CH637253A5

CH637253A5 - Rundsteueranlage.

Info

Publication number: CH637253A5
Application number: CH502479A
Authority: CH
Inventors: Hermann Dr Tappeiner; Ernst-Robert Paessler; Kurt Smutny; Karl-Heinz Kruegel
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1978-06-08
Filing date: 1979-05-30
Publication date: 1983-07-15
Also published as: FR2428354B1; FR2428354A1; JPS54162411A; US4383243A; DE2825249A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rundsteueranlage mit einem Rundsteuersender, der eine tonfrequente Ausgangsspan-40 nung abgibt, mit einem von der tonfrequenten Ausgangsspannung primärseitig gespeisten Isoliertransformator, der sekundärseitig über einen Koppelkondensator parallel an ein Wechselspannungsnetz mit vorgegebener Netzwechselspannung und Netzfrequenz angeschlossen ist, wobei die Netzfrequenz um 45 einiges niedriger ist als die Tonfrequenz der Ausgangsspannung, mit einem Resonanzkreis, der vom Koppelkondensator und einer Induktivität gebildet und dessen Resonanzfrequenz zumindest annähernd auf die Tonfrequenz abgestimmt ist, und mit einer auf der Senderseite des Isoliertransformators so angeordneten Einrichtung zur Unterdrückung einer von der Netzseite her übertragenen netzfrequenten Rückwirkung.

Bei einer Rundsteueranlage mit Parallelankopplung an das Wechselspannungsnetz muss die von dem Rundsteuersender erzeugte tonfrequente Ausgangsspannung in geeigneter Weise 55 auf die Einspeiseebene, also das Wechselspannungsnetz, gebracht werden, wobei es sich beispielsweise um ein Mittelspannungsnetz handeln kann. Die hierzu erforderliche Ankopplungseinheit sollte sowohl aus Kosten- als auch aus Platzgründen mit einer möglichst geringen Anzahl an Bauele-60 menten die vom Rundsteuersender erzeugte Tonfrequenzleistung ohne grosse Verluste auf die Einspeiseebene transportieren. Gleichzeitig muss die Ankopplungseinheit die Netzwechselspannung abfangen. Weiterhin muss die Einrichtung zur Unterdrückung einer netzfrequenten Rückwirkung dafür sor-65 gen, dass die Netzfrequenz und deren Harmonische soweit vom Rundsteuersender ferngehalten werden, dass dieser nicht in seiner Funktion gestört wird.

Eine Rundsteueranlage der eingangs genannten Art mit

Parallelankopplung ist in einphasiger Ausführungsform z.B. in Fig. 1 der DE-OS 2 461 564 dargestellt. Es handelt sich dabei um eine Rundsteueranlage, bei der die Parallelankopplung als sogenannte «Saugkreisankopplung» ausgeführt ist. Der Rundsteuersender speist hierbei mit seiner tonfrequenten Ausgangswechselspannung die Primärwicklung eines Isoliertransformators; die Sekundärwicklung ist mit ihrem einen Ende über die Reihenschaltung aus einem Koppelkondensator und einer Koppeldrosselspule sowie mit ihrem anderen Ende direkt an ein einphasiges Wechselspannungsnetz angeschlossen. Das Übersetzungsverhältnis des Isoliertransformators liegt bei ausgeführten Anlagen üblicherweise im Bereich von etwa 0,5:1 bis 2:1, insbesondere bei 1:1. Der Koppelkondensator und die Koppeldrosselspule sind so bemessen, dass sie gemeinsam einen auf die Tonfrequenz abgestimmten Resonanzkreis bilden. Dieser Resonanzkreis wirkt als Saugkreis für die tonfrequente Ausgangswechselspannung des Rundsteuersenders. Der Saugkreis ist im wesentlichen nur durch den ohmschen Anteil der Last, also des Wechselspannungsnetzes, bedämpft. Die Koppeldrosselspule kann als Abstimmdrossel ausgeführt sein und dient dann zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Saugkreisbauelemente und zur Anpassung an den Blindanteil der Netzimpedanz. Die Verlustwiderstände der Ankopplungselemente (Koppeldrosselspule und Koppelkondensator) sowie die Magnetisierungs- und Streuinduktivitäten des Isoliertransformators können bei einer Betrachtung der Funktionsweise einer solchen Rundsteueranlage vernachlässigt werden. - Bei der bekannten Rundsteueranlage wird ein vom Rundsteuersender abgegebener, über den Isoliertransformator übertragener und nacheinander die Koppeldrosselspule und den Koppelkondensator durchfliessender Tonfrequenzstrom in das Wechselspannungsnetz eingekoppelt. In umgekehrter Richtung fliesst vom Wechselspannungsnetz her durch den Resonanzkreis ein netz-frequenter Strom (Rückstrom), der vom Isoliertransformator wiederum auf die Senderseite übertragen wird. Da sich dieser Rückstrom für den Rundsteuersender störend auswirkt, ist auf der Senderseite des Isoliertransformators eine Einrichtung zur Unterdrückung einer entsprechenden netzfrequenten Rückwirkung vorhanden. Dabei handelt es sich um einen sogenannten Resonanzshunt, der den Rückstrom übernimmt. Dieser Resonanzshunt besteht bei der bekannten Rundsteueranlage aus einem auf Netzfrequenz ausgelegten Saugkreis, nämlich aus der Serienschaltung eines Kondensators mit einer Drosselspule, wobei diese Serienschaltung parallel zur Primärwicklung des Isoliertransformators geschaltet ist. Parallel zu dieser Serienschaltung liegt noch ein weiterer Kondensator, um die Wirkung des Saugkreises für die tonfrequente Ausgangswechselspannung des Rundsteuersenders zu kompensieren. - In dreiphasiger Ausführungsform besteht die Saugkreisankopplungsein-richtung aus einer dreiphasigen Koppelkondensatorbatterie,

drei Koppeldrosselspulen in Form von Abstimmdrosseln,

einem dreiphasigen Isoliertransformator und einem dreiphasigen Resonanzshunt.

Charakteristisch für die bekannte Parallel-Ankopplungs-einrichtung ist, dass der Rundsteuersender als Stromquelle für den Tonfrequenzstrom dient und in Serie zu den Ankopplungs-elementen (Koppelkondensator, Koppeldrosselspule) und der Netzlast liegt. Rundsteuersender, Ankopplungselemente und Netzlast werden somit vom selben Strom durchflössen.

Es hat sich gezeigt, dass bei einer Rundsteueranlage mit Parallelankopplung die Ankopplungseinheit einen beträchtlichen Kostenaufwand und auch einen erheblichen Platzbedarf erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Rundsteueranlage der eingangs genannten Art den Aufwand zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Isoliertransformator sekundärseitig direkt über den Kop637 253

pelkondensator und ohne die Zwischenschaltung einer die Resonanzfrequenz nennenswert bestimmenden Koppeldrosselspule an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ist, und dass als Induktivität des Resonanzkreises, die zusammen mit der Kapazität des Koppelkondensators die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises festlegt, im wesentlichen nur die Hauptfeldinduktivität des Isoliertransformators vorgesehen ist.

Hierbei ist demnach vorgesehen, dass anstelle der Induktivität einer Koppeldrosselspule die Hauptfeldinduktivität des Isoliertransformators als Schwingkreisinduktivität dient und diese Hauptfeldinduktivität zusammen mit der Kapazität des Koppelkondensators einen zumindest annähernd auf die Tonfrequenz abgestimmten Parallelresonanzkreis bildet. Indem also der Isoliertransformator mit einer definierten Hauptfeldinduktivität ausgeführt und sekundärseitig direkt über den Koppelkondensator (im dreiphasigen Fall also eine dreiphasige Koppelkondensatorbatterie) an das mit Tonfrequenz auszusteuernde Wechselspannungsnetz angeschlossen ist, entfällt in jeder Phase die im Stande der Technik üblicherweise zwischen Isoliertransformator und Koppelkondensator geschaltete Koppeldrosselspule.

Bei einer solchen Rundsteueranlage wird also - wie soeben erwähnt - in jeder Phase die im Stande der Technik übliche Koppeldrosselspule in Reihe zum Koppelkondensator weggelassen. Das bedeutet eine erhebliche Einsparung, da diese Koppeldrosselspule üblicherweise in jeder Phase entsprechend der Spannung der Einspeiseebene für hohe Spannungen isoliert sein muss und entsprechend teuer ist. Weiterhin entfällt der Platzbedarf für die Koppeldrosselspule(n) sowie der Aufwand für Montage und Verkabelung. Demgegenüber fällt der zusätzliche Aufwand, der durch die definierte Auslegung der Hauptfeldinduktivität des Isoliertransformators entsteht, nicht erheblich ins Gewicht.

Einen weiteren Vorteil bringt die vorliegende Lösung in Form einer Verbesserung der Betriebssicherheit. Während bei der bekannten Rundsteueranlage nach der DE-OS 24 61 564 die netzfrequente Spannung an den niederspannungsseitigen Primärklemmen des Isoliertransformators sich stark erhöht, wenn die Zuleitungen im Betrieb abgeklemmt oder unterbrochen werden, bleibt diese Spannung bei der vorliegenden Lösung hierbei konstant, da die Spannungsteilerverhältnisse nicht geändert werden. Bei versehentlichem Kurzschluss der Primärklemmen ist die vorliegende Rundsteueranlage im übrigen nicht gefährdet, da hierbei der netzfrequente Kurzschlussstrom nur von der Kapazität des Koppelkondensators bestimmt und beherrscht wird.

Die vorliegende Rundsteueranlage ist also - von der Niederspannungsseite her betrachtet - leerlauf- und kurzschlussfest.

Die vom Rundsteuersender gelieferte Ausgangsspannung wird vom Isoliertransformator auf die Schwingkreisspannung übersetzt. Die Schwingkreisspannung und damit das Übersetzungsverhältnis des Koppeltransformators ergibt sich aus der Spannung der Einspeiseebene, der Ausgangsspannung des Rundsteuersenders, der Schwingkreisgüte und dem Einspeisepegel. Da die Ausgangsspannung üblicherweise im Verhältnis zu der erforderlichen Schwingkreisspannung relativ klein ist, ergibt sich für den Koppeltransformator entsprechend ein im Vergleich zum Stand der Technik hohes Übersetzungsverhältnis, das z.B. in der Grössenordnung von 1:10 liegen kann. Je nach Anwendungsfall kann aber auch ein grösseres Verhältnis, z.B. 1:20, in Betracht kommen.

Es wurde bereits erwähnt, dass üblicherweise auf der Senderseite des Isoliertransformators eine Einrichtung zur Unterdrückung einer netzfrequenten Rückwirkung angeordnet ist, die im Stande der Technik als Resonanzshunt ausgebildet ist. Man ist nun bestrebt, den Aufwand der Rundsteueranlage auch hinsichtlich dieser Einrichtung zu verringern. Gemäss einer weiteren Ausbildung lässt sich der Aufwand hinsichtlich derje3

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nigen Bauglieder, die üblicherweise dazu dienen, die von der Netzseite des Isoliertransformators auf die Senderseite eingekoppelte netzfrequente Rückwirkung zu reduzieren oder völlig zu unterdrücken, dadurch verringern, dass als Einrichtung zur Unterdrückung der netzfrequenten Rückwirkung, hier einer Rückspannung, der Rundsteuersender selbst vorgesehen ist. Der Rundsteuersender muss also durch besondere Massnahmen zur Unterdrückung der Rückwirkung ertüchtigt sein;

diese Massnahmen bestehen darin, dass der Rundsteuersender zusätzlich zur netzfrequenten Ausgangsspannung noch eine Gegenspannung zur Kompensation der netzfrequenten Rückspannung abgibt. Ist auf diese Weise die Kompensation gewährleistet, kann der erwähnte Resonanzshunt weggelassen werden.

Es ist festzuhalten: Während bei der bekannten Rundsteueranlage der auf die Primärseite übertragene netzfrequente Strom auf der Primärseite des Isoliertransformators durch den erwähnten Resonanzshunt aufgenommen werden muss, ist bei der vorliegenden Lösung durch weitere Massnahmen eine definierte netzfrequente Rückspannung auf der Senderseite abzufangen.

Gemäss einer weiteren Ausbildung kan.i der Rundsteuersender auch unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Induktivität mit der Primärwicklung des Isoliertransformators verbunden sein. Diese Induktivität dient zur Unterdrückung von Oberwellen. Sie ist für eine vergleichsweise kleine Isolierspannung auszulegen. Allerdings ergibt sich durch die zusätzliche Einfügung dieser zusätzlichen Induktivität eine leichte Verstimmung, falls der Resonanzkreis genau auf die Tonfrequenz abgestimmt war. Es ist aber auch möglich, die erwähnte Induktivität bei der Abstimmung auf Tonfrequenz gleich mit-zuberücksichtigen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass a) der Rundsteuersender unter Zwischenschaltung einer geringfügig, auch die Resonanzfrequenz bestimmenden zusätzlichen Induktivität, aber ohne Zwischenschaltung eines die Resonanzfrequenz bestimmenden Kondensators mit der Primärwicklung des Isoliertransformators verbunden ist,

b) die Sekundärwicklung des Isoliertransformators direkt über den Koppelkondensator und ohne Zwischenschaltung einer die Resonanzfrequenz bestimmenden Drosselspule an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ist,

c) die Hauptfeldinduktivität des Isoliertransformators und die zusätzliche Induktivität so bemessen sind, dass eine Spule mit der gemeinsamen Induktivität und der Ankoppelkondensator mit seiner Kapazität einen gedachten Parallelschwingkreis ergeben, dessen Frequenz auf die Tonfrequenz abgestimmt ist und der als Resonanzkreis wirkt,

d) das Übersetzungsverhältnis des Isoliertransformators grösser als 1:5 gewählt ist, und e) der Rundsteuersender selbst als Einrichtung zur Unterdrückung der netzfrequenten Rückwirkung vorgesehen und so ausgerüstet ist, dass er für eine im Vergleich zur Netzwechselspannung geringe netzfrequente Rückspannung aufnahmefähig ist.

Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Rundsteueranlage mit Parallelkopplung,

Fig. 2 eine Rundsteueranlage gemäss einer erfindungsge-mässen Ausführungsform,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild für die Rundsteueranlage nach Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere Ausbildung der Ausführungsform nach Fig. 2 mit vergrössertem Übersetzungsverhältnis,

Fig. 5 eine weitere Ausbildung der Ausführungsform nach

Fig. 4 mit einem Rundsteuersender, der zur Aufnahme einer netzfrequenten Rückspannung ertüchtigt ist,

Fig. 6 eine Rundsteueranlage gemäss einer weiteren erfin-dungsgemässen Ausführungsform,

5 Fig. 7 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform und

Fig. 8 eine Rundsteueranlage entsprechend Fig. 2 in dreiphasiger Ausbildung.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Rundsteueranlage mit Parallelan-io kopplung in einphasiger Ausführung, wobei von einem Saugkreis fürTonfrequenz Gebrauch gemacht wird (vergleiche DE-OS 24 61 564, Fig. 1). Ein Rundsteuersender 2, der eine Ausgangsspannung ut mit Tonfrequenz ft abgibt, speist die Primärwicklung 3 eines Isoliertransformators 4, dessen Sekundär-15 wicklung mit 5 bezeichnet ist. Der Isoliertransformator 4 ist schematisch dargestellt. Er besitzt eine Hauptfeldinduktivität Lh, die durch eine Spule 6 parallel zur Sekundärwicklung 5 angedeutet ist. Die Streufeldinduktivitäten des Isoliertransformators 4 sind in der Darstellung vernachlässigt. Die Hauptfeld-20 induktivität Lh ist hierbei so bemessen, dass ihre Wirkung im Hinblick auf die übertragene tonfrequente Spannung vernachlässigt werden kann. Das ist dann der Fall, wenn sie verhältnismässig gross bemessen ist. Um die vernachlässigbare Wirkung anzudeuten, ist die Spule 6 nur gestrichelt eingezeichnet. Der 25 Isoliertransformator 4 besitzt weiterhin ein Übersetzungsverhältnis ü, das durch die beiden ineinandergreifenden Ringe veranschaulicht ist. Dies Übersetzungsverhältnis ü liegt üblicherweise bei 1:1.

Die Sekundärwicklung 5 des Isoliertransformators 4 ist 3o über einen Resonanzkreis 7, der aus der Reihenschaltung einer Koppeldrosselspule 8 mit der Induktivität LI und einem Koppelkondensator 9 mit der Kapazität Cl besteht, parallel an ein Wechselspannungsnetz 10 angeschlossen. Der Resonanzkreis 7 ist auf die Tonfrequenz ft abgestimmt. Er wirkt somit als Saug-35 kreis für die Tonfrequenz ft. Für die Saugkreiswirkung ist die Hauptfeldinduktivität Lh vernachlässigbar.

Das Wechselspannungsnetz 10 ist hier der Einfachheit halber als ohmscher Verbraucher der Impedanz Zn dargestellt. Dieses Wechselspannungsnetz 10 führt eine Netzwechselspannung 40 un von Netzfrequenz fn. Die Netzfrequenz fn ist dabei um einiges kleiner als die Tonfrequenz ft, und die Netzwechselspannung un ist um einiges grösser als der Eingangspegel der tonfrequenten Einspeisespannung.

Die bekannte Rundsteueranlage umfasst weiter eine auf der 45 Senderseite des Isoliertransformators 4 angeordnete Einrichtung 12 zur Unterdrückung einer netzfrequenten Rückspannung. Diese Einrichtung 12 besteht aus einem parallel zur Primärwicklung 3 angeordneten Resonanzshunt, der aus der Serienschaltung einer Drosselspule 13 mit einem Kondensator so 14 gebildet wird. Die Serienschaltung ist bezüglich ihrer Resonanzfrequenz, die durch die Induktivität L2 und die Kapazität C2 vorgegeben ist, auf die Netzfrequenz fn abgestimmt. Parallel zur Serienschaltung 13, 14 liegt noch ein weiterer Kondensator 15, um die Wirkung der Serienschaltung für die Ausgangswech-55 selspannung ut des Rundsteuersenders 2 zu kompensieren.

Fig. 2 zeigt demgegenüber eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu Fig. 1 sind bei der Rundsteueranlage nach Fig. 2 zwei wesentliche Unterschiede zu vermerken: Zum einen ist die Spule 6 durchgezogen eingezeichnet, 6odenn ihre Induktivität Lh ist für den wirksamen Resonanzkreis nicht zu vernachlässigen, und zum andern fehlt eine Koppeldrosselspule 8.

Im vorliegenden Fall ist die Hauptfeldinduktivität Lh des Isoliertransformators 4 so bemessen, dass sie bei Tonfrequenz ft 6sdie frequenzbestimmende Induktivität in dem aus Isoliertransformator 4 und Koppelkondensator 9 bestehenden Schwingkreis ist. Mit anderen Worten : Die Hauptfeldinduktivität Lh des Isoliertransformators 4 und die Kapazität C12 des Koppelkon-

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densators 9 sind hier gemeinsam so bemessen, dass der Isoliertransformator 4 und der Koppelkondensator 9 einen auf die Tonfrequenz ft abgestimmten Resonanzkreis bilden. Es gilt somit für die Tonfrequenz ft die Beziehung Xc = Xh mit Xc = Vi 7t • ff C12 und Xh = 2 7t- ft* Lh. Der Isoliertransformator 4, der hier wiederum streuungsarm aufgebaut sei, dient im vorliegenden Fall also nicht nur zur galvanischen Trennung des Rundsteuersenders 2 vom Wechselspannungsnetz 10; seine Hauptfeldinduktivität Lh bildet vorliegend gleichzeitig die bestimmende Schwingkreisinduktivität.

Dadurch wird gegenüber der herkömmlichen Ankopplung nach Fig. 1 ein Bauelement je Phase, nämlich die Koppeldrosselspule 8 in Fig. 1, eingespart. Die Sekundärwicklung 5 ist somit direkt über den Koppelkondensator 9 und ohne Zwischenschaltung eine besonderen frequenzbestimmenden Koppeldrosselspule 8 an das Wechselspannungsnetz 10 angeschlossen.

Die Einrichtung zur Unterdrückung einer netzfrequenten Rückwirkung ist vorliegend wiederum mit 12 bezeichnet. Vom Wechselspannungsnetz 10 her fliesst durch die Reihenschaltung 6,9 ein netzfrequenter Rückstrom, der an der Spule 6 mit der Hauptfeldinduktivität Lh des Isoliertransformators 4 einen Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall wird durch die Einrichtung 12 kompensiert. Die Einrichtung 12 ist somit ein Sperrkreis für die Netzfrequenz. Sie besteht vorliegend aus einem auf die Netzfrequenz fn abgestimmten Parallelresonanzkreis, der eine Drosselspule 16 und einen Kondensator 17 umfasst, und aus einer dazu in Reihe geschalteten weiteren Drosselspule 18. Diese weitere Drosselspule 18 dient dazu, die Impedanz der Einrichtung 12 für die Tonfrequenz ft auf ein Minimum zu bringen, so dass der tonfrequente Ausgangsstrom it ohne grössere Verluste zur Primärwicklung 3 des Isoliertransformators 4 gelangen kann. Der Rundsteuersender 2 ist damit niederohmig an den Isoliertransformator 4 angekoppelt. Der Resonanzkreis 16 bis 18 dämpft auch Oberschwingungen sowohl der Tonfrequenz als auch der Netzfrequenz.

Der Abgleich des Resonanzkreises 6,9 kann bei der Rundsteueranlage nach Fig. 2 durch eine Veränderung der Hauptfeldinduktivität Lh erfolgen. Diese wird zweckmässigerweise durch eine Veränderung des Luftspaltes des Isoliertransformators 4 vorgenommen.

Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild für die Rundsteueranlage nach Fig. 2. Eine Drosselspule 6' mit der Hauptfeldinduktivität L'h bildet hier mit einem Ersatzkondensator 9' der Kapazität C12 einen Parallelresonanzkreis für die Tonfrequenz ft. Die Kapazität C12' des Ersatzkondensators 9' und die Impedanz Z'n des Ersatz-Wechselspannungsnetzes 10' ergeben sich nach bekannten Regeln aus den Werten der Bauelemente 6, 9 und 10 nach Fig. 2. Im vorliegenden Fall gilt die Beziehung X'h = X'c für die Tonfrequenz ft, wobei X' h = 2 7iftL' h und X'0 = V27iftCl-2' ist. Die Impedanz Z'n ist als Parallelbedämpfung entsprechend grösser als die Impedanz Zn. Das bedeutet, dass im Vergleich zu Fig. 1 - ein Übersetzungsverhältnis ü = 1:1 jeweils vorausgesetzt - der Rundsteuersender 2 eine grössere Ausgangsspannung ut liefern muss, dafür aber nur einen kleineren Ausgangsstrom zu liefern braucht, sofern in beiden Fällen dieselbe Tonfrequenzleistung abgegeben werden soll.

Bemerkenswert ist nach Fig. 3, dass der Rundsteuersender 2 als Spannungsquelle sowohl an den beiden Ankopplungsele-menten 6' und 9' als auch am Ersatz-Wechselspannungsnetz 10' liegt. Der Parallelschwingkreis aus den beiden Ankopp-lungselementen 6' und 9' wird somit durch das Ersatz-Wechsel-spannungsnetz 10' parallel bedämpft. Während für die herkömmliche Rundsteueranlage nach Fig. 1 der die Elemente 8, 9 und 10 nacheinander durchf liessende Einspeisestrom charakteristisch ist, kann als Charakteristikum für die Rundsteueranlage nach Fig. 3 die an den Elementen 6', 9' und 10' in gleicher Höhe anliegende tonfrequente Sekundärspannung us(ft) des

Isoliertransformators 4 bezeichnet werden.

Soll bei den beiden Rundsteueranlagen nach Fig. 1 und 2 jeweils derselbe Rundsteuersender 2 verwendet werden, dann muss das Übersetzungsverhältnis ü in Fig. 2 höher als 1:1 5 gewählt weden. Das ist bei der Rundsteueranlage nach Fig. 4 durch den vergrösserten Kreis für die Sekundärwicklung 5 angedeutet. Bei dieser Rundsteueranlage beträgt das Übersetzungsverhältnis ü z.B. 1:10. Hierdurch wird die vom Rundsteuersender 2 gelieferte tonfrequente Ausgangsspannung ut in io Richtung auf die Netzseite hochgespannt. Das gewählte höhere Übersetzungsverhältnis ü hat aber gleichzeitig zur Folge, dass die von der Netzseite auf die Senderseite übertragene netzfrequente Rückspannung heruntertransformiert wird. (Diese Rückspannung fällt - wie bereits erwähnt - infolge des netzfre-15 quenten Rückstroms durch den Ankopplungskondensator9 an der Hauptfeldinduktivität Lh des Isoliertransformators ab.) Dieses Heruntertransformieren ist besonders vorteilhaft, da die Einrichtung 12 zur Unterdrückung der Rückwirkung dann nur für eine verhältnismässig geringe Spannung auszulegen ist. Ein 20 weiterer Vorteil dieses erhöhten Übersetzungsverhältnisses ü besteht darin, dass die senderseitige Primärwicklung 3 offen betrieben werden kann, ohne dass dabei gefährlich hohe Spannungen auftreten.

Als Vorteil ist auch folgendes anzusehen : Wenn bei der 25 Rundsteueranlage nach Fig. 2 eine Leitungsunterbrechung zwischen dem Rundsteuersender 2 und dem Isoliertransformator 4 auftritt, dann ist - im Gegensatz zum Stand der Technik - ein Ansteigen der von der Netzseite transformatorisch übertragenen Rückspannung nicht zu befürchten. Das hat vorteilhafte 30 Auswirkungen im Hinblick auf die erforderliche Isolierung der einzelnen Bauelemente und Zuleitungen sowie auf die Wahl des Abstandes der Anschlussklemmen.

In Fig. 5 ist eine weiterentwickelte Ausführungsform der Rundsteueranlage nach Fig. 4 dargestellt. Diese Ausführungs-35 form beruht auf der Überlegung, dass die als Resonanzshunt ausgebildete Einrichtung 12 völlig weggelassen werden kann, wenn der Rundsteuersender 2 ertüchtigt ist, die auf die Senderseite transformatorisch übertragene netzfrequente Rückspannung zu kompensieren. Der Rundsteuersender 2 muss dem-"to nach in der Lage sein, zusätzlich zur tonfrequenten Ausgangsspannung ut eine phasen- und amplitudengerechte netzfrequente Gegenspannung zu liefern, die der Rückspannung entgegenwirkt. Das ist in Fig. 5 dadurch schematisch verdeutlicht, dass der Rundsteuersender 2 aus der Reihenschaltung eines « Tonfrequenzgenerators TF mit einem Netzfrequenzgenerator NF besteht. In der praktischen Ausführung kann als Rundsteuersender 2 allerdings ein einzelner Wechselrichter verwendet werden, der z.B. mit Thyristoren aufgebaut ist und der nach dem Prinzip der Pulsbreitensteuerung arbeitet. Dieser lässt sich so so steuern, dass an seinem Ausgang eine netzfrequente Wechselspannung mit überlagerter tonfrequenter Wechselspannung auftritt.

Nach Fig. 6 ist der Rundsteuersender 2 unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Induktivität Lz an die Primärwick-55 lung 3 des Isoliertransformators 4 angeschlossen. Hierbei ist angenommen, dass der Rundsteuersender 2 entsprechend Fig. 5 zur Aufnahme der netzfrequenten Rückspannung ertüchtigt ist. Weiterhin ist zunächst wieder vorausgesetzt, dass der Isoliertransformator 4 streuungsarm aufgebaut ist. Die zusätzliche 60 Induktivität Lz ist dazu bestimmt, von der Netzseite eingekoppelte Oberwellen, die zusammen mit der netzfrequenten Rückspannung auftreten und deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Netzfrequenz fn sind, zu dämpfen. Nach Fig. 6 kann die zusätzliche Induktivität Lz durch eine Drosselspule 20 65 repräsentiert werden. Diese kann in den Rundsteuersender 2 integriert oder aber - wie gepunktet am Isoliertransformator 4 dargestellt - in den Isoliertransformator 4 konstruktiv einbezogen sein. Diese Drosselspule 20 ist für eine im Vergleich zur

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Netzwechselspannung un kleine Isolierspannung auszulegen. sigen Wechselspannungsnetzes 10 angeschlossen. Sofern das

Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist eine zusätz- Wechselspannungsnetz 10 keine oder nur geringe Oberwellen liehe Induktivität Lz zur Dämpfung der Oberwellen in der netz- aufweist, kann der Isoliertransformator 4 in Form von drei frequenten Rückspannung vorgesehen. Diese zusätzliche Drosselspulen mit je einer Hilfswicklung ausgeführt sein.

Induktivität Lz wird hier aber nicht durch ein besonderes Bau- 5 Abschliessend soll noch ein Wertebeispiel für das in Fig. 2

element, sondern durch die Streuinduktivität des Isoliertrans- dargestellte Ersatzschaltbild gegeben werden.

formators 4 gebildet. Diese Streuinduktivität ist in Fig. 7 als Es wird davon ausgegangen, dass die Netzfrequenz fn =

induktives Element 21 dargestellt. Bei der Ausführungsform 50 Hz, die Tonfrequenz ft = 317 Hz beträgt, dass die Netzwech-

nach Fig. 7 ist also der Isoliertransformator 4 bewusst mit einer selspannung un einen Effektivwert von 10 kV besitzt und dass nicht vernachlässigbaren Streuinduktivität behaftet. i o der Einspeisepegel p für die tonfrequente Einsepeisespannung

Bei der Betrachtung von Fig. 6 und 7 ist bisher stillschwei- ue p = 1,7% der Netzwechselspannung un betragen soll. Damit gend davon ausgegangen worden, dass die Werte C12 und Lh so ergibt sich in einpoliger Ersatzschaltung ein Effektivwert für abgestimmt sind, dass sich ein Resonanzkreis 6,9 für die Ton- die Einspeisespannung ue von ue = 1,7%-104 V/^3 = 98,1V, also frequenz ft ergibt. Die Einfügung der zusätzlichen Induktivität rund 100 V. Die Netzlast 10 kann z.B. (1 + j 2,8) Q betragen,

Lz würde zu einer gewissen Verstimmung der Resonanz führen, is wobei der Blindanteil durch die Impedanz des 10-kV-Umspan-

Deswegen ist es zweckmässig, die zusätzliche Induktivität Lz ners, der die Netzwechselspannung liefert, gegeben ist und gleich mit in die Bestimmung der Resonanzfrequenz einzube- wobei die Impedanz dem ohmschen Netzwiderstand parallel ziehen. Die zusätzliche Drosselspule 20 in Fig. 6 oder die Streu- geschaltet liegt.

induktivität 21 in Fig. 7 zählt dann mit zu dem auf die Tonfre- Als Kapazität C12 werde ein Wert C12 = 8 |aF gewählt, quenz ft abgestimmten Resonanzkreis. 20 Hieraus errechnet sich die Impedanz Xc des Kondensators 9 für In Fig. 8 ist eine dreiphasige Ausführungsform der Rund- die Tonfrequenz ft zu 62,8 Ohm und für Netzfrequenz fn zu 398 Steueranlage nach Fig. 2 dargestellt. Der Rundsteuersender 2, Ohm. Die tonfrequente Sekundärspannung us wurde zu us = z.B. wiederum ein Wechselrichter, gibt drei um 120° el gegen- 2 kV gewählt. Für eine auf die Tonfrequenz ft bezogene Impe-einander versetzte Ausgangsspannungen mit Tonfrequenz ft ab. danz Xh = 2 n ft • Lh = 60 Ohm (etwa Resonanz) ergibt sich Lh = Er ist gleichzeitig so eingerichtet, dass er auch drei um 120° el 25 30 mH. Für Netzfrequenz fn ergibt dieser Wert Lh eine Impe-gegeneinander versetzte netzfrequente Rückspannungen auf- danz Xh = 9,5 Ohm. Da die Netzfrequenz fn deutlich geringer ist nehmen kann. Der Rundsteuersender 2 kann dabei so ausgebil- als die Tonfrequenz ft, ist Xh(fn) kleiner als Xh(ft). Am Transfor-det sein, dass er für die Rückspannungen einen hohen Innen- mator 4 fällt somit nur eine geringe netzfrequente Sekundärwiderstand besitzt. Er ist in direkter Verbindung an die Primär- Spannung us(fn) ab. Diese beträgt 141V. Die Übersetzung ü des wicklung eines Isoliertransformators 4 angeschlossen. Dieser 30 Isoliertransformators 4 betrage Ü = 1:10. Um dieses Verhältnis Isoliertransformator 4 ist in Stern-Dreieck-Schaltung ausge- wird die Sekundärspannung us(fn) noch verringert, so dass sich führt ; eine Stern-Stern-Schaltung ist ebenso möglich. Der Mit- primärseitig eine netzfrequente Rückspannung up(fn) von telpunkt des Isoliertransformators 4 braucht nicht geerdet zu 14,1V (Leiterspannung von etwa 24,4 V) ergibt. Diese geringe sein. Das Übersetzungsverhältnis jedes Teilwicklungspaares Rückspannung kann der (entsprechend eingerichtete) Rundbeträgt etwa 1:10. Jeder Sekundäranschluss ist über einen Kop- 35 steuersender 2 aufnehmen.

pelkondensator 9a, 9b, 9c an eine Phasenleitung eines dreipha-

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Rundsteueranlage mit einem Rundsteuersender, der eine tonfrequente Ausgangsspannung abgibt, mit einem von der ton-frequenten Ausgangsspannung primärseitig gespeisten Isoliertransformator, der sekundärseitig über einen Koppelkondensator parallel an ein Wechselspannungsnetz mit vorgegebener Netzwechselspannung und Netzfrequenz angeschlossen ist, wobei die Netzfrequenz um einiges niedriger ist als die Tonfrequenz der Ausgangsspannung, mit einem Resonanzkreis, der vom Koppelkondensator und einer Induktivität gebildet und dessen Resonanzfrequenz zumindest annähernd auf die Tonfrequenz abgestimmt ist, und mit einer auf der Senderseite des Isoliertransformators angeordneten Einrichtung zur Unterdrückung einer von der Netzseite her übertragenen netzfre-quenten Rückwirkung, dadurch gekennzeichnet, dass der Isoliertransformator (4) sekundärseitig direkt über den Koppelkondensator (9) und ohne die Zwischenschaltung einer die Resonanzfrequenz nennenswert bestimmenden Koppeldrosselspule an das Wechselspannungsnetz ( 10) angeschlossen ist, und dass als Induktivität des Resonanzkreises, die zusammen mit der Kapazität (C12) des Koppelkondensators (9) die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises festlegt, im wesentlichen nur die Hauptfeldinduktivität (Lh) des Isoliertransformators (4) vorgesehen ist (Fig. 2 bis 8).
2. Rundsteueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptfeldinduktivität (Lh) des Isoliertransformators (4) und die Kapazität (C12) des Koppelkondensators (9) so bemessen sind, dass die Impedanzen (Xh, Xc) für Tonfrequenz (ft) gleich gross sind (Fig. 2 bis 8).
3. Rundsteueranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rundsteuersender (2) unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Induktivität (Lz) oder unter Berücksichtigung einer Streuinduktivität des Isoliertransformators, aber ohne Zwischenschaltung eines die Resonanzfrequenz nennenswert bestimmenden Kondensators an die Primärwicklung (3) des Isoliertransformators (4) angeschlossen ist (Fig. 6 und 7).
4. Rundsteueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rundsteuersender (2) unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Induktivität (Lz) oder unter Berücksichtigungeiner Streuinduktivität des Isoliertransformators, aber ohne Zwischenschaltung eines die Resonanzfrequenz nennenswert bestimmenden Kondensators an die Primärwicklung (3) des Isoliertransformators (4) angeschlossen ist, und dass die Hauptfeldinduktivität (Lh) des Isoliertransformators (4), die Kapazität (C12) des Koppelkondensators (9) und die zusätzliche Induktivität (Lz) bzw. die Streuinduktivität so bemessen sind, dass für Tonfrequenz (ft) die induktive Impedanz des aus diesen Bauelementen bestehenden Kreises gleich der kapazitiven Impedanz ist.
5. Rundsteueranlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Induktivität (Lz) durch eine zur Primärwicklung (3) des Isoliertransformators (4) in Reihe geschaltete zusätzliche Drosselspule (20) gebildet ist (Fig. 6).
6. Rundsteueranlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Drosselspule (20) konstruktiv in den Isoliertransformator (4) einbezogen ist (Fig. 6).
7. Rundsteueranlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Induktivität (Lz) durch eine nicht vernachlässigbare sekundärseitige Streuinduktivität (21) des Isoliertransformators (4) gebildet ist (Fig. 7).
8. Rundsteueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis (ü) des Isoliertransformators (4) grösser als 1:5, insbesondere 1:10 oder grösser, gewählt ist (Fig. 4 bis 8).
9. Rundsteueranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zur Unterdrückung der netzfre-

quenten Rückspannung der Rundsteuersender (2) selbst vorgesehen ist, wobei der Rundsteuersender (2) so ausgerüstet ist,

dass er zusätzlich zur tonfrequenten Ausgangsspannung (ut) eine netzfrequente, im Vergleich zur Netzwechselspannung 5 (un) geringe kompensierende Wechselspannung abgibt (Fig. 5 bis 8).
10. Rundsteueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) dass der Rundsteuersender (2) unter Zwischenschaltung io einer geringfügig auch die Resonanzfrequenz bestimmenden zusätzlichen Induktivität (Lz), aber ohne Zwischenschaltung eines die Resonanzfrequenz bestimmenden Kondensators mit der Primärwicklung (3) des Isoliertransformators (4) verbunden ist,

15 b) dass die Sekundärwicklung (5) des Isoliertransformators (4) direkt über den Koppelkondensator (9) und ohne Zwischenschaltung einer die Resonanzfrequenz bestimmenden Drosselspule an das Wechselspannungsnetz ( 10) angeschlossen ist,

c) dass die Hauptfeldinduktivität (Lh) des Isoliertransforma-20 tors (4) und die zusätzliche Induktivität (Lz) so bemessen sind,

dass eine Spule mit der gemeinsamen Induktivität und der Ankoppelkondensator (9) mit seiner Kapazität (C12) einen gedachten Parallelschwingkreis ergeben, dessen Frequenz auf die Tonfrequenz (ft) abgestimmt ist und der als Resonanzkreis 25 wirkt,

d) dass das Übersetzungsverhältnis (ü) des Isoliertransformators (4) grösser als 1:5 gewählt ist, und e) dass der Rundsteuersender (2) selbst als Einrichtung zur Unterdrückung der netzfrequenten Rückwirkung vorgesehen

30 und so ausgerüstet ist, dass er für eine im Vergleich zur Netzwechselspannung (un) geringe netzfrequente Rückspannung aufnahmefähig ist (Fig. 6 und 7).