-
Vorrichtung zum Umwandeln eines Gleichstromes in einen proportionalen
Wechselstrom größerer Leistung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln
eines Gleichstromes in einen proportionalen Wechselstrom größerer Leistung mit einer
aus einer fremden Gleichstromquelle erregten Steuerschaltung, deren Gleichgewicht
durch eine in einem Magnetfeld drehbare, von dem Gleichstrom durchflossene Drehspule
beeinflußt wird.
-
Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung einer
verbesserten Umwandlungsvorrich tung der vorgenannten Art, bei der Lageänderungen
der Drehspule durch Alterungserscheinungen u. dgl. keine Fehler mehr am Wechselspannungsäusgang
hervorrufen können.
-
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die Drehspule ausschließlich einem periodischen, magnetischen Wechselfeld von trapezförmiger
Gestalt und konstanter Amplitude auszusetzen und die Steuerschaltung mit einem reinen
Wechselspannungsausgang zu versehen.
-
Vorzugsweise enthält die Steuerschaltung eine zweite Drehspule, die
mit der ersten Drehspule mechanisch gekoppelt und in einem konstanten Magnetfeld
angeordnet ist.
-
Bei den bisher bekannten Umwandlungsvorrichtungen ist stets ein Gleichfeld
vorhanden, und ein neben dem Gleichfeld noch vorhandenes überlagertes Wechselfeld
sorgt allein für eine gewisse Dämpfung.
-
Erst der erfindungsgemäße Vorschlag des ausschließlich vorhandenen
Wechselfeldes führt zu dem angestrebten Ergebnis, weil bei vorhandenem Gleichfeld
der Eingangsstrom die Lage der Drehspule beeinflußt. Für die ordnungsgemäße Umwandlung
soll ja der Wechselspannungsausgang der Schaltung von den Schwingungen der Drehspule,
nicht aber von ihrer Lage abhängig sein.
-
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert,
die ein bekanntes und zwei erfindungsgemäße registrierende Meßinstrumente zeigen.
In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 ein Schaltbild eines bekannten registrierenden
Meßinstrumentes, F i g. 2 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen registrierenden
Meßinstrumentes, F i g. 3 ein erläuterndes Diagramm zur Vorrichtung nach Fig. 2;
F i g. 4 ist ein Schaltbild einer anderen Ausführung eines erfindungsgemäßen registrierenden
Meßinstrumentes.
-
F i g. 1 zeigt die Drehspule 1 eines Spiegelgalvanometers, welchem
über die Klemmen 2 der zu registrierende Gleichstrom zugeführt wird. Die Drehspulel
liegt im Feld eines Magneten 12. Auf den Spiegel wird mit einer Linse 3 das Licht
einer Lampe 4 gerichtet.
-
Das reflektierte Lichtbündel verteilt sich in der Ruhelage der Drehspule
1 zu gleichen Teilen auf zwei Photowiderstände 5 oder andere photoelektrische Wandler,
die zusammen mit den Widerständen 6 eine Brückenschaltung bilden, die über die Klemmen
7 mit Wechselspannung gespeist wird. Wenn die Photowiderstände gleichmäßig beleuchtet
werden, ist die Brücke im Gleichgewicht, so daß der Verstärker 8 kein Eingangssignal
empfängt.
-
Wenn die Eingangsklemmen 2 ein Gleichstromsignal empfangen, dreht
die Drehspule 1, so daß das reflektierte Lichtbündel ungleich auf die Photowiderstände
5 verteilt wird und die Brücke aus dem Gleichgewicht gerät. Nun gibt die Brücke
eine Ausgangswechselspannung ab, die über den Verstärker 8 einem Motor 9 zugeleitet
wird, der das Registrierorgan antreibt. Mit dem Registrierorgan und dem Motor 9
ist ferner ein Bezugspotentiometer 10 gekoppelt, das aus einer Bezugsstromquelle
11 gespeist wird und einen Gegenstrom durch die Drehspulel schickt, der von der
Lage des Registrierorgans abhängig ist. Das Registrierorgan kommt deshalb in einer
Lage zum Stillstand, in der der vom Potentiometer 10 gelieferte Gegenstrom den Eingangsstrom
an den Klemmen 2 gerade aufhebt.
-
Ein Nachteil der zuvor beschriebenen Vorrichtung liegt darin, daß
die Brücke nicht nur durch einen Eingangsstrom an den Klemmen 2, sondern auch durch
andere Ursachen aus dem Gleichgewicht geraten kann und ihren Nullpunkt verändert.
-
Dieser Nachteil wird bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung beseitigt.
-
In dem in F i g. 2 dargestellten Beispiel sind Komponenten, die auch
in Fig. 1 gezeigt sind, mit denselben Bezugsziffern versehen.
-
Bei dem registrierenden Meßinstrument gemäß F i g. 2 wird die Brücke
5, 6 über die Klemmen 7 nicht mit Wechselspannung, sondern mit Gleichspannung gespeist.
Die Brücke 5, 6 kann nun nur dann ein Wechselspannungssignal abgeben, wenn sich
das reflektierte Lichtbündel über die Photowiderstände bewegt, gleichgültig ob die
Brücke im Mittel im Gleichgewicht ist oder nicht. Falls die Brücke im Mittel nicht
im Gleichgewicht ist, liefert sie zusätzlich ein Gleichspannungsausgangssignal,
welches, falls erwünscht, dadurch unterdrückt werden kann, daß man in eine der beiden
Ausgangsleitungen einen Kondensator 13 legt. Der den Eingangsklemmen 2 zugeführte,
zu registrierende Gleichstrom wird in Lichtbündelschwankungen umgewandelt durch
Verwendung eines Magneten 12, der ein magnetisches Feld konstanter Amplitude, aber
periodisch umkehrender Richtung liefert. Dies kann z. B. mit einem Elektromagneten
verwirklicht werden.
-
Wenn die Dreh spule von einem Gleichstrom durchflossen wird, führt
sie eine schwankende Bewegung im periodischen Feld des Magneten 12 aus. Sie kommt
erst zum Stillstand, wenn dieser Gleichstrom gerade durch den vom Bezugspotentiometer
kommenden Strom kompensiert wird. Sobald dies der Fall ist, liefert die Brücke 5,
6 keine Wechselspannung mehr an den Verstärker 8, so daß der Motor 9 und damit das
Registrierorgan und das Bezugspotentiometer 10 zum Stillstand kommen.
-
Im Idealfall liegt die Drehspule 1 in ihrer Ruhelage parallel zum
Magnetfeld des Magneten 12. Diese Annahme kann jedoch in der Praxis nicht immer
erfüllt werden, unter anderem wegen Alterungen der Aufhängorgane der Drehspule.
Wenn die Drehspule unter einem Winkel zum Magnetfeld steht, wird in ihr durch den
periodischen Charakter des Magnetfeldes eine Wechselspannung induziert, welche in
der Drehspule einen Wechselstrom verursacht, der auch bei Fehlen eines Gleichstromsignals
eine Lichtbündelschwankung hervorrufen kann.
-
Es wird in der Drehspule nur während der kurzen Zeit, in welcher
sich das Magnetfeld ändert, eine Spannung induziert, so daß die auftretenden Induktionsströme
unzureichend sind, um die Drehspule in Bewegung zu setzen, weil diese eine ziemlich
große mechanische Trägheit hat und weil die Induktionsströme nur zu Zeitpunkten
auftreten, an denen das Magnetfeld nicht seine maximale Größe hat und sich ändert.
Dies wird an Hand der F i g. 3 erläutert.
-
Den Verlauf des Magnetfeldes zeigt die Kurven wobei zur Vereinfachung
ein trapezförmiger Verlauf angenommen ist. Diese Flanken können erheblich steiler
sein, als es die F i g. 3 zeigt.
-
Die Spannung, die von den Flanken des Wellenzuges in der Drehspule
1 induziert wird, sofern diese winklig zum Magnetfeld steht, ist bei b dargestellt.
-
Es handelt sich um eine Folge von schmalen Spannungsimpulsen wechselnder
Polarität, die entsprechende Stromimpulse in der Drehspule verursachen.
-
Das von den Stromimpulsen und dem Magnetfeld verursachte Moment c
auf die Drehspule ist das Produkt der Kurven und b. Fig.3c zeigt, daß das resultierende
Moment von kurzen symmetrischen Schwankungen um den Wert Null gebildet wird, die
in relativ großen Abständen auftreten. Wegen ihrer mechanischen Trägheit reagiert
die Drehspule nicht auf diese Momentanschwankungen.
-
Ein weiteres registrierendes Meßinstrument gemäß der Erfindung ist
in Fig.4 schematisch dargestellt.
-
Hier sind das optische System und die Brücke gemäß F i g. 1 und 2
durch eine zweite Drehspule 14 ersetzt, die mechanisch mit der ersten Drehspule
1 gekoppelt und in einem konstanten Magnetfeld angeordnet ist, welches ein zweiter
Magnet 15 erzeugt. Die Pendelungen der ersten Drehspule 1 werden auf die zweite
Drehspule 14 übertragen, in welcher dann eine Wechselspannung induziert wird. Nur
wenn die erste Drehspule stillsteht, d. h. wenn der zu registrierende Gleichstrom
gerade vom Bezugsgleichstrom kompensiert wird, steht auch die zweite Drehspule 14
still, so daß sie keine Wechselspannung liefert.
-
Solche Vorrichtungen haben den Vorteil, sehr einfach zu sein und
bleiben auch arbeitsfähig, wenn die Drehspulen durch Alterungserscheinungen der
Drehspulenaufhängung oder ähnliche Ursachen im Ruhestand gegenüber dem Magnetfeld
erheblich verdreht sind. Eine Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 wäre, wenn das Lichtbündel
vollständig neben den Photowiderständen liegt, völlig arbeitsunfähig.
-
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wurde zuvor für Servosysteme
von registrierenden Meßinstrumenten beschrieben. Obwohl hier tatsächlich ein sehr
wichtiges Anwendungsgebiet liegt, kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch
ganz allgemein immer angewandt werden, wenn ein Gleichstromsignal in ein Wechselspannungssignal
umgewandelt werden soll.