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Einrichtung zur Mehrfachübertragung von Messgrössen.
Beim Fernmessen in elektrischen Kraftwerksbetrieben tritt häufig die Aufgabe auf, eine grössere Anzahl von Messgrössen gleichzeitig über ein und dieselbe Leitung zu übertragen, ohne dass etwa für jede Messgrösse eine besondere Übertragungsfrequenz oder eine besondere Modulationsfrequenz derselben Trägerwelle bereitgestellt werden kann, d. h. es wird gefordert, auf einer Übertragungsleitung mehrere Messwerte gleichzeitig zu übertragen. Die Mehrfachübertragung auf einer Leitung ist bis jetzt in der Weise gelöst worden, dass an Sende-und Empfangsstationen synchron laufende Umschalter vorgesehen wurden, welche nacheinander zusammengehörige Sende-und Empfangsinstrumente an die Fernleitung anschalten.
Jedes Sendeinstrument war dabei bis jetzt für eine gewisse längere Zeit, beispielsweise für zehn Sekunden, mit seinem zugehörigen Empfangsinstrument verbunden und der Messwert wurde nur während dieser zehn Sekunden richtig gezeigt, während in der darauffolgenden Zeit die Übertragung der übrigen Messinstrumente erfolgte, das erstgenannte also nicht angeschlossen war.
Der Nachteil, der in dieser nur zeitweise stattfindenden Fernübertragung liegt, kann nach einem andern Vorschlag dadurch gemildert werden, dass das Empfangsinstrument eine Festhaltevorrichtung erhält, durch die der Empfangszeiger nach Beendigung der Übertragung auf dem zuletzt übertragenen Wert festgehalten wird und erst, wenn das entsprechende Sendeinstrument wieder an der Reihe ist, freigegeben wird. Ein weiterer Vorschlag geht dahin, die Messwerte am Sendeort während der Übertragungspause zu integrieren und das einen Mittelwert darstellende Integral zu übertragen. Es handelt sich demgemäss bei allen bisherigen Vorschlägen zur Mehrfachübertragung um Lösungen, bei denen absatzweise entweder sogenannte Augenblickswerte (d. h. Zeigerstellungen) oder sogenannte Mittelwerte (d. h.
Angaben integrierender Instrumente) fernübertragen werden, aber es ist bisher nicht mög- lich gewesen, eine Mehrzahl von Messwerten kontinuierlich und gleichzeitig auf einer einzigen Übertragungsleitung zu übermitteln.
Die vorliegende Erfindung löst diese letztere Aufgabe durch die Erkenntnis, dass durch Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit der Umschalter die kontinuierliche Mehrfachübertragung auf einer Leitung möglich ist. Dies wird im folgenden an zwei Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind, erläutert. Die Fig. 1 bezieht sich auf eine kontinuierliche Mehrfachübertragung nach einem Impulsverfahren, die Fig. 2 auf eine solche nach einem Intensitätsverfahren, d. h. nach einem Verfahren, bei dem die Geberapparatur die Grösse des in der Fernleitung fliessenden Stromes oder die Höhe der an ihr liegenden Spannung einstellt.
In beiden Abbildungen sind der Übersichtlichkeit halber nur je zwei Messinstrumente dargestellt, die Erfindung ist aber bei Verwendung entsprechend vielteiliger Umschalter unverändert auf die gleichzeitige Übertragung sehr vieler (etwa 25 oder mehr) Messgrössen anwendbar.
In Fig. 1 bedeutet 1 zwei Zähler, deren Drehgeschwindigkeit fernübertragen werden soll, 2 die Kontaktvorrichtungen und Kontaktbürsten auf den Achsen der Zähler. !, eine Hilfsbatterie, 4 die Senderelais, 5 den schnellaufenden Umschalter, 6 den Antriebsmotor des Schalters 5, vorzugsweise einen Synchronmotor, 7 einen Hochfrequenzsender, 8 die Kopplungskondensatoren der Sendestation,
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9 die zur Fernübertragung dienende Hochspannungsleitung, 10 die Kopplungskondensatoren der Empfangsstation, 11 einen Hochfrequenzempfänger, 12 den schnellaufenden Umschalter der Empfangsstation, der mit dem Umschalter 5 der Sendestation synchron laufen muss, 13 den Antriebsmotor des
Umschalters.
12, vorzugsweise einen Synchronmotor, 14 eine Hilfsbatterie, 15 zwei Empfangsrelais, 16 die Kondensatoren für die an sich bekannte Empfangseinrichtung nach dem Impulshäufigkeits-
System, 17 die Hilfsbatterie, aus der die Kondensatoren 16 umgeladen werden, 18 die Empfangsinstrumente, über welche sich die Kondensatoren umladen.
Bezüglich der Umlaufgeschwindigkeit des Schalters 5 ist die Voraussetzung zu machen, dass er innerhalb der Zeit, während der ein Stromschluss an den Kontaktvorrichtungen 2 erfolgt, mindestens eine volle Umdrehung zurücklegt. Wenn also beide Zähler 1 gleichzeitig Kontakt machen, wird der Umschalter 5 auf beiden Kontaktsegmenten, an denen die in der Fig. 1 mit 1 bezeichneten Zähler angeschlossen sind, den Hochfrequenzsender 7 erregen. An die beiden übrigen Kontaktsegmente sind andere Zähler angeschlossen zu denken. Falls nur der eine der Zähler 1 Kontakt macht, findet die Erregung nur auf einem der Kontaktsegmente statt. Auf der Empfangsstelle wird durch den mit dem Umschalter 5 der Sendestelle synchron laufenden Umschalter 12 jeweils nur dasjenige Empfangsrelais 15 erregt, dessen zugehöriger Zähler auf der Sendeseite gerade Kontakt macht.
Sofern also nur eine der Kontaktvorrichtungen 2 geschlossen ist, wird nur eines der Relais 15 erregt ; falls beide geschlossen sind, werden beide Relais 15 erregt. Die Relais 15 sind mit einer derartigen Abfallverzögerung ausgerüstet, dass sie auf die ihnen zugeführten, durch die Umschalter in mehrere Einzelimpulse zerlegten Übertragungsströme geradeso ansprechen wie auf zusammenhängende Stromstösse. Die eigentliche Empfangseinrichtung 16, 17, 18 ist vom Impulshäufigkeitsfernmessverfahren her bekannt und arbeitet im wesentlichen in der Weise, dass mittels der Umschaltkontakte der Relais 15 die Kondensatoren 16 von der Batterie konstanter Spannung 17 abgetrennt und mit vertauschter Polarität wieder angeschlossen werden.
Es findet also zunächst eine Entladung, dann eine Wiederaufladung mit entgegengesetzten Vorzeichen statt, im ganzen also eine Umladung. Der Umladestrom fliesst dabei über die trägen Instrumente 18, die in der Zuleitung zum positiven Pol der Batterie 17 liegen.
Wie aus dem obigen hervorgeht, ist in dieser Weise die Mehrfachübertragung auf ein und derselben Übertragungsleitung ohne weiteres möglich, auch wenn zwei Sendeimpulse zeitlich zusammenfallen, da durch die schnellaufenden Umschalter die richtige Verteilung auf die Empfangsrelais bewirkt wird.
Das zweite Ausführungsbeispiel, eine Mehrfachfernmessung nach einem Intensitätsverfahren, zeigt Fig. 2. Dort bedeutet : 19 ein Zeigerinstrument beliebiger Art, 20 einen auf seiner Achse befestigten Kontaktarm, 21 eine Stromzuführung für den Kontaktarm 20, 22 einen Doppelkontakt, 23 die Stromzuführungen für die beiden Seiten des Doppelkontaktes, 24 ein Kompensationssystem, beispielsweise nach dem Drehspulprinzip, 25 den Anker eines Verstellmotors, 26 die Feldwicklung des Verstellmotors, 27 einen Widerstand, 28 den von dem Motor verstellten Schleifkontakt des Widerstandes 27,29 eine Hilfsbatterie, 30 den schnellaufenden Umschalter, 31 den Antriebsmotor für Umschalter 30, 32 eine nur schematisch angedeutete zweite Senderapparatur, die wie Apparatur 19-28 aufgebaut ist, 33 den Umschalter der Empfangsstation,
34 den Antriebsmotor des Umsehalters 33,35, 36 die Empfangsinstrumente für die zwei Sendereinrichtungen 19-28 und 32..
Die Wirkungsweise des zugrunde gelegten Fernmessverfahrens ist an sich ebenfalls bekannt. Sie besteht im wesentlichen darin, dass der Kontaktarm 20 je nach der Ausschlagsänderung des Messinstrumentes 19 mit der rechten oder linken Seite des Doppelkontaktes 22 Kontakt macht, wodurch an den Verstellmotoren 25 Spannung verschiedener Polarität gelegt wird. Der Schleifkontakt 28 wird also zu grösseren bzw. kleinerenWiderstandswerten hin verschoben und der Strom im Kompensationsinstrument 24 also verkleinert oder vergrössert. Dadurch ändert auch dieses seinen Ausschlag und der Kontakt zwischen den Kontaktarmen 20 und dem Doppelkontakt 22 wird wieder aufgehoben. Das Kompensationsinstrument 24 führt also einen Strom, der dem Ausschlag des Instrumentes 19 proportional ist.
Durch den Umschalter 30 wird nun dieser Kompensationsstromkreis zeitweise unterbrochen. Die Wirkungsweise der Einrichtung ändert sich dadurch nicht, der Ausschlag des Kompensationsinstrumentes 24 ist proportional dem Mittelwert des durch die Umschalter in einzelne Impulse zerlegten Kompensationsstromes. Durch den mit dem Umschalter 30 synchron laufenden Umschalter 33 der Empfangsstation wird nun der Kompensationsstromkreis jeder Sendeapparatur über das zugehörige Empfängerinstrument geschlossen. Die Instrumente 24, 35,36 besitzen eine derartige Trägheit, dass bei der Umlaufgeschwindigkeit der Umschalter keine Pendelungen im Takte der Umschaltfrequenz auftreten können. Insbesondere können auf der Empfängerseite zweckmässig ballistische Instrumente verwendet werden.
Für die praktische Ausführung werden die Kontaktsegmente des Empfängerumschalters etwas breiter gewählt als die des Senders. Dadurch wird gewährleistet, dass immer, wenn der Senderumschalter ein Instrument an die Fernleitung legt, das betreffende Empfangsinstrument schon angeschlossen ist.
Dasselbe kann mit Kontaktsegmenten-gleicher Breite, aber ungleich breiten Bürsten erreicht werden. Die Breite der Empfängerbürsten muss dabei grösser sein als die der Senderbürsten. Es wird also, auch wenn die Empfängerumsehalter eine gewisse kleine Phasenabweichung gegen die Senderumschalter
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aufweisen, während der ganzen Zeit, in der ein Kontaktsegment am Senderumschalter berührt wird, das betreffende Empfangsorgan an die Übertragungsleitung angeschlossen gehalten.
Bei den zwei beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der synchrone, d. h. mit gleicher Dreh- geschwindigkeit erfolgende Lauf der Umschalter 5, 12 und 30,33 vorausgesetzt und der mit Rücksicht auf den umlaufenden Kontaktarm phasenriehtige, d. h. der gleichzeitige Anschluss zusammengehöriger
Kontaktsegmente. Um Synchronismus und Phasenrichtigkeit sicherzustellen, können verschiedene im folgenden beschriebene Massnahmen getroffen werden.
Wenn die Sende-und Empfangsstelle ein gemeinsames Wechselstromnetz besitzen, kann
Synchronismus und Phasenrichtigkeit z. B. dadurch erreicht werden, dass zweipolige Synchronmotoren (Drehzahl 3000 bei 50 Perioden) verwendet werden und die Umschalter 5, 12 und 30, 33 von ihnen ohne Vorgelege angetrieben werden.
Wenn zwischen der Sende-und Empfangsstelle eine sehr grosse Entfernung liegt, besteht bekanntlich eine räumliche Verdrehung des Spannungsvektors zwischen Anfang und Ende. Falls mit einpoligen
Synchronmotoren ohne Vorgelege gearbeitet wird, besteht die gleiche räumliche Phasenverschiebung für die Läuferwellen. Es kann unter Umständen zweckmässig sein, die Phasen der beiden Läuferwellen an sieh verschieden einzustellen, derart, dass die durch die Drehung des Spannungsvektors hervorgerufene Phasenverschiebung rückgängig gemacht wird.
Dies kann entweder dadurch erreicht werden, dass an der Kupplung zwischen Läuferwelle und Umschalterwelle die bekannte (errechenbare) Verschiebung bei der Montage fest eingestellt wird, oder dadurch, dass zwischen Läufer und Umschalter ein Differentialgetriebe eingeschaltet wird, dessen beide Sonnenradachsen zu Läufer-und Umsehalterwelle führen und bei dem die Achse des Planetenrades festgehalten wird, ihre Lage in der den Sonnenrädern parallelen Ebene jedoch eingestellt werden kann. Die Drehung des Spannungsvektors kann auch dadurch berück- sichtigt werden, dass dem einen der beiden Synchronmotoren eine künstliche Leitungsnachbildung vorgeschaltet wird, die so bemessen wird, dass die auf der Leitung vorhandene Verdrehung des Spannungsvektors ausgeglichen wird.
Sofern auf Sende-und Empfangsstelle keine gemeinsame Wechselspannung zur Verfügung steht, kann eine selbsttätig arbeitende Synchronisiervorrichtung vorgesehen werden, die an je ein Kontaktsegment des Sende-und Empfangsumschalters angeschlossen ist.
Die Fig. 3 zeigt eine derartige Einrichtung in schematischer Darstellung. Der Einfachheit halber ist eine Gleichstromübertragung dargestellt, in ganz ähnlicher Weise kann jedoch eine Übertragung mit Hoehfrequenzströmen durchgeführt werden. 37 ist der Sende-, 38 der Empfängerumsehalter. An den
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einrichtungen sind an die Kontaktsegmente 41, 42 des Empfangsumsehalters 38 angeschlossen und nur durch Rechtecke angedeutet. An dem Kontaktsegment 43 des Sendeumschalters liegt ein Tonfrequenz- generator, an dem Segment 44 des Empfangsumschalters ein abgestimmter Schwingungskreis, bestehend aus der Spule 45 und dem Kondensator 46. Mit der Spule 45 ist eine weitere Spule 47 induktiv gekoppelt, die in den Gitterkreis einer Detektorröhre 48 eingeschaltet ist. Die Anodenspannung für die Röhre 48 wird von einer Batterie 49 geliefert.
In den Anodenkreis ist ausserdem noch ein Gleichstromgenerator 50 eingeschaltet, der von dem Antriebsmotor 51 für den Empfangsumschalter 38 mitangetrieben wird.
Die Umlaufgeschwindigkeit des Antriebsmotors 51, der als Gleichstrommotor dargestellt ist, würde über derjenigen für den Antrieb des Sendeumschalters 37 liegen, sofern der Generator 50 abgekuppelt oder der Anodenstromkreis der Röhre 48 unterbrochen ist. Der Motor 51 versucht also den Umschalter 38 mit grössere Geschwindigkeit anzutreiben, als die Geschwindigkeit des Sendeumschalters 37 beträgt.
Jedesmal, wenn der Verteilerarm des Sendeumschalters das Kontaktsegment 43 erreicht, wird ein Wechselstromstoss, der von dem Tonfrequenzgenerator geliefert wird, über die Fernleitung gesandt. Sofern der Verteilerarm des Empfangsumschalters 38 das Kontaktsegment 44 nicht gerade berührt, bleibt der Wechselstromstoss ohne Wirkung.
Der Verteilerarm des Empfangsumschalters 38 wird, da seine Antriebsgeschwindigkeit über derjenigen des Umschalters 37 liegt, bei jedem Wechselstromstoss eine andere Lage am Verteilerumfange einnehmen. Sobald er hiebei das Kontaktsegment 44 berührt, wird der abgestimmte Schwingungskreis 45,46 beim nächsten Tonfrequenzimpuls anfangen zu schwingen. Die Detektorröhre 48 wird dadurch leitend und es kommt ein Anodenstrom über den Generator 50 zustande.
Die Überwindung des hiebei im Generator 50 auftretenden Drehmomentes belastet den Motor 51, so dass dieser seine Drehgeschwindigkeit vermindert ; die Synchronisierung des Umschalters 38 auf die Drehzahl des Umschalters 37 kommt also bei dieser Einrichtung dadurch zustande, dass der Antriebsmotor für den Umsehalter 38 mit höherer Geschwindigkeit als derjenigen für den Umschalter 37 zu laufen versucht, nach Herstellung der Phasenübereinstimmung beider Umschalter jedoch bei jeder Umdrehung so stark gebremst wird, dass die Phasenübereinstimmung aufrechterhalten bleibt.
Die Herstellung der Phasenübereinstimmung kann auch dadurch bewerkstelligt werden, dass eine Antriebsspannung für den Empfängermotor, die mit der Umlauf zahl des Sendermotors übereinstimmt, nach der Empfangsstelle übertragen wird. Eine entsprechende Einrichtung zeigt Fig. 4. Die Einrichtung auf der Sendeseite ist wie bei Fig. 3 zu denken. An den Übertragungsleitungen liegt vor dem Ver- teilersehalter ein abgestimmter Schwingungskreis, bestehend aus der Spule 52 und dem Kondensator 53.
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