DE925780C

DE925780C - Device for electrical remote transmission of rotary movements

Info

Publication number: DE925780C
Application number: DEL4984D
Authority: DE
Inventors: Herbert Bergmann; Bruno Teichmann
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1939-09-15
Filing date: 1939-09-15
Publication date: 1955-03-28

Description

Einrichtung zur elektrischen Fernübertragung von Drehbewegungen Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur elektrischen Fernübertragung von Drehbewegungen, insbesondere über große Entfernungen und unter Benutzung einer Zweidrahtschwachstromleitung oder einer Eindrahtleitung mit der Erde als Rückleitung. Erfindungsgemäß werden drehstromgespeiste Induktionsmaschinen verwendet, wobei der Läufer des Gebers Einphasenstrom abgibt, der direkt oder indirekt zum Antrieb eines Synchronmotors verwendet wird. Der Synchronmotor treibt seinerseits einen Drehstromgenerator an, dessen Strom dem dreiphasigen Läufer der Empfängermaschine zugeleitet wird, so daß die Drehfelder im Ständer und Läufer gleichen Drehsinn haben.Device for the electrical remote transmission of rotary movements object The invention is a device for the electrical remote transmission of rotary movements, especially over long distances and using a two-wire low-voltage line or a single-wire line with earth as the return line. Be according to the invention Three-phase induction machines are used, whereby the rotor of the encoder is single-phase that is used directly or indirectly to drive a synchronous motor. The synchronous motor in turn drives a three-phase generator, the current of which is the three-phase rotor of the receiving machine is fed, so that the rotating fields have the same direction of rotation in the stator and rotor.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, ein am Empfängerort erzeugtes Drehstromnetz mit dem am Geberort vorhandenen Drehstromnetz über die gleiche Zweidrahtschwachstromleitung zu synchronisieren. Des weiteren soll eine Rückmeldeeinrichtung betrieben werden, die die am Empfängerort empfangenen Stellungen ebenfalls unter Benutzung der vorhandenen Zweidrahtleitung nach dem Geberort zurückmelden soll.Another feature of the invention is an at the recipient site generated three-phase network with the three-phase network available at the encoder location via the same To synchronize two-wire weak current line. Furthermore, a feedback device should be provided are operated, which also include the positions received at the recipient location Use of the existing two-wire line to report back to the encoder location.

Abb. z zeigt ein grundsätzliches Schaltbild der Anlage. Es wird zunächst angenommen, daß sowohl an dem Geberort A wie auch am Empfängerort B das gleiche Drehstromnetz z vorhanden ist. Die Ständerwicklung 2 des Gebers G wie auch die Ständerwicklung 3 des Empfängers E liegt an dem Drehstromnetz r. Wird der Läufer q. des Gebers festgehalten, so wird in ihm ein Einphasenwechselstrom mit der Frequenz des Drehstromnetzes r erzeugt: Dieser gelangt über die Fernleitung 5 zu einem Einphasensynchronmotor 6, der einen Drehstromgenerator 7 antreibt. Die Generatorwicklüng dieses Drehstromgenerators liefert einen.Drehstrom gleicher Frequenz, wie ihn das Netz i besitzt. Dieser Drehstrom wird dem dreiphasigen Läufer 8 des Empfängers E so zugeführt, daß das Läuferdrehfeld im gleichen Sinne umläuft wie das Ständerdrehfeld. Da in dem beschriebenen Fall beide Drehfelder die gleiche Frequenz haben, so steht der Läufer des Empfängers still.Fig. Z shows a basic circuit diagram of the system. It is initially assumed that the same three-phase network z is present both at the transmitter location A and at the receiver location B. The stator winding 2 of the encoder G as well as the stator winding 3 of the receiver E is connected to the three-phase network r. If the runner q. If the encoder is held, a single-phase alternating current with the frequency of the three-phase network r is generated in it: This reaches a single-phase synchronous motor 6, which drives a three-phase generator 7, via the long-distance line 5. The generator winding of this three-phase generator delivers a three-phase current of the same frequency as the network i has. This three-phase current is fed to the three-phase rotor 8 of the receiver E in such a way that the rotor rotating field rotates in the same direction as the stator rotating field. Since both rotating fields have the same frequency in the case described, the rotor of the receiver stands still.

Verdreht man den Läufer 4. des Gebers im Sinne des Ständerdrehfeldes oder gegen das Ständerdrehfeld, so wird in der Läuferwicklung ein einphasiger Wechselstrom von kleinerer oder größerer Frequenz als der Ständerfrequenz erzeugt, und der Synchronmotor 6 läuft langsamer oder schneller: In gleicher Weise verkleinert oder vergrößert sich nun die von dem Drehstromgenerator 7 erzeugte Frequenz und damit das in dem Läufer 8 des Empfängers herrschende Drehfeld. Der Läufer 8 ändert mithin gegenüber dem Ständer 3 seine Lage in der gleichen Weise, wie der Läufer 4. des Gebers seine Lage gegenüber dem Ständer 2 geändert hat.If you turn the rotor 4. of the encoder in the sense of the stator rotating field or against the stator rotating field, a single-phase alternating current is generated in the rotor winding generated by a lower or higher frequency than the stator frequency, and the synchronous motor 6 runs slower or faster: reduced or enlarged in the same way now the frequency generated by the alternator 7 and thus that in the Runner 8 of the receiver's prevailing rotating field. The runner 8 therefore changes opposite the stand 3 its position in the same way as the runner 4. of the encoder its Position opposite the stand 2 has changed.

In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei dem nur an dem Ort A ein Drehstromnetz vorhanden ist und bei dem am Ort B ein solches beispielsweise aus einer vorhandenen Gleichstromquelle geschaffen und mit dem Drehstromnetz des Ortes A synchronisiert werden soll. Bei der Zweidrahtleitung, die die beiden Orte miteinander verbindet, handelt es sich im übrigen nur um eine Schwachstromleitung.In Fig. 2 an embodiment of the invention is described at where a three-phase network is only available at location A and where there is one at location B. For example, created from an existing direct current source and with the three-phase network location A is to be synchronized. With the two-wire line that the two Connecting places with each other, it is moreover only a low-voltage line.

Es wird angenommen, daß das Drehstromnetz ia eine Frequenz von 5o Hz hat. Die dem Läufer 4.a des Gebers erteilten Drehbewegungen sollen sich nur in solchen Grenzen bewegen, daß die in dem Läufer induzierte Wechselstromfrequenz in den Grenzen von 25 bis 75 Hz schwankt. Erfindungsgemäß wird nun von einem vom Netz ia gespeisten Drehstromsynchronmotor g ein Mittelfrequenzgeneratorio angetrieben, dessen Frequenz beispielsweise 3ooo Hz beträgt. Diese Frequenz wird beispielsweise gewählt, weil die Fernleitung 5a außer für Zwecke der Fernsteuerung noch als Fernsprechleitung benutzt und daher mit einem Frequenzband von 3oo bis 2ooo Hz belegt wird. Der Einphasenwechselstrom von 3000 Hz dient zur Synchronisierung eines im Ort B aufgestellten Drehstromgenerators, der seinerseits wiederum die gleiche Frequenz von 5o Hz besitzt wie das Netz ia. Dieser Drehstromgenerator i i wird beispielsweise von einem örtlichen Gleichstromnetz 12 über einen Gleichstromnebenschlußmotor 13 angetrieben, der das hauptsächliche Drehmoment, welches zum Antrieb des Generators erforderlich ist, aufbringt. Mit den beiden Maschinen i i und 13 ist fernerhin ein Synchronmotor gekuppelt, der über einen Verstärker 15 mit der von dem Generator io erzeugten Synchronisierungsfrequenz von 3000 Hz betrieben wird. Die Siebketten 16 und 17 sorgen dafür, daß@ sowohl in den Generator io als auch in den Verstärker 15 keine anderen Frequenzen gelangen können als nur die Betriebsfrequenz von 3000 Hz.It is assumed that the three-phase network generally has a frequency of 50 Hz. The rotary movements given to the rotor 4.a of the encoder should only move within such limits that the alternating current frequency induced in the rotor fluctuates within the limits of 25 to 75 Hz. According to the invention, a three-phase synchronous motor g, which is generally fed by the network, drives a medium frequency generator, the frequency of which is, for example, 300 Hz. This frequency is chosen, for example, because the trunk line 5a is also used as a telephone line in addition to remote control purposes and is therefore occupied with a frequency band of 300 to 2,000 Hz. The single-phase alternating current of 3000 Hz is used to synchronize a three-phase generator set up in location B, which in turn has the same frequency of 50 Hz as the network in general. This three-phase generator ii is driven, for example, by a local direct current network 12 via a direct current shunt motor 13 which generates the main torque which is required to drive the generator. Furthermore, a synchronous motor is coupled to the two machines ii and 13, which is operated via an amplifier 15 with the synchronization frequency of 3000 Hz generated by the generator io. The sieve chains 16 and 17 ensure that no frequencies other than the operating frequency of 3000 Hz can get into the generator io as well as into the amplifier 15.

Die für die Fernsteuerung benutzten Frequenzen von 25 bis 75 Hz gelangen von dem Läufer q.a des Gebers über die Siebketten 18 und ig in einen Verstärker 2o und von dort in einen Umformer, in vorliegendem Fall einen Röhrenumformer 21, in welchem der einphasige Wechselstrom in Drehstrom gleicher Frequenz umgeformt wird. Dieser Drehstrom wird wiederum dem dreiphasigen Läufer 811 des Empfängers zugeleitet, und zwar gleichsinnig mit dem Drehfeld des Ständers 3a.The frequencies used for remote control range from 25 to 75 Hz from the rotor q.a of the encoder via the sieve chains 18 and ig into an amplifier 2o and from there into a converter, in the present case a tube converter 21, in which the single-phase alternating current is converted into three-phase current of the same frequency will. This three-phase current is in turn fed to the three-phase rotor 811 of the receiver supplied, in the same direction as the rotating field of the stator 3a.

Im erfindungsgemäßen Fall wird der Motor von dem Bedienungsorgan 22 mit erhöhter Geschwindigkeit angetrieben, und in gleicher Weise ist der Läufer des Empfängers mit dem fernbedienenden Organ 23 über ein Schneckengetriebe 24. verbunden. Hierdurch lassen sich bei erhöhter Folgegenauigkeit höhere Drehmomente an dem Organ 23 erzielen-.In the case according to the invention, the motor is controlled by the operating element 22 driven at increased speed, and in the same way is the runner of the Receiver connected to the remote control member 23 via a worm gear 24. As a result, higher torques can be applied to the organ with increased accuracy 23 achieve-.

Eine weitere Vervollkommnung des Erfindungsgegenstandes ist in einem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 dargestellt. Hier tritt zu der vorhandenen Anlage noch eine Rückmeldeeinrichtung, zu der ähnliche Maschinen und Einrichtungen Verwendung finden wie für die Hauptfernsteuerung. Mit dem Empfänger E ist direkt der Läufer eines Rückmeldegebers RG gekuppelt. Der Ständer 25 dieses Rückmeldegebers wird von einem Drehstromgenerator q.¢ gespeist, der von dem gleichen Gleichstrommotor angetrieben wird, der zuni Antrieb des Drehstromgenerators i i dient. Der ganze Maschinensatz wird durch den Synchronmotor i¢a mit dem Drehstromnetz ia synchronisiert. Die in dem Läufer 26 induzierte Frequenz des Rückmeldegebers schwankt während der Bedienung der Fernsteuerungsanlage in den Grenzen von- ioo und 3oo Hz. Diese Rückmeldesteuerfrequenz gelangt über eine Siebkette 27, die Fernleitung 5b und die Siebkette 28 in einen Verstärker 2g., von dem aus sie wiederum, einem Röhrenumformer 30 zugeführt wird. Der den Röhrenumformer verlassende Drehstrom wird dem Läufer 31 des Rückmeldeempfängers RE zugeführt, und zwar gleichsinnig mit dem Drehfeld des Ständers 32, der von einem Drehstromgenerator 33 mit einer Frequenz von 22 Hz gespeist wird. Der Drehstromgenerator 33 wird ebenso wie der Einphasengenerator ioa von dem Drehstromsynchronmotor ga angetrieben. Der Rückmeldeempfänger RE überträgt seine Drehbewegung durch ein Schneckengetriebe 34. auf den Rückmeldeanzeiger 35. Das übersetzungsverhältnis des Getriebes 34 entspricht demjenigen des Getriebes 24.a und somit demjenigen des Zahnrädergetriebes am Geber. Eine prinzipielle Darstellung des Röhrenumformers ist in Abb.4 gegeben. Im vorliegenden Beispiel ist dieser mit einer Verstärkereinrichtung in Gegentaktschaltung ausgeführt.A further improvement of the subject matter of the invention is shown in an exemplary embodiment according to FIG. In addition to the existing system, there is a feedback device for which machines and devices similar to those used for the main remote control are used. The rotor of a feedback transmitter RG is coupled directly to the receiver E. The stator 25 of this feedback transmitter is fed by a three-phase generator q. ¢, which is driven by the same DC motor that is used to drive the three-phase generator ii. The entire machine set is synchronized with the three-phase network ia by the synchronous motor i ¢ a. The frequency of the feedback transmitter induced in the rotor 26 fluctuates during the operation of the remote control system within the limits of 100 and 300 Hz in turn, a tube converter 30 is fed. The three-phase current leaving the tube converter is fed to the rotor 31 of the feedback receiver RE, in the same direction as the rotating field of the stator 32, which is fed by a three-phase generator 33 at a frequency of 22 Hz. The three-phase generator 33, like the single-phase generator ioa, is driven by the three-phase synchronous motor ga. The feedback receiver RE transmits its rotary movement through a worm gear 34. to the feedback indicator 35. The transmission ratio of the gear 34 corresponds to that of the gear 24.a and thus that of the gear train on the encoder. A basic illustration of the tube converter is given in Figure 4. In the present example, this is implemented with an amplifier device in push-pull circuit.

Die Steuerfrequenz des einphasigen Fernübertragungsstromes, die bereits in dem Verstärker 2o bzw. 29 verstärkt wurde, wird einem Synchronmotor 36 zugeführt, der 37 antreibt. An den Eing angstransformatoren 38, 39 und 40 werden die Spannungen des Drehstromes den Gittern der Röhren angepaßt. Die Ausgangstransformatoren 44 42 und 43 sind sekundärseitig beispielsweise in Stern geschaltet und liefern den Drehstrom, der zur Läuferspeisung des Empfängers dient.The control frequency of the single-phase long-distance transmission current that is already was amplified in the amplifier 2o or 29, is fed to a synchronous motor 36, the 37th drives. At the input angstransformatoren 38, 39 and 40 are the voltages of the three-phase current are adapted to the grids of the tubes. The output transformers 44 42 and 43 are connected in star, for example, on the secondary side and deliver the three-phase current, which is used to supply the rotor to the receiver.

Um einen störungsfreien Betrieb der Fernsteuerungsanlage zu erhalten, muß dafür gesorgtwerden, daß die in dem Läufer des Gebers auftretende Betriebsfrequenz die Grenzen von etwa 25 bis 75 Hz nicht unter- bzw. überschreitet. Bei der Rückmeldeanlage würden diese Grenzen mithin ioo bis 3oo Hz sein. Würde man beispielsweise den Geber G im Sinne des Drehfeldes der Ständerwicklung 2, 2a bzw. 2b so schnell drehen, daß der Läufer 4, 4a oder 4b die Geschwindigkeit des Ständerdrehfeldes erreicht, so würde die Läuferfrequenz Null werden und die Anlage aus dem Tritt fallen. Es muß also verhindert werden, daß auch bei fälschlicher bzw. unsachgemäßer Bedienung des Gebers der Läufer 4 bzw. 4a oder 4b niemals eine größere Geschwindigkeit als beispielsweise im vorliegenden Fall von i5oo U/min annehmen kann. Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß zwischen das Bedienungsorgan 22 und dem Läufer 4, 4a oder 4b eine Fliehkraftkupplung geschaltet wird, die den Geberläufer von dem Bedienungsorgan abkuppelt, sobald das Bedienungsorgan im Begriff ist, dem Läufer eine höhere Geschwindigkeit zu erteilen als i5oo U/min.In order to obtain a trouble-free operation of the remote control system, it must be ensured that the operating frequency occurring in the rotor of the encoder does not fall below or exceed the limits of about 25 to 75 Hz. In the case of the feedback system, these limits would therefore be 100 to 300 Hz. If, for example, one were to rotate the encoder G in the sense of the rotating field of the stator winding 2, 2a or 2b so fast that the rotor 4, 4a or 4b reaches the speed of the stator rotating field, the rotor frequency would be zero and the system would fall out of step. It must therefore be prevented that, even if the encoder is operated incorrectly or improperly, the rotor 4 or 4a or 4b can never assume a speed greater than, for example, 150 rpm in the present case. This can be achieved, for example, by connecting a centrifugal clutch between the control element 22 and the runner 4, 4a or 4b, which uncouples the encoder rotor from the control element as soon as the control element is about to give the runner a higher speed than i5oo U / min.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele, insbesondere nicht auf die angeführten Frequenzen. Die Erzeugung der Synchronisierfrequenz von 3ooo Hz braucht nicht unter Benutzung eines rotierenden Umformeraggregates zu geschehen, sie kann beispielsweise auch durch an sich bekannte ruhende Geräte für die Frequenzvervielfachung vorgenommen werden. Ebensowenig beschränkt sich die Neuerung auf die Anwendung von Röhrenumformern; an deren Stelle können auch andere Einrichtungen, z. B. magnetische Verstärker oder Verstärker unter Anwendung von gleichstromgespeisten Ringpotentiometern verwendet werden.The invention is not limited to those shown and described Examples, especially not on the frequencies listed. The generation of the Synchronization frequency of 3,000 Hz does not need using a rotating To happen converter unit, it can for example also by known per se dormant devices for frequency multiplication are made. Nor is it limited the innovation on the application of tube converters; in their place can also other facilities, e.g. B. magnetic amplifiers or amplifiers using can be used by DC powered ring potentiometers.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the electrical remote transmission of Rotary movements in which a three-phase excited induction machine with single-phase Rotor is used, characterized in that the rotor current is direct or via an amplifier drives a single-phase synchronous motor, through which in turn a Three-phase generator is driven, its current directly or via an amplifier is fed to the three-phase wound rotor of the receiver, its stator is excited by a three-phase current of the same frequency as the encoder.

2. Establishment for the electrical remote transmission of rotary movements according to claim i, characterized in that that tube amplifiers are used.

3. Device for electrical remote transmission of rotary movements according to claims i and 2, characterized in that the characteristic curves the amplifier are chosen so that the voltage changes of the amplified three-phase current are approximately proportional to the frequency changes.

4. Facility for electrical Remote transmission of rotary movements according to Claims i to 3, characterized in that that a device is connected to the control element of the encoder through which only a limited rotational speed can be transmitted to the encoder.

5. Device for the electrical remote transmission of rotary movements according to claim i to 4, characterized in that the control element is under the influence of a Centrifugal governor decoupled from the encoder as soon as the operating speed exceeds a certain limit.

6. Device for electrical remote transmission of rotary movements according to claim i to 5 with one generated at the location of the receiver Three-phase network using the three-phase network that is present at the location of the encoder a two-wire low-voltage line or a single-wire line and earth as the return line to be synchronized by telephony as well as by others for remote control purposes certain frequency bands is pre-assigned, characterized in that at the encoder location an alternating current dependent on the local three-phase frequency is generated, the Frequency deviates from the three-phase frequency as well as from the frequencies, with to which the low-voltage line is pre-assigned, and that this frequency is also used at the receiver location serves to synchronize the locally generated alternating or three-phase network, whose frequency is the same as that of the three-phase network at the encoder location. °

7. Establishment for the electrical remote transmission of rotary movements according to claims i to 6, characterized in that characterized in that at the transmitter and at the receiver location between each single-phase alternator or consumers on the one hand and long-distance line on the other hand filter elements switched are which those frequencies or frequency bands from their origin or Keep away from devices for which these frequencies are not intended. B. Device for the electrical remote transmission of rotary movements according to claim i to 7 with a feedback device that is connected to the existing two-wire line should operate without affecting speech communication or remote control operation, characterized, that as feedback giver and feedback receiver also systems as described in claim z are used and that the Excitation of these systems is carried out at a frequency that differs from the other working frequencies is selected. G. Device for electrical remote transmission of rotary movements according to claim r to 8, characterized in that for the Feedback used frequency band through filter elements from the other parts of the system is kept away.