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Empfangseinrichtung für Rundsteueranlagen
In der sogenannten Zentralsteuerungstechnik (neuerdings auch Rundsteuertechnik genannt) werden meist tonfrequente Steuerimpulse dem vorhandenen Starkstromnetz überlagert und auf diesem Starkstrom- netz von der Senderstelle zu einer Vielzahl von fernzubetätigenden Empfangsapparaten geleitet.
Damit ein ordnungsgemässes Funktionieren der ganzen Anlagen gewährleistet ist, müssen die nachfol- gend aufgeführten technischen Bedingungen erfüllt sein :
1. Die minimale Ansprechspannung der Empfangsapparate muss über dem maximal zu erwartenden
Störpegel liegen. Dieser Störpegel schwankt nun meist sehr stark sowohl in Funktion der Zeit, als auch in Funktion des Ortes. Zu berücksichtigen sind selbstverständlich der ungünstigste Zeitpunkt und der un- günstigste Empfangsort.
2. Die Sendeleistung muss so gross sein, dass die Steuerimpulse im auszusteuernden Netz immer und überall mit einem Pegel eintreffen, der über der minimalen Ansprechspannung der Empfangsapparate liegt. In der Praxis ist der Empfangspegel ebenfalls starken Schwankungen in Funktion des Ortes und der
Zeit unterworfen.
Auch bei dieser zweiten Bedingung müssen selbstverständlich die ungünstigste Zeit und der ungün- stigste Empfangsort berücksichtigt werden.
Da nun in den Starkstromnetzen sowohl der Störpegel als auch der Pegel der Steuerimpulse ausser- ordentlich grossen zeitlichen und örtlichen Schwankungen unterworfen sind, kommt man bei Berücksichti- gung der aufgeführten Bedingungen 1) und 2) zu verhältnismässig grossen Sendeleistungen, besonders dann, wenn alle Empfangsapparate aus Gründen der Normalisierung die gleiche minimale Ansprechspannung aufweisen, welche über dem höchsten zu erwartenden Störpegel liegen muss.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung für Rundsteueranlagen, bei welchen dem Starkstromnetz vorzugsweise tonfrequente Steuersignale überlagert sind, bestehend aus einem Empfänger und einer Einrichtung, welche ein Ansprechen auf Störspannungen, deren Frequenzen noch im Durchlassbereich mindestens eines auf die Frequenz der Steuersignale abgestimmten Filters liegen, unterbindet.
Hiebei ist der oben geschilderte Nachteil dadurch vermieden, dass diese Einrichtung als Regeleinrichtung ausgebildet ist, welche die minimale Ansprechspannung des Empfängers auf einen Wert regelt, welcher Wert um einen vorbestimmten Sicherheitsbetrag grösser ist als der momentane, vom genannten Filter noch durchgelassene Störpegel, beispielsweise doppelt so gross ist als der genannte Störpegel.
An Hand eines Beispiels und der Zeichnung wird im folgenden die erfindungsgemässe Einrichtung näher beschrieben. Dabei zeigen : Fig. 1 den schematischen Aufbau eines auszusteuernden Starkstromnetzes.
Fig. 2 den prozentualen Störspannungsabfall bzw. die Storspannungserhöhung in einem kapazitiv belasteten Niederspannungsnetz, Fig. 3 das elektrische Schema eines erfindungsgemässen Empfangsapparates, Fig. 4 das elektrische Schema einer möglichen Variante eines erfindungsgemässen Empfangsapparates, Fig. 5 das elektrische Schema einer weiteren möglichen Variante eines erfindungsgemässen Empfangsapparates.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines -mit einer Zentralsteueranlage zu erfassenden Rundsteuerungsnetzes. In der gestrichelt umrandeten Fläche 1 ist das prinzipielle Schaltschema eines Umspannwerkes für Hochspannung-Zwischenspannung dargestellt. Dessen Hochspannungssammelschiene 2
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Übercher und stets gleichbleibender Ausprechempfindlichkeit aller empfänger - sendesetig sehr grosse Steuerleistungen aufgewendet werden.
Während es nämlich am Empfangsort genügt, dass der Pegel der Steuerimpulse sicher doppelt so hoch liegt wie der Pegel der Störspannungen, zwingen die geschilderten Verhältnisse dazu, den Sendepegel sendeseitig flmf mal fünf mal zwei, d. h. fünfzigmal so hoch zu wählen als den Störpegel.
Da anderseits, gemäss den geschilderten Verhältnissen, die interessierenden Störspannungen auf ihrem WegvonderSammelschiene 8 zu den einzelnen Empfängern ungefähr die gleichen Spannungsabfälle (bzw.
Spannungserhöhungen) erleiden wie die Steuerimpulse, genügt es theoretisch, wenn sendeseitig der Steuerpegel etwa doppelt so hoch gewählt wird wie der sendeseitige Störpegel (beispielsweise herrührend von einem Grossgleichrichter). Dies allerdings nur unter der Voraussetzung, dass erfindungsgemäss die minimale Ansprechspannung der Empfangsapparate stets automatisch dem jeweils vorhandenen Störpegel angepasst wird. Eine weitere Voraussetzung für ein gutes Funktionieren einer Zentralsteuerungsanlage mit der oben aufgeführten theoretischen minimalen Sendeleistung besteht darin, dass keine örtlich erzeugten Störspannungen vorhanden sind.
Mit andern Worten, die Quelle der Störspannungen muss von jedem Empfänger mindestens gleich weit entfernt sein wie der Sender.-
Dies ist in der Praxis nicht immer erfüllt, so dass sich die theoretisch mögliche Sendepegelverminderung (wie oben angegeben) praktisch nicht immer voll realisieren lässt.
An Hand von Fig. 3 soll nun gezeigt werden, wie Empfangsapparate beispielsweise gebaut werden können, welche ihre Ansprechempfindlichkeit automatisch dem jeweils vorhandenen Störpegel anpassen. Mit den Klemmen 30 und 31 wird die Empfangsschaltung an das Niederspannungsnetz von beispielsweise 220 Volt, 50 Hz angeschlossen. Die Spulen 34 und 35 bilden zusammen mit den Kondensatoren 32 und 36 ein elektrisches, zweikreisiges Bandfilter, welches die ankommenden, beispielsweisen tonfrequenten Steuerimpulse von 50-Hz-Starkstrom trennt. Ein spannungsabhängiger Widerstand 33 hält-ähnlich wie ein Überspannungsableiter - stoss artige Störspannungen von der eigentlichen Empfangsschaltung fern.
Die ankommenden Steuerimpulse werden vom Gleichrichter 37 gleichgerichtet und in die Speicherkondensatoren 38 und 39 hineingeladen. Jedem Speicherkondensator ist ein Entladewiderstand 42 bzw. 43 zugeordnet. Zur Erfüllung der ihnen zugedachten Aufgabe wird die Zeitkonstante des Speicherkondensators 38 mit seinem Entladewiderstand 42 viel grösser dimensioniert als diejenige des Speicherkondensators 39 mit seinem Entladewiderstand 43. Dabei soll die Zeitkonstante des Kondensator : 38 mit Widerstand 42 wesentlich grösser sein als die zeitliche Dauer eines Steuerimpulses. Anderseits wird die Zeitkonstante desSpeicherkondensators 39 mit Widerstand 43 in der Grössenordnung der zeitlichen Dauer eines Steuerimpulses gewählt.
Dies hat zur Folge, dass sich der Speicherkondensator 38 durch die stets vorhan-
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tisch unendlich lang andauerndenStörimpulsen verhalten sich nämlich die Ladespannungen U38 zu US9 wie die Widerstandswerte RzuR derEnüadewideEtände 42 und 43. Wählt man also beispielsweise R zehnmal so gross wie R, so bewirken zeitlich andauernde Störspannungen im Speicherkondensator 38 eine zehnmal höhere Ladespannung als im Speicherkondensator 39.
Anderseits ha ben kurzzeitige Steuerimpulse in erster Linie eine Aufladung des Speicherkondensators 39
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liegen nun in Serieschaltung noch eine Glimmröhre 40 und die Erregerwicklung des fernzubetätigenden Relais 41.
Erreicht die Ladespannung US9 die Zündspannung der Glimmröhre 40, so zündet die letztere. Die im Speicherkondensator 39 gespeicherte elektrische Energie entlädt sich über die Glimmröhre 40 und die Erregerwicklung des Relais 41. Das letztere wird betätigt. Wie seine Betätigung in Zentralsteuerungsempfängern weiter ausgewertet werden kann, ist bekannt und beispielsweise in den Schweizer Patentschriften Nr. 252217, Nr. 260793, Nr. 264207, Nr. 252626, Nr. 259223, Nr. 259225, Nr. 259229, Nr. 262661, Nr. 263773, Nr. 304518, Nr. 325984, Nr. 325985, Nr. 332711 und Nr. 338232 beschrieben.
Die in Fig. 3 dargestellte und soeben beschriebene Empfangsschaltung hat zunächst die gewünschte Eigenschaft, d. h. ihre minimale Ansprechspannung passt sich automatisch der vorhandenen Störspannung an. Dies sei im folgenden noch kurz erläutert :
Nehmen wir zunächst den Fall an, dass die Störspannung am Empfangsort praktisch Null sei. In diesem Falle ist die Spannung Usa am Speicherkondensator 38 auch Null. Trifft nun ein Steuerimpuls an den Klemmen 30 und 31 der Empfangsschaltung ein, so lädt dieser in der oben beschriebenen Weise vor allem den Speicherkondensator 39 auf. U erreicht dabei die Zündspannung der Glimmröhre 40. Dies führt in der gewünschten Weise zur Betätigung des Relais 41.
Dabei genügt an den Klemmen 30,31 eine mini-
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Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel zur automatischen Anpassung der Ansprechspannung des Empfängers an den jeweils vorhandenen Störpegel weist jedoch noch die an sich unerwünschte Eigenschaft auf, dass auch die Steuerimpulse selbst den Speicherkondensator 38 aufladen. Dadurch wird die Ansprechspannung der Empfangseinrichtung ebenfalls in Richtung höherer Steuersignale verschoben. Der Speicherkondensator 38 sollte im Idealfall aber nur durch Störsignale und nicht durch Steuerimpulse aufgeladen werden.
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untere und obere Netzharmonische oder auf andere Störfrequenzen abgestimmt. In vielen Fällen genügt es, nur einen der beiden letztgenannten Kreise zu verwenden.
Die Speicherkondensatoren 38 und 39 sind in Reihe geschaltet ; ihre Ladungen sind aber durch entsprechende Polung der Gleichrichter 37'und 37" entgegengesetzt gerichtet, so dass bei Anwesenheit einer oder mehrerer Störfrequenzen die Zündspannung
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Zündspannung ist.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist nun folgende :
Der Sekundärkreis 35', 36'überträgt die der Steuerfrequenz benachbarte Störfrequenz nur auf der Flanke seiner Filtercharakteristik, wobei ihre Amplitude beispielsweise gegenüber der Resonanzfrequenz auf 1/3 herabgesetzt wird. Der Sekundärkreis 35", 36"sei dagegen auf die Frequenz des Störsignals abgestimmt. Wird die Impedanz des Sekundärkreises 35", 36" bei Parallelresonanz nur 1/3 so gross gewählt wie die Impedanz des Sekundärkreises 35', 36'bei Parallelresonanz, so wird die Ladespannung bei-
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sators 39 aufweisen, wenn die Zeitkonstanten beider Kreise gleich sein sollen.
Damit wird erreicht, dass die Störsignale mit den Frequenzen, auf welche die Sekundärkreise 35", 36"bzw. 35"', 36' abgestimmt sind, die beiden Speicherkondensatoren 38 und 39 gleich rasch aufladen. Da sich aber ihre Ladungen gegenseitig aufheben, werden auch Amplitudenänderungen dieser Störsignale nicht zu unerwünschten Fehlschaltungen der Empfänger führen.
Beim Empfang von Steuersignalen dagegen verhalten sich die Spannungen Uc,:Uc. am Ausgang Steuer Stoor der Sekundärkreise 35', 36'bzw. 35", 36"wie 9 : 1 und unter Berücksichtigung der um einen Faktor 3 kleinerenKapazitätdesSpeicherkondensators 39 gegenüberdemSpeicherkondensator 38wird die Aufladung des Speicherkondensators 39 27mal schneller erfolgen als die des Kondensators 38.
Erstrecken sich die Frequenzen der am Empfänger eintreffenden Störsignale beidseits der Steuerfrequenz über ein breites Frequenzband, so kann eine Schaltungsanordnung, wie sie beispielsweise in der Fig. 5 gezeigt ist, vorgesehen werden. In dieser ist wieder ein Sekundärkreis 35', 36'enthalten, der auf
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die Frequenz der Steuerimpulse abgestimmt ist und der den Speicherkondensator 39 auflädt.
Der Sekundärkreis 35", 36" stellt in diesem Falle einen Resonanzkreis mit breiter Durchlasskurve dar, welcher an eine Brückenschaltung mit Widerständen 45, 46 im einen Zweig und Widerstand 44 sowie
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auf die Steuerfrequenz abgestimmt. Der Widerstand 44 ist so bemessen, dass in der einen Brückendiagonale mit dem Speicherkondensator 38 und dem Gleichrichter 37"keine Spannung vorhanden ist, wenn die andere Brückendiagonale mit Steuerfrequenz gespeist wird. Alle ändern Frequenzen, welche vom Sekun- därkreis 35", 36" an die Brückenschaltung gelangen, bewirken eine entsprechende Aufladung des Spei- cherkondensators 38 und somit eine derLadespannungUentgegengesetzteSpannungU, wie dies bereits bei Fig. 4 erläutert worden ist.
Um zu sehr wirtschaftlichen Lösungen zu kommen, können beispielsweise die auf die Störspannungen abgestimmten, aus Spulen und Kondensatoren bestehenden Filter auch durch billigere R-C-Glieder er- setzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Empfangseinrichtung für Rundsteueranlagen, bei welchen dem Starkstromnetz vorzugsweise ton- frequente Steuersignale überlagert sind, bestehend aus einem Empfänger und einer Einrichtung, welche ein Ansprechen auf Störspannungen, deren Frequenzen noch im Durchlassbereich mindestens eines auf die Frequenz der Steuersignale abgestimmten Filters liegen, unterbindet, dadurch gekennzeichnet, dass diese
Einrichtung als Regeleinrichtung ausgebildet ist, welche die minimale Ansprechspannung des Empfängers auf einen Wert regelt, welcher Wert um einen vorbestimmten Sicherheitsbetrag grösser ist als der momentane, vom genannten Filter noch durchgelassene Störpegel, beispielsweise doppelt so gross ist als der genannte Störpegel.