieser räumlichen Spannungskurve liegt ohne Änderung der unsymmetrischen
Form. (s. u.) in der einen zeitlichen Halbwelle bei der Nullage, in der anderen
zeitlichen Halbwelle in der 18o°-Lage der relativen Geber-Empfänger-Stellung. Es
braucht also erfindungsgemäß nur durch eine Einrichtung mit Ventilwirkung dafür
gesorgt zu werden, daß das Umschaltrelais nur durch Spannungen der richtigen zeitlichen
Halbwellen beeinflußt wird, um zu erreichen, daß die das Umschaltrelais beeinflussende
Spannung das Relais nur dann zum Ansprechen bringt bzw. die Einschaltung der Feinsteuerung-bewirkt,
wenn der Stellungsunterschied zwischen Geber und Empfänger tatsächlich sich der
Nullage genähert hat.
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Die Grundlagen des Erfindungsgedankens sowie ein Ausführungsbeispiel
für. die Ausgestaltung und Wirkungsweise der vorgeschlagenen Anordnung mögen im
folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Abbildungen beschrieben werden.
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In Abb. i ist ein Übertragungssystem dargestellt, das für die angegebenen
Zwecke vielfach verwendet wird und welches durch die vorgeschlagenen Einrichtungen
verbessert werden kann. Es besteht aus einem Geber i, dessen Prirriärwicklung i
i einphasig aus einem Wechselstromnetz 2 gespeist wird und .dessen Sekundärwicklung
12 dreiphasig ausgebildet ist, ferner aus einem gleichartigen Empfänger 2 mit dreiphasiger
Primärwicklung 22 und einer Sekundärwicklung 21, welche einphasig oder dreiphasig
sein kann. Die beiden dreiphasigen Wicklungen 12 und 22 sind aufeinander kurzgeschlossen:
Die Wicklung 2i des Empfängers möge beispielsweise beim Feinsystem einphasig sein,
beim Grobsystem dagegen dreiphasig, wobei zwischen den Klemmen u und
v die eigentliche Grobsteuerspannung und zwischen der Klemme w und dem künstlich
zu schaffenden Mittelpunkt der Spannung u-v eine dazu um 9o° räumlich versetzte
Spannung abgenommen werden kann.
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Unter der Annahme eines ungeradzahligen Übersetzungsverhältnisses
zwischen Grob- und Feinsystem ergeben sich die in Abb.2 dargestellten Spannungskurven
bei gegenseitiger Verdrehung von Geber und Empfänger. Die Kurve a stellt die Feinsteuerspannung,
die Kurve b die dem Emplänger 2 entnommene Grobsteuerspannung dar. Die Abbildung
zeigt, daB beim Stellungsunterschied a-ß = o° sowohl die Grob- wie die Feinspannung
positive Neigung besitzen, d. h. eine stabile Einstellung auf die Nullage bewirken.
Beim Stellungsunterschied a-ß = i8o° dagegen ist nur die Grobspann:ung b
labil, d. h., sie wird bei einer kleinen Auslenkung aus der 18o°-Lage in jedem Fall
Geber und Empfänger gegenseitig so verdrehen, daß sie in die Nullage einlaufen.
Die Feinsteuerspännung dagegen hat auch in dieser Lage positive Neigung. Soll also
eine stabile Einstellung auf die 18ö°-Lage vermieden werden, so muß die Feinsteuerspannung
in diesem Bereich unwirksam bleiben.
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Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß die Grobspannung b gleichgerichtet,
so daß sich eine räumliche Halbwellenspannung b' ergibt. Diese Spannung b' wird
weiter mit einer Zusatzwechselspannung in Reihe geschaltet, die mit Hilfe einer
geeignet angeordneten Wicklung (vgl, die Phase w
des Empfängers)
räumlich um go° gegenüber der Grobspannung b verschoben ist. Für die eine zeitliche
Halbwelle verläuft diese Spannung mit dem Stellungsunterschied a-ß nach der Kurve
c, so daß sich für die resultierende Steuerspannung in einer zeitlichen Halbwelle
jeweils der Verlauf d ergibt. Wird die Erregerwicklung des Umschaltrelais beispielsweise
in dem Anodenkreis einer in Halbweggleichrichterschaltung angeordneten gesteuerten
Entladungsstrecke vorgesehen, vorzugsweise einer gittergesteuerten Dampfoder Gasentladungsstrecke,
so braucht erfindungsgemäß nur durch geeignete Wahl der Phase der Anodenspannung
der Entladungsstrecke dafür gesorgt zu werden, daß die positive Halbwelle dieser
Anodenspannung mit derjenigen zeitlichen Halbwelle zusammenfällt, in welcher sich
der dargestellte Spannungsverlauf d für die resultierende Steuerspannung ergibt.
Durch geeignete Bemessung der Röhrenkennlinie bzw: durch Vorschaltung geeigneter
Gleichspannungen im Gitterkreis läßt sich dann die Ansprechgrenze der Entladungsstrecke
so bemessen, daß die resultierende Gitterspannung nach Maßgabe der Spannung
d nur in einem kleinen Bereich f von weniger als ± z8o° um die. wirkliche
Nullage herum so weit negativ bleibt, daß die Entladungsstrecke gesperrt ist und
daß die resultierende Gitterspannung in allen übrigen Relativstellungen von Geber
und Empfänger einschließlich des Bereiches um die r8o°-Lage um so viel höher liegt
als die kritische Kennlinie z, daß der Stromdurchgang durch die Entladungsstrecke
freigegeben und dadurch das Umschaltrelais in einer solchen Lage festgehalten wird,
daß nur die Grobspannung auf die Steuereinrichtung des Verstellantriebes einwirken
kann.
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Eine Schaltungsanordnung, mit der die angestrebte Wirkung erfindungsgemäß
erreicht wird, ist in Abb. 3 dargestellt. Der Geber z enthält ein durch die Kurbel
13 angetriebenes Grobsystem 1q. und ferner ein über das Getriebe 15 gekuppeltes
Feinsystem 16 und gegebenenfalls noch eine Einrichtung 17 zur Gewinnung einer der
Gebergeschwindigkeit verhältigen Regelgröße, beispielsweise eine Tachornetermaschine.
Grob- und Feinregler 1q. und 16 werden einphasig aus. dem Wechselstromnetz 3 gespeist.
Der zu verstellende Gegenstand q. ist mit dem Grobempfänger 24 und einem Feinempfänger
26 gekuppelt, mit letzterem sowie mit einem Verstellmotor 5 und einer Tachometermaschine
27 über ein Getriebe 25. Die Grobregelspannung wird in bekannter Weise an den Klemmen
u und v des Drehreglers 24 abgenommen und erfindungsgemäß in Vollwegschaltung
gleichgerichtet, beispielsweise mit Hilfe der Gleichrichterbrücke 5. Außerdem ist
zwischen die Klemmen u und v ein Spannungsteiler 6, gegebenenfalls in Parallelschaltung
mit einem Kondensator eingefügt. Zwischen dem elektrischen Mittelpunkt des Spannungsteilers
6 und der Klemme w des Drehreglers 24 kann eine räumlich um go° gegen die Grobregelspannung
versetzte Spannung abgenommen werden. Diese Spannung wird zur Ausgangsspannung des
Gleichrichters 5 mit Hilfe des Transformators 7 und gegebenenfalls eines Spannungs
teilers 8 in Reihe geschaltet, und die resultierend Spannung c wird zweckmäßig in
Reihe mit eine einstellbaren Vorspannung in den Gitterkreis eines gittergesteuerten
Dampf- oder Gasentladungsstrecke g eingefügt. Die regelbare Vorspannung kann in
bekannter Weise aus der Spannung de: Wechselstromnetzes 3 mit Hilfe einer Hilfsgleichrichteranordnung
so gewonnen werden., der zweckmäßig noch Glättungsmittel r r nachgeschaltet sind.
Der Anodenkreis der Entladungsstrecke g wird aus dem gleichen Wechselstromnetz 3
erregt, welches auch die Übertragungssysteme speist, und zwar mit solcher Polung,
daß sich der in Abb. z dargestellte Verlauf der Spannungsänderung mit der relativen
Verdrehung ergibt. Der gleichgerichtete Anodenstrom (Halbwellenstrom) durchfließt
die Erregerwicklung 12 des Umschaltrelais 13. Dieses ist als einziges Relais für
die Umschaltung von Grob- auf Feinsteuerung und umgekehrt vorgesehen. Bei der dargestellten
Anordnung -werden beim Ansprechen des Relais die Kontakte z32, 133 und 134 geöffnet
und der Kontakt rar geschlossen. Dadurch wird die Feinsteuerung unwirksam gemacht
und statt dessen die Grobspannung auf den Eingang des Verstärkers 1q. geschaltet.
Der Verstärkereingang wird außerdem in bekannter Weise, solange die Feinsteuerung
arbeitet, durch die geschwindigkeitsabhängigen Regelspannungen der Tachornetermaschinen
17 und 27 zusätzlich beeinfl.ußt, um eine trägheitslosere Regelung zu gewähren.
Wie schon an anderer Stelle ausgeführt wurde, ist es jedoch zweckmäßig, diese Zusatzspannungen
unwirksam zu machen, wenn die Grobsteuerung anspricht, d. h. wenn eine rasche Nachführung
des Empfängers bei großen Geberauslenkungen notwendig wird. Der Verstärkerausgang
ist mit den Klemmen des Verstellmotors $ verbunden, der damit in Abhängigkeit von
der Grob- oder Feinsteuerung betätigt wird.
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Die Erfindung ist vor allem dadurch ausgezeichnet, daß sie mit einem
sehr kleinen Aufwand von einfachsten Schaltmitteln auskommt und damit gleichwohl
eine betriebssichere Grob-Fein-Steuerung ermöglicht, bei der es ausgeschlossen ist,
daß Geber und Empfänger sich auf eine andere Lage einstellen als auf die der tatsächlichen
Winkelübereinstimmung. Dies gilt nicht nur für das Verhalten der Schaltung im Betrieb,
sondern auch für die Inbetriebsetzung. Wenn beispielsweise bei abgeschalteter Erregung
der Gesamtschaltung durch irgendeinen äußeren oder zufälligen EinfLuß der Geber
und Empfänger gegeneinander verstellt sind oder gar zufällig gerade um r8o° gegeneinander
verdreht sind, so wird unter dem Einfluß der beschriebenen Schaltmaßnahmen im Augenblick
der Einschaltung des Stromes der Empfänger in die vom Geber vorgeschriebene Lage
einlaufen. Denn wenn auch die genaugenommen in der 18o'-Lage verschwindet, so ist
doch zu berücksichtigen, daß infolge der Einschaltvorgänge sich stets gewisse kleine
Unsymmetrien herausbilden werden, die zur Erzeugung eurer genügenden Anfangsgrobspannung
führen. Außerdem beginnt
selbstverständlich der selbsttätige Einlauf-
mit Sicherheit, sobald der Geber nur im geringsten. aus der innegehabten Lage verstellt
wird, Ein be= sonderer Vorteil ist in der Beschränkung auf ein einziges Umschaltrelais
zu erblicken, da hierdurch die Zahl der in die Steuerleitungen einzufügenden Unterbrechungskontakte
auf ein Minimum . beschränkt bleibt und damit auch die Störanfälligkeit der Gesamteinrichtung
verringert wild.