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Die Hauptpatentanmeldung geht von einer Vorrichtung zum Synchronisieren
und Aufrechterhalten des phasentreuen Gleichlaufs zweier Kommutatoren aus, die durch
zwei asynchron anlaufende Synchronmotoren angetrieben werden und je N (von
1 bis N
durchnumerierte) Schaltstellungen in einem Abstand, der einen Schritt
(d. h. eine Einheit zwischen den Ordnungszahlen ihrer jeweiligen Positionen) nicht
überschreiten darf, aufweisen und jeweils abwechselnd um eine Position vorrücken,
mit einer ersten Untereinheit zur Grobregulierung, die beim Anlassen einen Abstand
sicherstellt, der kleiner als ein Schritt ist, und einer zweiten Untereinheit zur
Feinregulierung, die den wechselnden Vorschub der Kommutatoren derart steuert, daß
jeweils einer von ihnen in einem vorbestimmten Augenblick der stationären Periode
des anderen um einen Schritt vorrückt.
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Eine solche Vorrichtung ist gemäß der Hauptpatentanmeldung dadurch
gekennzeichnet, daß die Untereinheit zur Grobregulierung auf der Welle jedes Kommutators
zum Feststellen der Winkelposition eine von einer Gleichspannungsquelle gespeiste
Meßvorrichtung aufweist, die aus einem von der Gleichspannung gespeisten Spannungsteiler
mit in Reihe geschalteten Widerständen und N von dem entsprechenden Kommutator nacheinander
abgegriffenen Abgriffen besteht und die eine Vergleichsvorrichtung zum Vergleich
der Spannungen umfaßt, die mittels einer Differenzschaltung die Differenz zwischen
den von den beiden Kommutatoren abgegriffenen Spannungen bildet und einen elektrischen
Impuls liefert, sobald die Differenz zwischen den durch die Meßvorrichtungen gelieferten
Spannungen im Begriff ist, ihr Vorzeichen zu wechseln, daß dieser Impuls, wenn einer
der beiden Kommutatoren zuvor angelassen worden ist, die Einschaltung des Motors
des zweiten Kommutators hervorruft, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Untereinheit
zur Feinregulierung für jeden Kommutator eine magnetische Meßvorrichtung umfaßt,
die jeweils mit den die Kommutatorarme antreibenden Wellen verbunden ist und Impulse
liefert, welche logische Kreise steuern, die in dem Fall, in dem die den Impulsen
entsprechende Position nicht mit der vorbestimmten Einstellung übereinstimmt, Mittel
betätigen, die vorübergehend den Motor des Kommutators verzögern, der dem anderen
vorläuft, bis die genaue Einstellung erreicht ist.
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Es ist bekannt (britische Patentschrift 842 340), zwei Motoren und
zwei von diesen Motoren angetriebene rotierende Elemente nach Drehzahl und Phase
zu synchronisieren, indem an jedem Motor in einer bestimmten Winkelstellung seiner
Welle ein Markierungsimpuls erzeugt und die Lage der Markierungsimpulse zueinander
festgestellt wird. Falls keine zeitliche übereinstimmung zwischen den Impulsen besteht,
bewirkt ein Grobregler, daß der Lauf eines der Motoren verzögert wird, bis die beiden
Markierungsimpulse mindestens annähernd zeitlich übereinstimmen. Mit Hilfe eines
Feinreglers werden dann die zwei Markierungsimpulse zeitlich in volle Deckung gebracht,
indem der Stator eines der Motoren entsprechend verdreht wird. Diese bekannte Einrichtung
ist jedoch insbesondere hinsichtlich ihrer Art der Grobmessung für sich schrittweise
drehende Kommutatoren ungeeignet.
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Es ist auch bei einer Drehzahl- und Phasenregelung stetig umlaufender
Teile bekannt (deutsche Auslegesehrift 1057 869), rotierende Kommutatorlamellen,
die auf um den Umfang sich ändernden Spannungen liegen, abzugreifen und auf Grund
einer dabei festgestellten Spannungsdifferenz die Energiespeisung eines der Motoren
zu steuern. Diese Regelung allein bringt jedoch nur einen für viele Zwecke unzureichenden
Phasensynchronismus und ist für schrittweise Umdrehungen ungeeignet, bei denen der
eine Kommutator bei halber Verweilzeit des anderen kommutiert werden soll.
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Zur Erhöhung der Genauigkeit des Meßwertes beim Gegenstand der Hauptpatentanmeldung
schlägt der vorliegende Zusatz vor, daß die Stellungen der Arme der zwei Kommutatoren
durch in binären Zahlen ausgedrückte Größen dargestellt sind, deren Ziffern paarweise
an »ODER-EXCLUSIV«-Gatter in der Weise abgegeben werden, daß, wenn der Kommutator
Nr. 1 allein in Betrieb ist, durch einen von einem magnetischen Impulsgeber in der
Hälfte des Intervalls zwischen zwei Stellungsänderungen des Kommutators Nr. 1 abgegebenen
Bezugsimpuls eine bistabile Kippschaltung (Flip-Flop) in Nulleinstellung geht und
nach einer sehr kurzen Zeitdauer beim Erhalt eines zweiten Impulses umkippt, der
durch einen Koinzidenz-Stromkreis unter der Wirkung der vorerwähnten »ODER-EXCLUSIV«-Gatter
weitergeleitet wird, wenn die veränderliche Größe der Stellung des Kommutators Nr.
1 Ziffer für Ziffer mit der gleichbleibenden Angabe der Stellung des stillstehenden
Kommutators Nr. 2 identisch ist, und ein erstes Relais steuert, das über ein zweites
Relais den Anlauf des Motors des Kommutators Nr. 2 _hervorruft.
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Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen an Hand der Figur der
Zeichnung erläutert; in ihr ist ein Ausführungsbeispiel der Grobsynchronisierungsvorrichtung
gemäß der Erfindung wiedergegeben. Die mit der Hauptpatentanmeldung übereinstimmenden
Elemente und die entsprechenden Organe werden vorausgesetzt und sind in dem vorliegenden
Zusatz mit denselben Bezugszeichen wie dort bezeichnet. Es zeigt F i g. 1 das Funktionsdiagramm
der Grobsynchronisierungsvorrichtung und F i g. 2 ein Zeitdiagramm, das das Verständnis
der Betriebsweise erleichtert.
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Die dargestellte Vorrichtung enthält acht »ODER-EXCLUSIV«-Gatter 11,
die durch zwei Eingänge jede der acht Binärziffern erhalten, die die Abbildung jeder
Armlage jedes Kommutators a/1 und a12, b/1 und b/2 ... hll
und h2 darstellen. Hierbei geht die eine Abbildung vom Kommutator Nr.1 und
die andere vom Kommutator Nr.2 aus. Die logischen Ausgangssignale der Stromkreise
11 werden auf acht entsprechende Eingänge g eines - »UND«-Gatters 16 gegeben. Wenn
alle binären Ziffern paarweise gleich sind, nämlich all = a12, b11= b/2
... hll = h12,
d. h., wenn zwei Abbildungen identisch sind (und nur
in diesem Fall), trifft man an allen Eingängen des Gatters 16 Signale des logischen
Wertes »1« an. Unter diesen Bedingungen wird ein auf den Eingang f des Gatters 16
gegebener Impuls an den Ausgang s weitergeleitet und von hier als Einschaltimpuls
zum Eingang g einer bistabilen Kippschaltung 19 (Flip-Flop) gegeben. Die Kippschaltung
19 (Flip-Flop) ist mit der Spule 25 des Relais 26 eines Motors 33 des Kommutators
Nr. 2 verbunden.
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Wenn man auf den Anlaßschalter des Antriebsmotors des Kommutators
Nr. 1 (nicht dargestellt) drückt, so erfolgt durch D die Nulleinstellung der
Kippschaltung
19. Das Relais 26 ist in Ruhestellung, sein Kontakt 24 steht offen. Im Schütz 23
des Antriebsmotors 33 des Kommutators Nr. 2 ist der Kontakt 30 geöffnet; infolgedessen
ist die Speisung des Motors 33 aus der dreiphasigen Leitung 32 unterbrochen, und
dieser Motor ist somit im Augenblick des Anlaufs des Kommutators Nr. 1 in Ruhestellung.
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Gleichzeitig wird eine Gleichspannung Vo durch den Ruhekontakt 21
des Schützes 23 (Schließstellung) an einen RC-Verzögerungsstromkreis 20 gelegt.
Es ergibt sich ein Logiksignal »X«, das auf ein »UND«-Gatter 18 und eine Umkehrstufe
17 gegeben wird. Letztere gibt ein Ausgangssignal X ab. Bei den dargestellten Bedingungen
ist: X = 1, X = 0. Folglich ist das »UND«-Gatter 18 durchlässig, während das mit
der Umkehrstufe 17 verbundene »UND«-Gatter 12 nicht durchlässig ist. Gleichzeitig
wird das Signal des logischen Wertes X = 0 durch eine Verbindung C auf die bistabilen
Kippschaltungen BBZ1 und BBZ2 der Feineinstellungsvorrichtung gegeben, wodurch für
den Augenblick der Betrieb dieser Vorrichtung (s. F i g. 4 der Hauptpatentanmeldung)
blockiert wird.
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Ist das »UND«-Gatter 18 durchlässig, so werden die Einstellungsimpulse
toll, t111, die seinem Eingang g zugeführt werden und die durch die Bewegung eines
magnetischen Armes vor den am Umfang des Kommutators angebrachten festen Magnetköpfen
entstehen, zum Eingang f des »ODER«-Gatters 13 übertragen. Dem Eingang g dieses
Gatters wird dagegen kein Impuls zugeführt, da das »UND«-Gatter 12 blockiert ist.
Die aus dem »ODER«-Gatter 13 austretenden Impulse werden an eine monostabile Kippschaltung
14 weitergeleitet, die wie ein Impulsformer wirkt. Am Ausgang m der monostabilen
Kippschaltung 14 werden die Impulse dem Eingang f der bistabilen Kippschaltung 19
zugeführt, um Null auf dem Ausgang s dieser Kippschaltung zu bestätigen.
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Die durch die monostabile Kippschaltung 14 abgegebenen Impulse
werden ebenfalls über den Punkt m einem A t2-Verzögerungsstromkreis 15 (Verzögerung
von 4 us im Ausführungsbeispiel) zugeleitet. Die verzögerten Impulse gelangen zum
Eingang f des »UND«-Gatters 16. Im Fall der Identität der beiden durch die zwei
Kommutatoren abgegebenen Größen wird der Impuls durch den Ausgang s des Gatters
16 auf den Eingang g der bistabilen Kippschaltung 19 übertragen. Infolgedessen wird
die Spule 25 des Relais 26 an die Spannung V2 gelegt. Der Kontakt 24 des Relais
26 schließt sich, und die Wicklung 29 des Schützes 23 wird durch die Stromquelle
Vi erregt. Der ursprünglich geschlossene Ruhekontakt 21 öffnet sich, und der ursprünglich
geöffnete Arbeitskontakt 22 schließt sich und hält die Spule 29 selbst. Gleichzeitig
gelangt der Kontakt 30 in Arbeitslage, und der Motor 33 des Kommutators Nr. 2 wird
an eine Spannungsquelle V4 gelegt.
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Durch die Unterbrechung des Kontakts 21 erfolgt nach dem Zeitabschnitt
A t1 (1 Sekunde im Ausführungsbeispiel) die Umkehrung des Logiksignals X
in X = 0, die Umkehrstufe 17 gibt unter diesen Bedingungen ein Signal X = 1 ab.
Somit wird das »UND«-Gatter 18 blockiert und das »UND«-Gatter 12 geschlossen.
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Das Signal, das das »UND«-Gatter 12 nun an das »ODER«-Gatter 13 am
Ende der Sperraufhebung des »UND«-Gatters 16 weiterleitet, ist im Verhältnis zu
den zuvor verwendeten Signalen toll, t111 verschoben. Tatsächlich liegt die Zeitdauer
für die Synchronisierungsgeschwindigkeitseinstellung des Motors 23 bei ungefähr
100 ms. Somit ist es vorteilhaft, den Anlaufbefehl während einer Dauer wie toll
oder t1,1 freizugeben: der Kommutator Nr. 2 hat somit genügend Zeit, seine Geschwindigkeit
während der Stillstandsdauer des Kommutators Nr. 1 zu erreichen. Wenn dagegen die
beiden Kommutatoren in Bewegung sind, muß man die Kontrolle von deren Meßgrößen
in einem späteren Augenblick ausführen. Dies ergibt sich sogleich aus dem Diagramm
der F i g. 2. Es sei angenommen, daß der Kommutator Nr. 1 in dem Intervall A/11
B/1 in der Lage 25/1 ist. Der Kommutator Nr. 2 befindet sich während des Intervalls
A/21 B/2 in der Lage 25I2. Der günstigste Augenblick zum Vergleichen der
Stellungen ist die Zeit t',111 die im Verhältnis zu toll um 100 ms verschoben ist,
oder t'111, die um 100 ms im Verhältnis zu t111 verschoben ist. Dies ist der Grund,
warum durch einen bekannten Verzögerungsstromkreis 34 die Signale toll und
t1,1 um die Dauer A t3 verzögert werden und so zu den an den Eingang des
»UND«-Gatters 12 abgegebenen Kontrollsignalen t'oli und t'111 werden.
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Sind die Stellungen im Moment der Kontrolle identisch, d. h. im Augenblick
toll oder t'1,1, so wird die durch den Impuls, der vom Punkt m auf den Eingang f
der Kippschaltung 19 geleitet wurde, auf Null eingestellte Kippschaltung 19 durch
den 4 Mikrosekunden später an ihrem Eingang g ankommenden Impuls (Kontrollimpuls)
auf 1 eingestellt.
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Das Relais 26 ist daher praktisch dauernd erregt. Der Ruhekontakt
27 ist geöffnet, und eine Signallampe 28 leuchtet, da sie von der Quelle V, nicht
gespeist wird, nicht auf.
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Ist infolge eines falschen Betriebes der Vorrichtung die Synchronisierung
zwischen den beiden Kommutatoren nicht einwandfrei verwirklicht, so wird man durch
die Signallampe 28 darüber informiert. Durch Öffnen eines handbetätigten Kontakts
31 wird dann der Motor 33 abgestellt und durch Schließen ein neuer automatischer
Anlauf wieder eingeleitet.
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Die Erfindung wird dann angewendet, wenn man zwei Kommutatoren zusammenschaltet,
um ihr Abtastungsvermögen zu verdoppeln. Dies ist insbesondere bei einer Vorrichtung
zur wiederkehrenden Abtastung einer Größengesamtheit der Fall, die zur Steuerung
eines Atommeilers dient. In einem Atommeiler befinden sich bekanntlich Uranbarren,
deren Temperatur fortdauernd überwacht werden muß. Die Temperatur jedes Barrens
muß in periodischen Intervallen in numerischer Form kodiert werden, um in einer
Matrix von Magnetkernen gespeichert zu werden.
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Jeder Barren ist mit seiner Adresse (Nummer des Speicherfaches, in
das die Temperatur in numerischer Form eingetragen ist) bezeichnet. Um die Temperatur
eines gegebenen Barrens in einem Speicherfach, das seine Zahl besitzt, eintragen
zu können, ist es notwendig, daß die Arme der zwei Kommutatoren eine regelmäßig
wechselnde und synchronisierte Bewegung ausführen, wobei die Winkelstellung des
Armes des Kornmutators Nr. 2 z. B. nach Bewegung eines Schrittes mit jener Stellung,
die der Arm des Kommutators Nr. 1 in diesem Moment innehat, gleich ist.
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Ist der Kommutator Nr. 1 einmal angelaufen, so muß man den Kommutator
Nr.2 im gegebenen Augenblick anlassen, damit die relative Winkelstellung
der
Arme korrekt ist. Da die Antriebsmotoren Synchronmotoren sind, muß die Synchronisierung
im Prinzip beibehalten werden.
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Die Armlage jedes Kommutators ist durch eine numerische Größenangabe
identifiziert. Der Kommutator Nr. 2 wird nach dem Anlauf des Kommutators Nr. 1 angelassen,
in dem Augenblick, in dem die Angaben der Stellungen der beiden Arme identisch sind.
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Kommt durch einen unvorhergesehenen Zufall der Synchronismus nicht
zustande, so besteht keine Parität zwischen den Angaben der Stellungen der zwei
Arme, und die Vorrichtung läßt die gewollten Steuerungen ablaufen, um den Kommutator,
der im Verhältnis zum anderen einen Vorsprung besitzt, zu verzögern.