-
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umschaltung von Betriebsgeneratoren
bei Nachrichtenanlagen, insbesondere mittels Pilotspannungsüberwachung bei Trägerfrequenzanlagen,
auf Ersatzgeneratoren bei Über- oder Unterschreitung von Spannungssollwerten unter
Verwendung einesTransistoroszillators und Relais.
-
Vielkanalsysteme der Trägerfrequenz- und Richtfunktechnik erfordern
nahezu unterbrechungsfrei vorhandene Träger- und Pilotfrequenzen. Während bei den
Trägerspannungen 10 bis 20 % Pegelkonstanz genügen, müssen die Pilotpegel besser
konstant gehalten werden. Die Toleranzen liegen etwa bei ± 2 bis -1-101/o, -501o.
-
Zur Erfüllung dieser Bedingungen wird im allgemeinen die Pilotspannung
jeder Frequenz wenigstens zweimal in einem Trägerfrequenzsystem zur Verfügung gestellt
und auf ihre Pegelkonstanz überwacht. Die Erzeugung dieser Pilotspannungen gleicher
Frequenz erfolgt jeweils in einem Betriebs-und in einem Ersatzgenerator. Eine bekannte
Anordnung zur Überwachung und Umschaltung ist in F i g. 1 schematisch dargestellt.
Der Betriebsgenerator 1 liegt über den Relaiskontakt r, der von der Umschalteeinrichtung
2 gesteuert wird, ständig an der abgehenden Leitung 3. Überschreitet der Pegel die
zugelassene Toleranz, so erfolgt die Umschaltung auf den Ersatzgenerator 4. Gleichzeitig
wird dieser Zustand über eine nicht dargestellte Alarmeinrichtung, die von der Umschalteeinrichtung
2 bzw. 5 gesteuert wird, angezeigt. Um eine möglichst große Unterbrechungsfreiheit
während der Umschaltung vom Betriebs- auf den Ersatzgenerator zu gewährleisten,
darf die Umschaltung nur geringe Zeit in Anspruch nehmen.
-
Aus den deutschen Auslegeschriften 1027 247 und 1113
248 ist jeweils eine überwachungs- und Umschalteeinrichtung bekannt, bei der an
die zu überwachenden Generatoren über eine Gleichrichterschaltung ein Überwachungsrelais
angeschaltet ist. Diese Überwachungsrelais bestimmen die Ansprechschwelle der Unterspannung,
bei der umgeschaltet wird. Die eigentliche Umschaltung wird von einem bzw. zwei
Umschalterelais über mechanische Kontakte ausgeführt.
-
Weiter ist aus der deutschen Auslegeschrift 1185 244 eine überwachungs-
und Umschalteeinrichtung bekannt, bei der ebenfalls Überwachungsrelais über Gleichrichter
an die Generatoren angeschaltet die Ansprechschwelle der Unterspannung bestimmen,
bei der umgeschaltet wird. Dagegen wird die eigentliche Umschaltung ohne mechanische
Kontakte durch eine elektronische Umschalteeinrichtung ausgeführt, die mit gleichstromgesteuerten
Halbleiterdioden arbeitet.
-
Bei den drei vorgenannten Überwachungs- und Umschalteeinrichtungen
wird jeweils lediglich bei Unterspannung ein Umschalte- bzw. Alarmvorgang ausgelöst.
Die Toleranz der Ansprechschwelle ist durch die Toleranz der Ansprech- bzw. Abfallkenndaten
der verwendeten Überwachungsrelais gegeben und aus diesem Grund sehr grob; insbesondere
die hohen Anforderungen, die an eine Überwachung von Pilotspannungsquellen von Trägerfrequenzeinrichtungen
gestellt werden müssen, können mit diesen bekannten Einrichtungen nicht erfüllt
werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine für in der Nachrichtenübertragungs-
und Meßtechnik, insbesondere in der Pegelregelungstechnik auftretende Umschalte-und
Überwachungsvorgänge Einrichtung zu schaffen, mit der in einfacher und sicherer
Weise Unter- und Überspannungen ausgewertet werden können.
-
Zur Auswertung von Unter- und Überspannungen wäre es grundsätzlich
möglich, die nachstehenden an Hand der F i g. 2 erläuterte Anordnung zur Umschaltung
und Überwachung zu verwenden. Hierbei geschieht die Überwachung durch Vergleich
der der zu überwachenden Pilotwechselspannung proportionalen Gleichspannung U,ytess
mit einer durch eine Zenerdiode stabilisierten Normalspannung Uz. Weichen die beiden
Spannungen voneinander ab, so wird je nach Richtung der Abweichung entweder der
als Gleichstromverstärker geschaltete Transistor 6 oder 7 leitend. Beide Transistoren
sind zueinander komplementär. Die Normalspannung UZ ist jeweils den Emittem beider
Transistoren zugeführt, während die Gleichspannung Um... an den Basen der
beiden Transistoren liegt. Über eine weitere Verstärkerstufe mit dem Transistor
8 wird das Umschalterelais 9 erregt. Der Transistor 10 ist zum Zwecke der Phasenumkehr
der Transistorausgangsspannung 7 angeschaltet. Um Verfälschungen der Messung zu
vermeiden, muß dafür Sorge getragen werden, daß die Meßspannung nicht allzu hoch
belastet wird. Dies geschieht im vorliegenden Fall durch eine hohe Verstärkung.
-
Weiterhin ist bereits eine überwachungs- und Umschalteeinrichtung
yorgeschlagen worden, die in F i g. 3 dargestellt ist. Zwei komplementäre Transistoren
11 und 12 sind derart mit einem gemeinsamen Übertrager 15 verbunden, daß sie einen
Oszillator bilden. Dem gemeinsamen Eingang der Transistoren 11,12 ist eine Differenzgleichspannung
zugeführt, die aus einer der zu überwachenden Spannung proportionaler Meßgleichspannung
Um... und einer an der Zenerdiode 17 abfallenden Normalgleichspannung UZ
erzeugt ist. Wenn die Pilotspannung innerhalb des zulässigen Toleranzbereiches liegt,
ist die Meßgleichspannung Um... gleich der Normalspannung UZ, und beide Transistoren
11,12 sind gesperrt. Weicht die Meßgleichspannung Um...
von der Normalspannung
UZ ab, so wird je nach Richtung der Abweichung einer der beiden Transistoren stromführend,
und entweder die Rückkopplung über die Primärwicklung 19 oder die Tertiärwicklung
21 kommt zur Wirkung. Im Laufe der entstehenden Schwingung schalten die Transistoren
11, 12 sich abwechselnd ein und aus. Der entstehende Schwingstrom schaltet das Relais
20. Wenn die Pilotspannung auf den Sollwert zurückgekehrt ist, kann die-Schwingspannung
durch Drücken der Taste 23 kurzgeschlossen werden.
-
Gemäß der Erfindung wird die Einrichtung zur Spannungsüberwachung
so ausgebildet, daß ein Transistor und ein Übertrager zusammengeschaltet einen Oszillator
bilden, dessen Schwingfrequenz im wesentlichen durch einen Widerstand und eine Kapazität
bestimmt werden, die beide im Eingangskreis des Transistors liegen, daß dem Eingang
des Transistors über den Widerstand eine Differenzgleichspannung zugeführt ist,
die aus einer Normalgleichspannung und einer der zu überwachenden Spannung proportionalen
Meßgleichspannung erzeugt ist, daß in der Verbindungsleitung zwischen dem Kollektor
des Transistors und der Batteriespannung in Reihe zur Primärwicklung des Übertragers
ein
Vorwiderstand liegt, der so bemessen ist, daß bei überschreiten eines vorgegebenen
Sollwertes der Differenzgleichspannung an dem Vorwiderstand ein so großer Spannungsabfall
entsteht, daß die Schwingung abreißt, und daß der Schwingstrom des Oszillators direkt
oder indirekt ein Relais steuert.
-
Durch diese Maßnahmen ergeben sich gegenüber bekannten überwachungs-
und Umschalteeinrichtungen die Vorteile, daß der überwachende Generator geringer
belastet wird, daß er auf kleinere Pegelabweichungen überwacht werden kann, die
ihrerseits enger toleriert sind, und daß sowohl positive als auch negative Abweichungen
vom Sollwert ausgewertet werden können. Zur Feststellung von sowohl positiven als
auch negativen Abweichungen wird nur ein einziger Transistor benötigt. Da die Schaltung
im Normalfall, d. h., wenn die Meßgleichspannung im Sollbereich liegt, als dauernd
betriebener Wechselstromverstärker arbeitet, erreicht man damit den weiteren Vorteil,
daß alle für diese Funktion wichtigen Bauteile, wie z. B. Transistor, Zenerdiode
und übertrager, ständig mit überwacht werden, so daß die Gefahr, daß durch Ausfall
eines Bauteiles die Einrichtung zur Spannungsüberwachung im Einsatzfall nicht arbeitsfähig
ist, vermieden wird.
-
Zweckmäßigerweise verwendet man zur Erzeugung der Normalgleichspannung
eine Zenerdiode. Schaltet man der Normalspannungsquelle einen Kondensator parallel,
so wird diese Spannungsquelle durch den auftretenden Schwingstrom nicht belastet.
Wird der übertrager mit einer Tertiärwicklung versehen und dieser ein Gleichrichterelement
nachgeschaltet, so erreicht man auf diese Weise, daß am Ausgang auch eine potentialfreie
Gleichspannung zur Verfügung steht.
-
Es kann vorteilhaft sein, den Vorwiderstand durch ,ein Relais mit
dem gleichen Widerstandswert zu ersetzen, das die Funktion der Umschaltung der in
F i g. 1 dargestellten Anordnung ausführt. Es ist jedoch auch möglich, daß Relais
R in F i g. 1 mittelbar beispielsweise unter Zuhilfenahme der potentialfreien Gleichspannung
aus der Tertiärwicklung zu steuern.
-
An Hand der Ausführungsbeispiele nach F i g. 4 und 5 wird die Erfindung
näher erläutert.
-
F i g. 4 zeigt die Schaltung einer Spannungsüberwachung nach der Erfindung,
die mit einem npn-Träger arbeitet; F i g. 5 zeigt die Schaltung einer Spannungsüberwachung
nach der Erfindung, die mit einem pnp-Transistor arbeitet.
-
Den in F i g. 4 und 5 dargestellten Spannungsüberwachungen wird eine
der Pilotwechselspannung proportionale Meßgleichspannung Um... über den Widerstand
R 1 und die Sekundärwicklung 24 des übertragers Ü an die Basis des Transistors
T 1 bzw. T 2
geführt. Zwischen dem Verbindungspunkt des Widerstandes
R 1 mit der Sekundärwicklung 24 und dem Emitter des Transistors T 1
bzw. T 2 liegt der Kondensator C 1. Der Emitter liegt über die ZenerdiodeZ
am geerdeten Pluspol und über den Widerstand R 3 am Minuspol der Versorgungsspannungsquelle.
Die Primärwicklung 25 des Übertragers Ü liegt im Kollektorkreis des Transistors
T 1 bzw. T2. Der erdseitige Anschluß der Primärwicklung 25 ist über den Kondensator
C 2 mit Erde verbunden und über den Vorwiderstand R2 mit der Versorgungsspannungsquelle.
Der npn-Transistor T 1 in F i g. 4 erhält die Kollektorspannung über den Pluspol,
der pnp-Transistor T2 in F i g. 5 erhält die Kollektorspannung über den Minuspol
der Versorgungsspannungsquelle. Der übertrager V besitzt eine Tertiärwicklung 26.
Die Kathode der Zenerdiode Z ist mit dem Pluspol der Versorgungsspannungsquelle
verbunden, so daß an der Zenerdiode die Normalgleichspannung UZ abfällt.
-
Die Wirkungsweise der Anordnung in F i g. 4 und 5 ist wie folgt: Wenn
die Pilotspannung innerhalb des zulässigen Toleranzbereiches liegt, ist die Differenzgleichspannung
an der Emitter-Basis-Strecke des Transistors T 1 bzw. T
2 gerade so groß, daß ein Kollektorgleichstrom fließt, der eine Verstärkung
des Transistors ergibt, die über den übertrager V eine Schwingung anregt. Es ist
zu beachten, daß bei dem npn-Transistor T 1 in F i g. 4 die Differenzgleichspannung
der Basis gegen den Emitter positiv und bei dem pnp-Transistor T 2 in F i g. 5 negativ
sein muß, um den beschriebenen Zustand zu erreichen. Der Vorwiderstand R 2 ist so
ausgelegt, daß an ihm der größte Teil der Batteriespannung abfällt, wenn die Emitter-Basis-Spannung
dem Betrage nach größer wird und einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dadurch
sinkt die Kollektor-Emitter-Gleichspannung und damit die Verstärkung des Transistors
T 1 bzw. T2. Ab einem vorgegebenen Wert der Differenzgleichspannung reißt
die Schwingung ab. Ein ähnlicher Vorgang spielt sich ab, wenn die Differenzgleichspannung
an der Emitter-Basis-Strecke dem Betrage nach verkleinert wird. Der Kollektorstrom
sinkt und verkleinert dadurch ebenfalls die Verstärkung des Transistors, bis die
Schwingung aussetzt.
-
Da im allgemeinen derjenige Vorgang, der durch Absinken des Kollektorgleichstromes
die Schwingung abreißen läßt, eine engere Tolerierung der Spannungsüberwachung zuläßt
als derjenige, der durch Absinken der Kollektor-Emitter-Gleichspannung die Schwingungen
unterbricht, erscheint das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 immer dann als günstiger,
wenn auf eine engtolerierte Anzeige der Unterspannung der Meßgleichspannung ein
größerer Wert gelegt wird als auf eine engtolerierte Anzeige der überspannung; im
umgekehrten Fall erscheint das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 als günstiger.
-
Es sind noch weitere Ausführungsformen nach der Erfindung möglich,
in denen die Polarität der Normalgleichspannung und der Meßgleichspannung umgedreht
sind. Bei diesen Ausführungsformen ist die Möglichkeit der enger tolerierten Anzeige
im allgemeinen umgekehrt verteilt.