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Fernsteuerung mit einer an eine Kraftleitung angeschlossenen Hochfrequenzsende-
und Empfangsapparatur. Die Erfindung bezieht sich auf Fernsteuerungen, und zwar
auf Apparate, mit «-elchen über ein Kraftverteilungssystem hochfrequente Ströme
gesandt und empfangen werden sollen. Die Apparate sind einem der Hochspannungsleitung
angeschlossenen Verteilungstransformator angegliedert, so daß nun dieser Transformator
zweierlei Zwecken dienen wird, und zwar einerseits eine polarisierende Spannung
zu liefern und anderseits einer das Relais des zu überwachenden Stromkreises steuernden
Entladungsvorrichtung hochfrequente Spannung zu liefern. Die Erfindung ermöglicht
es, zwei getrennte Vorgänge auf nur einem den Frequenzträgerstrom steuernden Sv
stem durchzuführen. Um den Trägerstrom über Wechselstromverteilungsleitungen zu
steuern, sieht die Erfindung eine Kopplung vor, welche sich bereits schon vorhandener,
in Betrieb stehender Apparate bedient und besondere Kopplungen zum Anschluß der
Trägerstromapparate an die Kraftleitung sich erübrigen. Der Trägerstromapparat arbeitet,
ohne von irgendeiner der an die Kraftleitung angeschlossenen Belastung beeinflußt
zu werden. Die Erfindung selbst wird sowohl hinsichtlich Anordnung als auch hinsichtlich
der Arbeitsweise am ehesten durch die auf beiliegende Zeichnung Bezug nehmende,
hierunter folgende Beschreibung verständlich.
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Abb. z stellt einen zur Durchführung der Erfindung verwendeten Stromkreis
dar. Abb. a bringt charakteristische Kurven, aus denen zu ersehen ist, wie sich
die Spannungen an verschiedenen Stellen der Empfangsapparatur verhalten.
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Abb.3. Diese Kurven stellen die zu irgendeiner Zeit an den Röhren
herrschenden Spannungen dar.
Abb. 4. stellt einen Empfänger in anderer
Ausführungsform dar.
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In Abb. i ist eine Kraftleitung 1, 2, 3 dargestellt, die von einer
Maschine q. gespeist «-erden soll. Der Sender 5 (Abb. i) ist mit einem normalen,
der verlangten Leistung und Frequenz entsprechenden Schwingungserzeuger 6 versehen,
der von der Wechselstromleitung gespeist wird und so gebaut sein muß, claß er sich
die halbe Welle selbst gleichrichtet. Mit der Leitung, über welche die Steuerung
vor sich gehen soll, ist der Sender in irgendeiner Weise verbunden. Hier wird eine
kapazitive Kopplung dargestellt; jedoch ist die Art der Kopplung an sich belanglos.
Der Schwingungserzeuger wird über einen doppelpoligen Umschalter 7 gespeist. Durch
Umlegen dieses Schalters in die eine oder die andere Stellung kann man die Polarität
des Wechselstromes zu jeder Zeit umkehren. Von der Stellung dieses Schalters wird
es also abhängen, welcher Vorgang auf der Empfangsseite zur Durchführung gelangt.
Wesentlich ist es jedoch, daß der dem Schwingungserzeuger zugeführte i io-Volt-Wechselstrom
entweder mit der auf den beiden Drähten der Hochspannungsleitung (über welche die
Steuerung verlangt wird) vorhandenen Spannung phasengleich oder um 18o° verschoben
ist. Das läßt sich am zweckmäßigsten erreichen, wenn man den Schwingungserzeuger
von den gleichen beiden Leitungsdrähten über einen 2,'iederspannungstransformatcr
8 speist.
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Dort, wo die auf (las Verteilungssystem "Cr eschiclaen hochfrequenten
Ströme ausgewertet werden sollen, wird der Empfänger 9 an die 22o-Volt-Wicklülng
eines Niederspannungsverteilungstransformators 1o angeschlossen; dieser Transformator
liegt an denselben Leitungsdrähten der Hochspannungsleitung wie der Sender. Unter
ij<'erteilungstransformator- wird irgendein Kerntransformator der für Verteilungssysteme
allgemein üblichen Bauart verstanden. Die Impedanz auf primärer Seite eines solchen
Transformators ist niedrig genug, um durch die primäre Wicklung einen genügend starken
Strom mit solch starker Spannung hindurchgehen zu lassen, daß in der sekundären
Wicklung - wenn sachgemäß abgestimmt - ein ziemlich starker Strom fließen muß. Dennoch
ist die Impedanz hoch genug, um die Leitung nicht so weit zu beeinflussen, daß der
Betrieb der übrigen, an gleiche Leitung angeschlossenen Anlagen beeinträchtigt wird.
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Auf sekundärer Seite ist deal Transformator 1o ein aus einer abstimmbaren
Induktanz i i und einem abstimmbaren Kondensator 12 bestehender Abstimmkreis angeschlossen,
der auf die zu empfangende, vom Sender ausgehende Frequenz abgestimmt wird und auch
dazu dient, den Glühröhren 13 und 16 die zu ihrem Betrieb notwendige, auf sekundärer
Seite gelieferte Spannung zuzuführen.
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Es ist festgestellt worden, daß zwischen der Trägerspannung der Leitung
und der Trägerspannung über dem sekundären Kondensator 12 ein besseres Verhältnis
als ein Verhältnis von i : i erzielt werden kann.
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Die Stromkreise beider Glühröhren 13 und 16 sind dem Kondensator 12
parallel geschaltet. Einer dieser Stromkreise besteht aus der Glühröhre 13, einem
empfindlichen, polarisierten Relais 14 und einem Relaisableitungskondensator 15,
der dazu dient, den hochfrequenten Strom ab, d. h. um die Relaiswicklung herum zu
leiten. Der andere Stromkreis ist ähnlich und besteht aus der Glühröhre 16, einem
empfindlichen polarisierten Relais 17 und einem Relaisableitungskondensator 18.
Die Glühröhren oder Entladungsvorrichtungen '13, 16 bestehen im allgemeinen aus
zwei ungleichartigen Elektroden, welche in einen Behälter eingeschlossen sind, der
mit einem unter bestimmtem Druck stehenden Gase, z. B. mit Neon, gefüllt ist. Gas
und Druck werden so gewählt, daß eine Entladung stattfindet, sobald den Elektroden
ein bestimmtes Potential aufgedrückt wird und daß der Stromfluß zwischen beiden
Elektroden so lange vor sich geht, wie dieses Potential erhalten bleibt. Infolge
der ungleichen Struktur beider Elektroden wird der Strom jedoch nur in einer Richtung
fließen. Im Betrieb wird diesen Vorrichtungen ein konstantes Potential von dem Wechselstromverteilungssystem
her aufgedrückt. Dieses Potential wird nun so gewählt, daß es noch etwas unterhalb
jenes Wertes liegt, bei welchem die Entladung zwischen den Elektroden der Röhre
einsetzt. Wird hochfrequenter Strom empfangen und der Röhre zugeführt, so wird das
vom empfangenen Strom gelieferte zusätzliche Potential ausreichen, um eine Entladung
innerhalb der Röhre herbeizuführen und einen Strom so lange fließen lassen, wie
hochfrequenter Strom empfangen wird.
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Es hat sich erwiesen, daß - zufolge der Charakteristiken der Verteilungstransformatoren
- die Stärke der empfangenen Zeichen mit einer höheren Spannung auf sekundärer Seite
besser ist als bei niedriger Spannung. Es wird daher die 22o-Volt-Wicklung auf sekundärer
Seite zur Speisung des Empfängers mit Hochfrequenz verwendet. Da die 22o Volt die
Glühröhre dauernd arbeiten lassen, wird die sekundäre Wicklung eines polarisierenden
Transformators z9 in Serie in den Röhrenkreis (Abb. x) eingeschaltet. Dieser Transformator
ist so angeschlossen,
daß seihe Spannung den durch den Röhrenkreis
auf die Röhren geschickten 220 Volt desVerteilungstransforinators entgegenwirkt.
jede unter 22o Volt liegende Spannung kann nunmehr an den Röhren erzielt werden.
Die beiden Glühröhren sind so geschaltet, daß sie jedem ankommenden Zeichen entgegengesetzte
Polarität entgegenstellen, d. h. daß die Kathode des Rohres 16 und die Anode des
Rohres 13 miteinander verbunden und der einen Belegung des Abstimmkondensators 12
angeschlossen sind, während die Anode des Rohres 16 und die Kathode des Rohres 13
ebenfalls miteinander verbunden (über die zugehörigen Relais und über den polarisierenden
Transformator) und der anderen Belegung des Abstimmkondensators 12 angeschlossen
sind.
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Wird das beschriebene Svstem in Betrieb genommen, so wird die Leistung
der mit 5 bezeichneten, die halbe Welle sich selbst gleichrichtenden Anlage von
der halben 6o-Periodenwelle gesteuert, d. h. der Oszillator oder Schwingungserzeuger
wird hochfrequente Energie nur in jenem Abschnitte der halben positiven Wechselstromperiode
aussenden, daß die Spannung gerade hoch genug ist, um Schwingungen zu erzeugen.
Während des übrigen Teiles der halben positiven Periode und im Verlauf der negativen
Halbperiode wird der Schwingungserzeuger keine Energie aussenden. Die Senderleistung
besteht sonach in Impulsen, die je während einer halben Periode auftreten werden.
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Auf der Empfangsseite ist jede Glühröhre während der halben Periode
an ihrer Anode mit positiver Spannung und während der anderen halben Periode mit
einer negativen Spannung polarisiert, und wenn der Anode die negative Periodenhälfte
aufgedrückt wird, so wird die Anode natürlich etwas mehr als das Doppelte der Polarisierungsspannung
aufnehmen müssen, wenn die Röhre zum Glühen gebracht werden soll, vorausgesetzt,
daß sie zu 8o oder 9o Prozent polarisiert war. Während der -halben Periode, die
der Anode positive Spannung aufdrückt, wird jedoch nur ein kleiner Betrag der einkommenden,
zur Polarisationsspannung hinzuaddierten Spannung notwendig sein, um die Röhre zum
Glühen zu bringen. Wenn also der vom Sender 5 ausgehende hochfrequente Stromstoß
zu der Zeit auftritt, während welcher die Anode der Glühröhre negativ aufgeladen
ist, so wird die Röhre nicht zum Glühen kommen, und es wird dann auch kein Strom
durch das Relais hindurchfließen, es sei denn, claß die Hochfrequenzspannung außergewöhnlich
hoch ist. Wenn anderseits die hochfrequenten, vom Sender ausgehenden Stromstöße
zu der Zeit auftreten, während welcher die Anode der Glühröhre durch die positive
halbe Periode positiv aufgeladen wird, so wird die Röhre zum Glühen kommen und Strom
mit einem nur sehr geringen- -Werte der empfangenen Hochfrequenzspannung durch das
Relais hindurchgehen lassen. Wenn irgendein Relais erregt wird, so wird entweder
Schalter 2o oder Schalter 21 und damit auch ein Stromkreis geschlossen, durch welchen
ein Signal. ein Nebenrelais oder eine sonstige Einrichtung gesteuert wird.
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Angenommen, die Röhre sei auf i fo Volt zu polarisieren, so inüßte
die Spannung auf sekundärer Seite des Transformators ig i i o Volt betragen, da
die über den Kondensator 12 gehende Spannung 22o Volt beträgt. Die resultierenden,
über beide Röhren gehenden Spannungen würden sich dann wie unter Abb. 2 darstellen.
Die über den Kondensator 12 gehende 22o-Volt-Wecbselstroinspannung ist durch Kurve
31 dargestellt, während Kurve L die zu 31 um i 8o ° verschobene mo-Voltspannung
des polarisierenden Transformators i9 darstellt. Die resultierende Spannung IV über
beiden Röhren beträgt ifo Volt. Da jedoch die beiden Röhren gegenpolig geschaltet
sind, werden die zu jeder Zeit bei beiden Röhren an den Anoden auftretenden Spannungen
sich so darstellen, wie es in Abb. 3 durch die Kurven IV i und N; angedeutet worden
ist.
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Wenn der Schalter 7 des Senders aus der hier dargestellten Lage nach
links geschaltet wird, so wird der vom Sender ausgehende Stromstoß z. B. in der
Halbperiode auftreten, während welcher die Anode des Rohres 16 positiv und die Anode
des Rohres 13 negativ aufgeladen ist. Rohr 16 wird dann arbeiten und Rohr 13 wird
nicht arbeiten, es sei denn, daß die Hochfrequenzspannung außergewöhnlich groß ist.
In dem einen Falle wird jedoch eine so geringe und im anderen Falle eine so starke
Hochfrequenz benötigt, daß ein weiter Hochfrequenzspannungsbereich verbleibt, innerhalb
welchem eine sachgemäße Wahl -geschehen kann. Nach Versuchen mit diesem Stromkreise
wurde eine vollkommene Wählbarkeit mit einer Trägerstromspannung erzielt, die wesentlich
höher liegt als der zum Betrieb der'Röhre (welche bei Aufnahme des Trägerstromstoßes
positiv aufgeladen ist) notwendige Mindestwert. Würde der Schalter 7 aus der hier
dargestellten Lage nach rechts umgelegt, so würde in ähnlicher Weise Rohr 13 glühen,
und Rohr 16 würde dahingegen nicht glühen.
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Mit der Anordnung, soweit sie bis jetzt beschrieben ist, kann der
Betrieb eventuell beeinflußt werden, wenn andere Belastungen zu der an die sekundäre
Wicklung des Transformators fo geschalteten Einrichtung in
N ebenschluß
gelegt werden. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß ein erfolg" reiches
Arbeiten des Systems davon abhängig ist, daß ein starker Strom den abgestimmten
Stromkreis durchläuft. Wenn nun kleine Drosselspulen 22, 23 mit jeder Zusatzbelastung
in Serie eingeschaltet werden, so wird jene Belastung aber keinen Einfluß mehr auf
die Hochfrequenzströme ausüben. Diese Drossel>pulen können sehr klein sein und einen
Wert von weniger als i Millibenry besitzen; sie sind billig und auch leicht anzufertigen.
Ein Kondensator 24 mit einer Kapazität von ungefähr i Mikrofarad wird auf der belasteten
Seite der. Drosselspulen parallel zur 22o-Voltleitung geschaltet, so daß die Drosselspulen
- sobald dieBelastung fortgenommen wird - noch immer mit einer für die Hochfrequenz
verhältnismäßig niedrigen Impedanz angeschlossen sind und den auf die Hochfrequenz
abgestimmten Empfänger nicht verstimmen werden. Dieser Kondensator hat bei 6o Perioden
eine verhältnismäßig hohe Impedanz und wird solchen Strom mit solcher Frequenz nicht
durchlassen.
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Bei der unter Abb.4 dargestellten abgeänderten Ausführung wird ein
Abstimmittel 25,:26 für zwei Stromkreise und zur Verbindung mit der Hochspannungsleitung
eine Kopplung 27 von irgendwelcher Bauart verwendet. Die Röhren sind gegenpolig
so wie unter Abb. i geschaltet. Der Sender ist der gleiche wie nach Abb. i. Für
gleichwertige Teile sind in beiden Abbildungen gleiche Bezugszeichen verwendet.