DE745065C - Verfahren zur Erzielung eines steilen Drehmomentanstiegs bei Fernuebertragungseinrichtungen und Einrichtung hierzu - Google Patents

Description

• Verfahren zur Erzielung eines steilen Drehmomentanstiegs bei Fernübertragungseinrichtungen und Einrichtung hierzu Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung eines steilen Drehmomentanstiegs bei Fernübertragungseinrichtungen drehtransformator- oder synchronmotorähnlicher Bauart, bei denen eine Beeinflussung der Ankerrückwirkung im Sinne ihrer Verkleinerung stattfindet, und eine Einrichtung hierzu.
• Zur Fernanzeige und zur Fernübertragung von Bewegungen sind Fernanzeiger motorähnlicher Bauart bekannt, .deren Anordnung darauf beruht, daß zwei Drehtransformatoren, die ihre Erregung aus dem gleichen Netz (z. B. Einphasenwechselstrom) beziehen und deren mit je einer mehrphasigen, z. B. dreiphasigen Wicklung versehene Anker aufeinandergesrhaltet sind, sieh derart aufeinandereinstellen, daß die in den ` Ankerleitungen fließenden Ströme einen Minimalwert annehmen. Wird nun eine der beiden Vorrichtungen (der Geber) auf eine bestimmte Stellung eingestellt, so wird sich auch die andere Vorrichtung (der Empfänger) auf den gleichen Wert einstellen. Dreht man den Empfänger gewaltsam aus seiner Stellung heraus, so entsteht eine mit dem Verstellwinkel immer größer werdende Gegenkraft, die den Empfänger auf seinen vorgeschriebenen Wert zu drehen sucht. Trägt man diese Rückstelldrehmomente JTd in Abhängigkeit -vom Verstellwinkel auf, so erhält man eine Kurve, die im folgenden kurz als Drehmomentenkurve bezeichnet werden soll (siehe dazu Fig. i der Zeichnung). Eine solche Kurve a hat im allgemeinen einen sinusähnlichen Verlauf mit einem Maximum bei go bis iio° und einem zweiten Nullwert bei i8o°. Aus dem Kurvenverlauf erkennt man, daß bei kleinem Verstellwinkel auch das Rückstelldrehrnoment nur sehr klein ist, d.eh. daß man gerade dann nur geringe Kräfte ausüben kann, wenn hohe Einstellgenauigkeiten gefordert werden. Da diese aber stets Bedingung sind und größere Abweichungen als

  5-' oder hc,chstens in' von cler Sollstellung , jetzt der _1r11@@r einenTeil drErregung über-

  nicht auftreten dürfen, ist für eine derartige nimmt. Verdreht man jetzt den Anker ini

  Übertragungseinrichtung eine Drehrnomenten- Sinne des Uhrzeigers, so daß sein Feld nicht

  kurve anzustreben, deren Maximum nicht mehr mit dein Feld 2i zusaninienfä 11t, so be-

  erst bei 9o°, sondern möglichst schon bei io= obachtet man in den Leitungen 6 und 7 und

  oder niedriger liegt, wobei andererseits aber sinngemäß io und i i verschiedene Ströme,

  noch anzustreben ist, daß das Maximum über' . und zwar werden z. B. die Ströme in 6 und i t

  einen möglichst großen Bereich in seiner steigen und in ; und io fallen. 11an erhält

  Größe erhalten bleibt. Eine derartige Kurve- auf diese Weise eine Stromverlagerung in

  ist in Fig. i als Kurve 7) dargestellt, aus der - den Erregerspulen, die in dem Sinne arbeitet,

  zu ersehen ist, daß der Wert Drehinornent daß gerade die Einwirkung des A,lkers, d. 11.

  je Grad (cm-gr/°), der im folgenden mit die Ankerrückwirkung, aufgehoben «-ird. Die

  dem Ausdruck Steilheit bezeichnet wird, we- Spulenpaare , 3 und ,4, 5 wirken also ge-

  sentlich höhere Werte erhält als in hurvea ureinsam je als hurzschlußwicklung für den

  und somit bis zu einem gewissen Grade als Anker, werden aber anderseits voll zur Er-

  Maß für die Güte der übertragungseinrich- regung heratige7ogen, so daß kein Wickel-

  tang angesehen «-erden kann. rahm für die ILurzschlußwicklung verloren-

  Ein Grund für die geringe Steilheit der be- geht.

  kannten Einrichtungen liegt insbesondere in Mit

  auf die beschriebene Sttom-

  der Ankerrückwirkung und ist damit zu er- verlagerung soll diese Schaltung ini folgenden

  klären, daß die Ankerrückwirkung eine Ver- als Stromverlagerungsschaltung bezeichnet

  drängung des Erregerfeldes bewirlLt und hier- werden.

  durch die Steilheit herabdrückt. Gewisser- Die beiden ;-orbeschriebenen Schaltungen

  maßen stemmt sich das Ankerfeld gegen das können jedoch nur die Ankerrückwirkung be-

  Erregerfeld, so daß dieses um einen be- seitigen. Da aber der sintisähnliche Verlauf

  'stimmten Winkel nachgibt. Man hat diese der Drehmomentenkurve in der Hauptsache

  Erscheinung mit verschiedenen Mitteln zu be- in dein meellanischen Aufbau, und zwar

  kämpfen versucht. Es ist z. B. bekannt, senk- hauptsächlich in der Lage der Spulen, tie-

  recht zum Erregerfeld eine Kurzschlußwich- gründet ist, kann finit diesen Schaltungen das

  Jung anzubringen, die eine Feldverdrängung Ziel, nämlich das Maximum der Drehnlomen-

  verhindert. Eine andere, ebenfalls bekannte tenkurve möglichst nahe an die Nullinie zu

  Schaltung, bei welcher die Kurzschlußwick- schieben, nicht erreicht werden. Um dies zu

  Jung zur Erregung mit tierangezogen und da- erreichen, wird gemäß dein Verfahren nach

  durch ein Verlust an Wickelraum vermieden der Erfindung die Feldverlagerung durch die

  wird, ist in Fig.2 wiedergegeben. Der Ankerrückwirkung nicht nur beseitigt, son-

  Stator i trägt vier Spulen 2, 3, .4 und 5, die dern sogar eine Feldverlagerung entgegen der

  z.B. je um 9o" gegeneinander räumlich ver- Ankerrückwirkung bewirkt, also die Anker-

  setzt sind. Von diesen sind die Spulen 2 und 3 rückwirkung überkompensiert.

  durch die Verbindungen 6, 7 und 8, 9 parallel Zweckmäßig ist dabei die Anordnung ge-

  geschaltet. In gleicher Weise sind die Spu- troffen, daß die Ströme, die bei nicht iiber-

  lend. und 5 durch die Verbindungen i o, ii einstimmender Stellung von Geber und

  und 12, 13 parallel geschaltet. Weiter sind Empfänger im Empfängeranker entstehen,

  die beiden Spulenpaare durch die Verbindung dazu benutzt tverden, mit Hilfe voll zusätz-

  1d. hintereinandergeschaltet und durch die liehen Einrichtungen mit verstärkender Wir-

  Leitungen i5 und 16 mit dein Netz verbun- kung das Erregerfeld des Empfängers elek-

  den. Beim Einschalten der Spannung fließt trisch relativ zu dem das Feld erzeugenden

  dann ein Strom von Leitung 15 über die Ver- mechanischen Teil des Empfängers im Sinne

  Bindung 6 durch Spule 2 und Verbindung 8 einer Drehmomentvergrößerung so weit zu

  nach 1:I. Gleichzeitig fließt ein gleich großer drehen, daß das resultierende Feld ini Sinne

  Strom über 7, 3, 9 nach 1d., und von hier fließt einer Drehinotnentvergrößerung aus der Lage

  ein Strom sinngemäß über 12, 5, io und 13, gedreht wird, die es bei Einstellung ein-

  e, 11 nach 16. Durch diese Ströme entstehen nimmt.

  die Felder 17, 18, ig und 2o, die sich. zu dem In Fig. 3 ist ein AusführungsBeisl)iel einer

  resultierenden Feld 21 zusammensetzen. Diese Einrichtung zurn Überkompensieren dar-

  Feldbildung bleibt so lange, als der (nicht ge- gestellt.

  zeichnete) Anker unerregt ist. Legt man Eine Wechselstromquelle 22 ist über Le i-

  Strornmesser in die Verbindungsleitungen 6, 7 tun,-en 23, 24 und 25, 26 all die li',rt»eger-

  und io, ii und erregt den Anker derart, daß spulen 27, 28 des Gebers, die durch eine

  sein Feld in Richtung des Feldes 2i fällt, so Leitung 29 miteinander verbunden sind. un-

  bemerkt man eine gleichmäßige Abnahme der geschlossen. Diese Spulen erzeugen ein Felcl

  Ströme in den Leitungen 6, ;, 10, 11, weil in Richtung des Pfeiles 3o. 31 1111111 32 sind

  die Kurischlußspulen zur Beseitigung :der Ankerrückwirkung in der bekannten Weise. Die Erregerspulen 27 und 28 des Gebers .sind über die Leitungen 33 und 34 mit :den Erregerspulen 35 und 36 des Empfängers verbunden. Diese Spulen sind durch die Leitung 37 miteinander verbunden und erzeugen ein Feld in Richtung des Pfeiles 38. Der Geber besitzt einen Anker 39, dessen mehrphasige Wicklung (z. B. Dreieckswicklung) durch die Leitungen 40, 41, 42 mit einer gleichen Wicklung des Empfängerankers 43 verbunden ist. Mit dem Empfängeranker 43 ist mechanisch (durch eine der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnete -Welle) der Anker 44 eines Hilfsempfängers verbunden, der durch Leitungen 45, 46, 47 mit ,dem Empfänger- und Geberanker zweckmäßig parallel geschaltet ist, wobei allerdings auch statt der Parallelschaltung eine sinngemäße Serienschaltung gewählt werden kann. Durch das Feld 3o im Geber werden im Anker 39 Spannungen induziert, die über die Leitungen 40, 4z, 42 zum Empfänger fließen und bei entsprechender Stellung des Ankers 43 in diesem ein Feld induzieren, das mit dem Erregerfeld 38 zusammenfällt. Gleichzeitig wird über die Leitungen 45, 46, 47 im Hilfsanker 44 ein Feld in :der Richtung des Pfeiles 48 erzeugt, das bei richtiger Stellung des Empfängerankers 43 und somit auch des Hilfsankers 44 keine Wirkung auf die- Spulen 49 und 50 (Indikatorspulen) des Hilfsempfängers ausübt, da es senkrecht dazu steht. Ist dagegen der Empfänger ausgelenkt, so steht das Feld 48 nicht mehr senkrecht auf den Hilfsspulen 49 und 5o, sondern erzeugt in diesen eine Spannung. Leitet man diese Spannung über die Verbindungen 51 und 52 auf ,den Verstärker 53 und die in .dieseln verstärkte Spannung über die Leitungen 54 und 55 auf die Hilfsspulen 56 und 57 des Empfängers, die durch die Leitung 58 miteinander verbunden und zweckmäßig um 9o° räumlich gegenüber den Erregerspulen 35 und 36 versetzt sind, so kann man mit Hilfe dieser Hilfsspulen eine solche Verdrehung des Erregerfeldes im Empfänger erreichen, daß der Winkel. zwischen Ankerfeld und Erregerfeld vergrößert und hierdurch auch das Einstelldrehmoment vergrößert wird. Durch die Wahl der Größe der Verstärkung hat man es hierbei in der Hand, das maximale Drehmoment, das bezüglich seiner Größe durch die Ausführung des Empfängers gegeben ist und natürlich nicht vergrößert werden kann, bereits bei geringen Verstellungen aus der Nullage zu erreichen.
• Als Verstärker kann ein Röhrenverstärker benutzt werden. Wenn .aber der Aufwand eines Röhrenverstärkers unerwünscht ist, kann

  man sich mit einem einfachen und betriebs-

  sicheren Verstärker mit Hilfe von eisen-

  gesättigten Drosseln begnügen.

  Die vorbeschriebelie Einrichtung ist also,

  kurz gesagt, so ausgebildet, daß im Erreger-

  t' z# l# Erreger-

  t'

  f eld des Empfängers Hilfsspulen vorgesehen

  sind, die, von einer durch die Ströme des

  inpfängerankers beeinfluOten Verstärker-

  einrichtung erregt, eine zusätzliche Ver-

  drehung des Empfängerfeldes entg(:gen der

  Ankerrückwirkung bewirken. Eine zweck-

  mäßige Anordnung dieser :Art ist .die, daß

  mit dem Empfängeranker elektrisch und

  mechanisch starr der Anker eines Hilfs-

  empfängers gekuppelt ist, in dessen Indikator-

  spulen bei nicht übvreinstiluniender Stellung

  von Geber und Empfänger eine Spannung er-

  zeugt wird, die den Hilfsspulen über .die Ver-

  stärkereinrichtung zugeleitet wird.

  Diese Anordnung hat nun aber immer noch

  den Nachteil, daß sie einen I-Iilfseinpfänger

  erfordert, wodurch erhöhter Stromverbrauch

  und größerer Rahmbedarf benötigt wird.

  In Fig. 4 ist eine @ ,iiordntzng gezeigt, bei

  der in einem Empfänger die Indikatorspule

  und die Einrichtung für clie Feld4erlagerulig

  untergebracht werden können. Von der

  Wechselstromquelle 59 werden über die Lei-

  tungen 6o und 61 die Erregerspulen 6-, und 65

  des Gebers erregt. 64 und 65 sind die üblichen

  Kurzsehlußspulen zur Beseitigung der An-

  kerrückwirkung. Der Anker 66 ist mit einer

  mehrphasigen Wicklung versehen, die über

  Leitungen 67, 68, 69 mit einer gleichen Wick-

  lung des Empfängerankers ; o verbunden ist.

  Die Erregerleitungen 6o und 61 sind über die

  Leitungen 71 und 72 mit der Erregung des

  Empfängers verbunden, die als Stroniverlage-

  rungsschaltung nach Fig. 2 ausgebildet ist.

  Jedoch geht hier der Erregerstrom, bevor er

  zu den miteinander verbundenen Erreger-

  spulenpaaren 73 und 74 bzw. 7 5 und 76 ge-

  langt, zunächst über die Primärwicklungen

  77 und 78 bzw. 79 und °o je zureier Trans-

  formatoren, deren Sekundärwicklungen 81

  und 82 bzw. 83 und 84 derart in Serie ge-

  schaltet sind, daß bei gleichen Strömen in

  den Wicklungen 77 und 78 bzw. 79 und 8o

  keine Spannung zwischen den Leitungen 85

  und 86 bzw. 87 und 88 entsteht. Steht der

  Empfänger richtig zum Geber, so stimmt das

  Ankerfeld mit dein Erregerfeld überein; die

  Ströme in .den Wicklungen 77 und 78 bzw.

  79 und 8o sind gleich, und es erfolgt weiter

  nichts. Wird dagegen vier Empfängeranker

  ausgelenkt, so findet in den Erreger spulen 73

  und 74 bzw. 75 und 76 eine Stroni.verlage-

  rung statt. Infolgedessen sind die Ströme

  z. B. in den Wicklungen 77 und 78 nicht mehr

  gleich, und die Leitungen 85 und 86 erhalten

  Spannung, die im Verstärker 89 verstärkt

  wird und demzufolge über die Leitungen 87 und 88 eine noch stärkere Stromverlagerung in den Wickhingen 7 9 und So hervorruft. Dadurch werden die Ströme der Erregerspulen 7 5 und 76 noch weiter verlagert, als es bereits durch die reine Ankerrückwirkung .der Fall war, s o daß man es auch hier in der Hand hat, durch die Größe der Verstärkung beliebig weit zu verlagern, d.li. das maximale Drehmoment beliebig nahe an die -Nullinie zu verleben.
• Fig. 5 zeigt eine besonders einfache Ausführungsform dieses Prinzips. Hierbei benutzt man die Eigenschaft von hochgesättigten Drosseln, bei wachsendem Strom stark an induktivem Widerstand zu verlieren. Der Übersicht halber ist in Fig.5 nur der Erregerteil des Empfängers gezeichnet. Von der Erregerleitung 9o hießt der Strom über die Drosseln gi und 92, die Erregerspulen 93 und 94., die Verbindung 95, die Erregerspulen 96 und 9,7 und die Drosseln 98 und 99 zur zweiten Erregerleitung ioo. Solange der Anker richtig steht, sind die Ströme in den Drosselspulen völlig gleich. Wird dagegen der Anker aasgelenkt, so entsteht infolge der Ankerinduktion eine Stromverlagerung in den Spulen 93 und 94 bzw. 96 und 97 und somit auch in den Drosseln 9 i und 92 bzw. 98 und co. Die Drosseln sind so dimensioniert, daß sie durch die konstanten Erregerströme eine ziemlich hohe Induktionsbelastung aufweisen. In der Drossel, z. B. 9i, in welcher der Strom ntni erhöht wird, sinkt der induktive Widerstand, wodurch sich der Strom weiter erhöht. Hierdurch sinkt wieder der induktive Widerstand, so daß das Anwachsen des Stromes erheblich größer wird, als wenn die Spule 93 unmittelbar am Netz läge. Sinngemäß wächst der induktive Widerstand in der Drossel 92, in welcher der Strom sinkt, so daß auch hier die Stromänderung in der Spule 94 viel größer ist, als sie ohne vorgeschaltete Drossel sein würde.
• Diese Schaltung zeigt also in gleicher Weise eine Überkompensation der Ankerrückwirkung wie die Schaltung gemäß Fig. 4., so daß auch hiermit eine erhebliche Versteilerung des Drehmoinentanstiegs erreicht wird. Gegenüber den oben beschriebenen Anordnungen hat diese noch den Vorteil, daß sie bequem nachträglich in vorhandene Anlagen eingebaut werden kann.
• In den angeführten Ausführungsbeispielen ist stets von der Induktionswirkung des Ankers auf den Stator ausgegangen. Es ändert natürlich an dein Erfindungsgedanken nichts, wenn man 'die Wirkung der Aus-I, ü#chströnie in den Ankerleitun-en durch un-# 1 1' ;3 mittelbar in die Ankerleitungen geschaltete T ransformatorenschaltungen zur Feldverlage- j rung benutzt. Ebenso ändert es am Erfindungsgedanken nichts, wenn man sinngemäß Anker und Feld in ihren Wirkungen vertauscht.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzielung eines steilen Drehmoniuntanstiegs bei Fernübertragungseinrichtungen drelitransformator-oder synchronmotorähnlicher Bauart, bei denen eine Beeinflussung der Ankerrückwirkung im Sinne ihrer Verkleinerung stattfindet, dadurchgekennzeiehnet, daßdic Ankerrückwirkung üb rkompensiert wird.
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme, die bei nicht übereinstimmender Stellung von Geber und Empfänger im Empfängeranker entstehen, dazu benutzt werden, mit Hilfe von zusätzlichen Einrichtungen mit verstärkender Wirkung das Erregerfeld des Empfängers elektrisch relativ zu dein das Feld erzeugenden mechanischen Teil des Empfängers im Sinne einer Drehmomentvergrößerung so weit zu drehen, daß das resultierende Feld iin Sinne einer Drehinomentv ergrößerung aus der Lage gedreht wird, die es bei Einstellung einnimmt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Erregerfeld des Empfängers Hilfsspulen (56,57) angeordnet sind, die, von einer durch die Ströme des Empfängerankers (q.3) beein-13ußten Verstärkereinrichtung (53) erregt, eine zusätzliche Verdrehung des Empfängerfeldes (38) entgegen der Ankerrückwirkung bewirken. .
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Empfängeranker (q.3) elektrisch und mechanisch starr der Anker (4.4) eines Hilfsempfängers gekuppelt ist, in dessen Indikatorspulen (q.9, 5o) bei nicht übereinstimmender Stellung von Geber und Empfänger eine Spannung erzeugt wird, die den Hilfsspulen (56, 57) über die Verstärkereinrichtung (53) zugeleitet wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Felderregung des Empfängers aus mehreren parallel geschalteten, aber räumlich gegeneinander versetzten Spulen (73, 74; 7 5, 76) besteht und die Feldverdrehung durch Regelung der Erregung dieser Spulen erreicht wird (Fig. q.).
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Erregerspulen (73 und 74. bziv. 75 und 76) des Empfängers der Erregerstrom über die Primärwicklung (77,78 bzw. 79,80) zweier, Transformatorenpaare zugeleitet wird, deren Sekundärwicklungen (8r, 82 bzw. 83, 84) über einen Verstärker (89) miteinander verbunden sind (Fig. -.).
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen (8z, 82 bzw. 83, 84) der Transformatoren derart geschaltet sind, daß bei Stromgleichheit in den Primärwicklungen (77, 78, 79, 8o) dem Verstärker (89) keine Spannung zugeleitet wird-(Fig. 4.). B.
8. Einrichtung nach Anspruch G und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsströme des Verstärkers (89) über eine Transforrnatorenschaltung auf das zweite Erregerspulenpaar wirken (Fig.4).
9. 9. Einrichtung nach -Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Erregerspulen (93, 94 bz«-. 9t'. 97) des Empfängers der Erregerstrom über je zwei hochgesättigte Drosseln (9r, 92 bzW. 98, 99) zugeführt wird.