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Warn- und/oder Sicherheitseinrichtung zum Anzeigen von Fehlern mittels
eines Hilfsstromes in mit Wechselstrom arbeitenden Signalübertragungssystemen In
elektrischen Wechselstromübertragungssystemen enthalten der Sender und der Empfänger
je mehrere Wicklungen, die über Leitungen miteinander verbunden sind. Ein Fehler
in einem beliebigen Teil eines derartigen Systems kann große Auswirkungen haben
oder gar Gefahrenzustände hervorrufen, besonders wenn es sich um ein übertragungssystem
in der automatischen Steuerung eines Luftfahrzeuges handelt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Warn- und/oder
Sicherheitseinrichtung für derartige Syseme zu schaffen, die jeden Fehler unabhängig
davon, in welchem Teil des übertragungssystems er auftritt, anzeigt und die Warn-
undloder Sicherheitseinrichtung auslöst.
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Im Hauptpatent 161791 wurde bereits eine derartige Einrichtung
beschrieben, die Fehler (Unterbrechungen oder Kurzschlüsse) anzeigt, die entweder
in einer der Wicklungen des Senders und des Empfängers oder in den Verbindungsleitungen
zwischen diesen Wicklungen aufreten. Die Einrichung nach der Erfindung hat gegenüber
dieser Einrichtung den Vorteil einer hoheren Empfindlichkeit und ist in der Lage,
sämtliche Fehler anzuzeigen, die in einem beliebigen Teil einen derartigen Wechselstromübertragungssystems
auftreten können.
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Die Warn- und/oder Sicherheitseinrichtung zur Anzeige von Fehlern
in elektrischen Wechselstromübertragungssystemen nach Patent 1161791 ist dadurch
gekennzeichnet, daß dauernd eine Kapazität in einen der Leiter des Systems eingeschaltet
ist und dieser Kapazität eine abgeglichene elektrische Schaltung mit einer Gleichstromquelle
parallel geschaltet ist, die, sobald sie auf Grund eines Fehlers in dem System aus
dem Gleichgewicht gerät, ohne jeden mechanischen Schaltvorgang die Warn- und/oder
Sicherheitsanordnung betätigt.
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Die erfindungsgemäße Warn- und/oder Sicherheitseinrichtung zur Anzeige
von Fehlern in elektrischen Wechselstromübertragungssystemen nach Patent 1161791
ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Empfindlichkeit in jedem der nicht
mit der Sicherheitsvorrichtung verbundenen Leiter ebenfalls eine Kapazität gleicher
Größe wie die Kapazität in den mit der Sicherheitsvorrichtung verbundenen Leiter
eingeschaltet ist und die zusätzlichen Kapazitäten durch gleich große Widerstände
geshuntet sind.
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Die Größe der beiden gleichen Widerstände wird dabei vorzugsweise
annähernd gleich dem Gesamtwiderstand der abgegebenen elektrischen Schaltung gewählt.
Enthält das Wechselstromübertragungssystem einen Sender in Form eines Drehtransformators
mit einer wechselstromerregten Primärwicklung und Sekundärwicklungen, die in mehr
als zwei, vorzugsweise drei Punkten über die genannten Leiter mit den Wicklungen
des Empfängers verbunden sind, werden zum Anzeigen eines Fehlers in der Erregung
der Primärwicklung des Senders, mindestens zwei der genannten Punkte oder Leiter
über einander entgegengerichtet gepolte Gleichrichter in einem gemeinsamen Punkt
verbunden, und eine Ausgangsimpedanz, etwa eine durch eine Kapazität geshuntete
Relaiswicklung zwischen den genannten Punkt und einen anderen Punkt oder Leiter
geschaltet, so daß, wenn die Primärwicklungkorrekt erregtwird, einGleichstrom durch
die Impedanz fließt, der einen gewissen Minimalwert überschreitet, während bei einem
Fehler in der Erregung die Impedanz entregt und der gewünschte Warn- und/oder Sicherheitseffekt
ausgelöst wird.
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Um einen Fehler in der Sekundärwicklung des aus einem Drehtransformator
bestehenden Empfängers
anzuzeigen, werden die Enden der genannten
Wicklung mit einem Widerstandsnetzwerk verbunden, das von einer Gleichspannungsquelle
gespeist wird und mit der genannten Wicklung eine abgeglichene Schaltung, vorzugsweise
eine Wheatstonesche Brücke, bildet, die bei einem Fehler in der genannten Wicklung
aus dem Gleichgewicht gerät und eine Ausgleichsspannung abgibt, die den gewünschten
Warn- und,! oder Sicherheitseffekt auslöst.
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Bei einem Wechselstromübertragungssystem, in dem der Empfänger über
einen Verstärker einen Motor steuert, der gleichzeitig mit dem zu steuernden Element
über ein Übertragungsglied den Rotor des Empfängers in eine neutrale Position verstellt,
wird ein Fehler im Verstärker, Motor oder übertragungsglied dadurch angezeigt, daß
der Eingang des Verstärkers über ein Verzögerungsnetzwerk und einen Gleichrichter
mit einer Ausgangsimpedanz vorzugsweise einer Relaiswicklung, verbunden ist, die
erregt wird, wenn die Ausgangsspannung des Einfängers nicht innerhalb einer vorgeschriebenen
Zeitspanne verschwindet, und dann den gewünschten Warn- und/oder Sicherheitseffekt
auslöst.
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Die von den verschiedenen abgeglichenen Schaltungen und/oder Ausgangsimpedanzen
gesteuerten Relaiskontakte können gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung
miteinander verbunden werden, so daß sie eine gemeinsame Warn- und/oder Sicherheitseinrichtung
auslösen. Weiter lassen sich zwei derartige Einrichtungen zu einem Fernsteuersystem
zur Übertragung verschiedener Informationen zu einem gemeinsamen Instrument, vorzugsweise
zu einem ferngesteuerten Kreisel-Lageanzeiger für Flugzeuge zusammenfassen, wobei
die Relaiskontakte beider Systeme in einer gemeinsamen Schaltung miteinander verbunden
werden, so daß bei einem auftretenden Fehler eine gemeinsame Warneinrichtung des
gesamten Instruments ausgelöst wird.
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Diese und weitere Kennzeichen der Einrichtung nach der Erfindung
seien jetzt an zwei Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 ein Schaltbild der verbesserten Einrichtung nach
der Erfindung, F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung
nach F i g. 1, F i g. 3 einen ferngesteuerten Kreisel-Lageanzeiger für Flugzeuge,
der aus zwei Einrichtungen nach F i g. 1 besteht, die gemäß der Erfindung miteinander
verbunden sind.
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F i g. 1 zeigt ein Wechselstromübertragungssystem der bekannten Art
mit einem Sender in Form einer Synchronmaschine 10. Der Sender
10 setzt sich aus einem Rotor 12, der von einem einphasigen Wechselstrom
erregt wird, und einem Stator 16, der aus drei im Dreieck geschalteten Wicklungen
14, 16, 18 besteht, zusammen. Der Empfänger 20 besteht ebenfalls aus
einer Synchronmaschine, die sich aus einem Stator 22, 24, 26 und einem Rotor
28 zusammensetzt. Die drei Anschlüsse des Senderstators sind mit den entsprechenden
Anschlüssen des Empfängerstators über drei Verbindungsleitungen 36, 37, 38 verbunden.
Der Rotor 28 des Empfängers speist über einen Verstärker 31 eine der
beiden Wicklungen eines Zweiphasenniotors 33, dessen andere Wicklung mit
konstanter Spannung erregt wird. Dieser Motor, der über das Glied 34, das
nicht dargestellte zu steuernde Elemente verstellt, verdreht gleichzeitig über die
mechanische Verbindung 35 den Rotor 28 des Empfängers 20, bis das Ausgangssignal
des Empfängers 20 und damit das Eingangssignal des Verstärkers
31 verschwindet.
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Wie bereits im Hauptpatent beschrieben, ist, um Fehler anzuzeigen,
die entweder in den Statorwicklungen des Senders und Empfängers oder in den Verbindungsleitungen
zwischen ihnen auftreten, in eine der Verbindungsleitungen, etwa die Leitung 37,
eine Kapazität 40 eingeschaltet. Die beiden Anschlüsse dieser Kapazität
40 sind mit einer Schaltung 47 verbunden, die sich aus den vier Widerständen
50, 52, 54 und 56 zusammensetzt, von denen 56 ein Potentiometer ist, dessen Schleifer
mit einer Gleichspannungsquelle 58 verbunden ist, deren anderer Pol wiederum mit
dem Verbindungspunkt zwischen dem Leiter 37 und dem Widerstand 50 verbunden ist.
Der Ausgang dieser Schaltung wird einerseits durch die Verbindung des Leiters 37
mit dem Widerstand 54 und andererseits durch die Verbindung der beiden Widerstände
50 und 52 gebildet. Wie man leicht erkennen kann, bildet diese Schaltung eine unvollständige
Wheatstonesche Brücke, die durch einen vierten Zweig vervollständigt wird. Dieser
vierte Zweig besteht aus dem komplexen Widerstandsnetzwerk, das durch die sechs
Statorwicklungen des übertragungssystems und die Verbindungsleitungen zwischen ihnen
gebildet wird. Das Potentiometer 56 wird nun unter normalen Umständen so eingestellt,
daß die Spannung am Ausgang der Brücke Null ist. Tritt jetzt in dem genannten Netzwerk
ein Fehler (Unterbrechung oder Kurzschluß) auf, so ändert sich der Widerstand des
vierten Zweiges der Brücke, und am Ausgang tritt eine Spannung auf, die über einen
Verstärker 65 ein Relais 67 erregt, dessen Kontakt 68 sich dann öffnet.
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Erfindungsgemäß kann nun die Empfindlichkeit der beschriebenen Sicherheitseinrichtung
dadurch erhöht werden, daß in jede der beiden Verbindungsleitungen 36 und 38 ein
Kondensator 39 bzw. 41 eingeschaltet wird, deren Kapazität gleich der des Kondensators
40 ist und die durch Widerstände 42 und 43 geshuntet werden,
deren Widerstandswert gleich dem Gesamtwiderstand des Netzwerkes 47, gemessen über
den Anschlüssen des Kondensators 40, ist.
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Arbeitet das Übertragungssystem normal, so setzen die drei Verbindungsleitungen
36, 37, 38 einem Gleichstrom gleichen Widerstand entgegen. Andererseits ist der
Widerstand der Statorwicklungen 14, 16, 18 und 22, 24, 26 ebenso wie der der Verbindungsleitungen
niedriger als der der Widerstände 42, 43
und des Netzwerkes 47. Dies
rührt daher, daß diese beiden Widerstände 42 und 43 parallel zu den Anschlüssen
der Kondensatoren 39, 41 geschaltet sind und ihr Gesamtwiderstand damit gleich der
Hälfte des Wertes jedes der beiden Widerstände ist. Tritt jetzt in einer der beiden
Verbindungsleitungen 36, 38 eine Unterbrechung auf, die damit einen der beiden Widerstände
42 oder 43 abschaltet, so verdoppelt sich der Gesamtwiderstand an den Klemmen des
Kondensators 40, und die Wheatstonesche Brücke wird stark aus dem Gleichgewicht
gebracht. Die Empfindlichkeit der Fehleranzeige ist somit gegenüber der Einrichtung
nach dem Hauptpatent wesentlich erhöht worden.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der vorliegenden Erfindung sind Mittel
vorgesehen, um Fehler in der Erregung der Primärwicklung 12 des Senders 10
anzuzeigen,
die von der Einrichtung nach dem Hauptpatent nicht angezeigt werden konnten.
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Zu diesem Zweck sind die beiden Verbindungsleitungen 36 und 38 über
zwei gegeneinandergeschaltete Gleichrichter 81 und 83 und zwei Serienwiderstände
mit der Wicklung eines Relais 87 verbunden. Das Ende dieser durch den Kondensator
90 geshunteten Relaiswicklung ist mit der dritten Verbindungsleitung 37 verbunden.
Die Spannung an den Klemmen der Wicklung 87 ist somit gleich der Summe der Absolutwerte
der Spannungen zwischen den beiden Leitern 36, 38 einerseits und dem Leiter 37 andererseits.
In F i g. 2 sind die Veränderungen der Absolutwerte dieser beiden Spannungen als
Funktion des Winkels zwischen der elektrischen Achse des Rotors 12 und einer
Bezugsrichtung (vorzugsweise rechtwinklig zur elektrischen Achse der Wicklung 18)
dargestellt. Es läßt sich dieser Figur entnehmen, daß unabhängig von der Stellung
des Rotors 12 die der Relaiswicklung 87 zugeführte Spannungsdifferenz, d. h. die
Umhüllende der beiden dargestellten gleichgerichteten Sinusspannungen, niemals unter
einen bestimmten Wert K/2 absinken kann, der gleich der Hälfte des maximalen Wertes
K ist, den die Spannung annimmt, wenn der Rotor 12 parallel zur Ständerwicklung
18 steht. Das Relais 87 hält normalerweise den Kontakt 92 geschlossen. Sobald nun
ein Fehler in der Erregung des Rotors auftritt, wird das Relais 87 entregt und der
Kontakt 92 geöffnet.
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Eine dritte Verbesserung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt
es nun, Fehler (Unterbrechungen oder Kurzschlüsse) anzuzeigen, die in der Rotorwicklung
28 des Empfängers auftreten. Zu diesem Zweck sind die beiden Anschlüsse der Wicklung
28
mit einem Widerstandsnetzwerk 107 verbunden, das entsprechend wie
das oben beschriebene Netzwerk 47, eine unvollständige Wheatstonsche Brücke bildet,
die von einer Gleichspannungsquelle 118 gespeist wird. Tritt nun in der Wicklung
28 ein Fehler auf, so gerät die Brücke 107 aus dem Gleichgewicht, und die
Ausgangsspannung erregt über den Verstärker 125
ein Relais 127, das den Kontakt
128 öffnet.
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Ein weiteres Kennzeichen der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf
Mittel zur Anzeige von Fehlern, die in dem Teil des Übertragungssystems auftreten
können, der den Verstärker 31, den Motor 33 und das Übertragungsglied 35 enthält.
Jeder Fehler in diesem Teil des Systems zeigt-sich dadurch, daß der Rotor 28 des
Empfängers nicht in seine neutrale Position in bezug auf den Stator 20 zurückgestellt
; wird oder diese Rückstellung außerordentlich langsam vor sich geht. Entsprechend
sind die beiden Eingangsleitungen des Verstärkers 31 über einen Gleichrichter 160
mit der Wicklung des Relais 156 verbunden. In eine der Eingangsleitungen des Verstärkers
31 ist ein Kondensator 151 eingeschaltet, um die von der Quelle 118 des Netzwerkes
107 herrührende Gleichspannung abzutrennen. In die Zuleitungen zur Wicklung
des Relais 156 ist weiter in Serie mit der Wicklung ein Widerstand 158 und parallel
zu ihr eine f Kapazität 162 eingeschaltet, die zusammen ein Verzögerungsnetzwerk
bilden. Besteht jetzt eine der Wicklung des Relais 156 zugeführte Spannung
längere Zeit, d. h. wird die Rückkehr des Rotors 28 in seine neutrale Stellung verzögert,
spricht das Relais t 156 an und öffnet den Kontakt 164.
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Die vier Kontakte 92, 68, 128 und 164, von denen jeder geöffnet wird,
sobald in einem bestimmten ihm zugeordneten Teil des Übertragungssystems ein Fehler
auftritt, sind miteinander, der Wicklung eines Relais 175 und einer Gleichspannungsquelle
174 in Serie geschaltet. Dieser Kreis im Schaltbild der F i g. 1 enthält jedoch
noch weitere vier Kontakte, die mit den gleichen Bezugszeichen wie die ersten Kontakte,
jedoch mit zugesetztem A bezeichnet sind. Diese vier Kontakte gehören zu einer gleich
aufgebauten Einrichtung eines zweiten übertragungssystems, auf das jedoch erst weiter
unten eingegangen wird. Das Relais 175 hält normalerweise den Kontakt 177, der in
der Zuleitung eines Anzeigeinstrumentes, etwa einer Lampe 189, liegt, geöffnet.
Sobald nun einer der Kontakte in der eben beschriebenen Kette geöffnet wird, schließt
sich der Kontakt 177, und die Lampe 189 leuchtet auf.
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F i g. 3 zeigt die Anwendung einer überwachungseinrichtung nach der
Erfindung auf einen Lageanzeiger für Flugzeuge, der mit einem vertikalen Kreisel
arbeitet, dessen Stampf- und Rollwerte auf ein entfernt angeordnetes Anzeigeinstrument
205 übertragen werden. Der Vertikalkreisel 225 ist mit. zwei Sendern 10 und
10A in Form von Synchronmaschinen verbunden. (Die Statorwicklungen der beiden Sendermaschinen
sind hier im Gegensatz zu den Statorwicklungen in dem Übertragungssystem nach F
i g. 1 im Stern statt im Dreieck geschaltet. Die Art der Schaltung der Ständerwicklungen
ist jedoch auf die Erfindung ohne jeden Einfluß.) Die Synchronmaschine 10 überträgt
die Stampfsignale und die Synchronmaschine 10A die Rollsignale. Die entsprechenden
Empfängermaschinen 20- und 20a steuern über die Verstärker 31 und 31 a die Motoren
33 und 33A. Diese verstellen gleichzeitig das Anzeigeinstrument 205 und stellen
die Rotoren der Empfängermaschinen in die neutrale Lage zurück. Der Motor 33 verstellt
ein endloses Band 206 hinter dem Fenster des Instrumentes 205, während der Motor
33A den Träger dieses endlosen Bandes um eine senkrechte Achse, die symmetrisch
zum Fenster liegt, verstellt. Eine Signalscheibe 240 kann zwei verschiedene
Stellungen einnehmen. In der einen Stellung ist sie im Fenster des Instrumentes
205 sichtbar, während sie in der zweiten Stellung verdeckt ist. Sie wird über eine
Achse 248 und einen Schwingarm durch die Magnetspule 257 verstellt, in die, sobald
sie erregt wird, der Kern 244 hineingezogen wird, so daß die Scheibe 240
im Fenster des Instrumentes 205 erscheint.
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Der Block 48 stellt eine Überwachungseinrichtung dar, die dem ebenfalls
mit 48 bezeichneten, gestrichelt umrahmten Teil in F i g. 1 entspricht. Jedes
der beiden Übertragungssysteme, das die Stampf-bzw. die Rollsignale überträgt, wird
in der an Hand der F i g. 1 oben beschriebenen Weise überwacht. Die Elemente des
Übertragungssystems für das Stampfsignal, die den Elementen in dem übertragungssystem
nach F i g. 1 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so daß
sich eine erneute Beschreibung erübrigt. Die beiden Ausgangsleitungen 185 der Überwachungseinrichtung
48 sind mit der Magnetwicklung 257 statt mit der Lampe 189 wie in F i g. 1 verbunden.
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Die Einrichtung nach der Erfindung gibt somit eine sehr große Sicherheit,
da jede falsche Anzeige des Instrumentes, die durch einen Fehler in einem beliebigen
Teil des Übertragungssystems hervorgerufen wird, sofort angezeigt wird.