-
Anordnung zur Überlagerung von Strömen betriebsfremder Frequenz über
Starkstromnetze oder zum, Empfang solcher Ströme Zum Umschalten von Tarifapparaten,
zum Richten von Uhren usw. sind bereits Fernsteueranlagen vorgeschlagen worden,
bei denen dem Starkstromnetz Ströme netzfremder Frequenz überlagert werden, die
Resonanzrelais erregen. Diese Resonanzrelais führen bei ihrem Ansprechen die gewünschte
Schalthandlung aus. Bei derartigen nach dem Überlagerungsprinzip arbeitenden Fernsteueranlagen
treten vielfach technische Schwierigkeiten auf infolge der Rückwirkung der mit verschiedenen
Frequenzen arbeitenden Apparate aufeinander. Insbesondere stören die Ströme der
Netzfrequenz unter Umständen die Wirkungsweise der auf die Steuerfrequenz ansprechenden
Relais, die im allgemeinen eine mechanische Abstimmung und eine elektrische Abstimmung
(Resonanzschaltung) besitzen. Aber nicht nur dieEmpfangsrelais werden durch die
Netzfrequenz gestört, sondern es treten auch Störungen des Senders auf, welcher
die Steuerfrequenz erzeugt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn als Generatoren
für die Steuerfrequenzen Gasentladungsgeräte oder andere Röhren als Frequenzumformer
(Umrichter) verwendet werden. Man ist infolgedessen bestrebt, solche Sender über
Sperrkreise anzuschließen, welche für die Netzfrequenz einen hohen Widerstand darstellen,
für die Steuerfrequenzen (z. B. aoo bis 6oo Perioden) dagegen nur einen geringen
Widerstand haben. Solche Resonanzkreise lassen aber im allgemeinen noch einen erheblichen
Prozentsatz von Netzströmen hindurch. Man könnte nun eine weitere Verminderung dieses
Einflusses erreichen, indem man durch Anwendung des Prinzips der Drossel bzw. der
Kondensatorkette eine Vervielfachung der Sperrwirkung eines einzelnen Gliedes erzielt.
-
Gegenstand der Erfindung sind Anordnungen, um die Einflüsse der Netzströme
--der mitläufigen Phasenfolge auf die Sender für die Steuerfrequenz oder auf die
Empfangsrelais auszuschließen. Gemäß der Erfindung wird der Überlagerungsgenerator
bzw. das Empfangsrelais überDrehfeldscheider für das gegenläufige Strom- bzw. Spannungssystem
der Netzfrequenz angeschlossen. Diese Drehfeldscheider lassen nicht nur das gegenläufige
Drehfeldsystem hindurch, sondern auch betriebsfremde Frequenzen, so daß sie sich
für die Zwecke der Trennung von Strömen der Netzfrequenz der mitläufigen Phasenfolge
und der Steuerfrequenz sowohl bei der Aussendung als auch bei deren Empfang eignen.
-
Da man häufig den Drehstromnetzen auch für Steuerzwecke symmetrischen
Drehstrom
anderer Frequenzen überlagert, so sind in einigen der
folgenden Ausführungsbeispiele solche Anordnungen wiedergegeben, die sich sowohl
zum Aufdrücken und Empfangen ii Drehstromnetzen eignen. -Fig, z zeigt das Schema
eines symmetri-, schen Drehfeldscheiders. 2 ist das Drehstromnetz, z. B. die Sammelschienen.
Zwischen je zwei Phasen RS bzw. ST bzw. TR liegen zwei in Reihe geschaltete Widerstände
3 und 4. Wählt man diese Widerstände ihrem Absolutbetrag nach gleich groß und mit
6o° Phasenwinkel für die Betriebsfrequenz (I\Tetzfrequenz), so fallen für die Betriebsfrequenz
die Anschlußpunkte U, h und W im Sternpunkt des Systems zusammen. Drückt
man dagegen von U, V, W aus, wie in der Abbildung durch den Generator r dargestellt
ist, Steuerfrequenzen dem Drehstromnetz auf, so dringt deren Leistung ungestört
durch die Netzfrequenz in das Betriebsnetz 2 ein. Zweckmäßigerweise wählt man noch
den Drehsinn der Steuerfrequenz so, daß die Punkte R', S', T' für die Steuerfrequenz
außerhalb des Spannungsdreiecks U', Z", W' zu liegen kommen.
-
In Fig. 4 ist die Lage der Punkte U, h' und W für die Betriebsfrequenz
und in Fig. 5 die Lage der Punkte R', S', T' für die Steuerfrequenz dargestellt.
-
Die Art der Spannungsteilerwiderstände 3 und4 ist beim Aufdrücken
höherer F requenzen als der Betriebsfrequenz möglichst kapazitiv zu wählen. Als
Widerstand 3 wird daher ein Kondensator verwendet, als Widerstand 4 ein Kondensator
und ein Verlustwiderstand: In Fig. 2 ist eine solche Brücke dargestellt. Sie besteht
aus den Kondensatoren 5, 5', 5", 6, 6', 6" und den Ohmschen Widerständen 7, 7',
7". Der Kondensator 5 entspricht dem Widerstand 3 der Fig. r ; die Reihenschaltung
aus dem Kondensator 6 und dem Widerstand 7 entspricht dem Widerstand 4 der Anordnung
nach Fig. z.
-
Es sind aber auch andere Schaltungen als die in Fig.2 dargestellten
anwendbar. In Fig.3 sind solche Schaltungen schematisch dargestellt. Auf der linken
Seite der Fig. 3 ist nochmals der Drehfeldscheider mit den Kapazitäten gezeichnet,
und zwar bedeutet die Darstellung, wie im Zusammenhang mit den Fig. r und 2 hervorgeht,
daß als Widerstand 3 eine Kapazität und als Widerstand 4 eine Kapazität mit einem
Ohmschen Widerstand, welche zusammen eine Verdrehung des Stromes relativ zur Spannung
um - 30° ergeben, verwendet sind. Da es nur wesentlich ist, daß die an den Widerständen
3 und 4 herrschenden Spannungen,- abgesehen von ihrer absoluten Größe, eine Phasenverschiebung
von 6o° gegeneinander besitzen müssen, so kann man auch den Widerstand 3 durch einen
Ohmschen Widerstand ersetzen und den Widerstand 4 durch einen Ohmschen Widerstand
und eine Drosselspule, die zusammen -eü Verdrehung des Stromes relativ zur ;ännung
um 60° ergeben, wie es in dem '5üttleren Teil der Fig. 3 dargestellt ist. Auf der
rechten Seite ist dargestellt, daß man auch als Widerstand 3 eine Drosselspule mit
Widerstand verwenden kann, die zusammen eine Drehung von 2o° hervorrufen, und als
Widerstand 4 eine Drosselspule in Verbindung mit einem Ohmschen Widerstand, die
eine Drehung um 8o° hervorrufen. Man ersieht leicht, daß sich bei allen diesen Anordnungen,
bei denen die Spannungen an den Widerständen 3 und 4 für das mitläufige System um
6o° verschoben sind, ein Vektordiagramm ergibt, wie es in Fig. 4 für die Anordnung
nach Fig. 2 dargestellt ist.
-
Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, die Drehfeldbrücke nicht
unmittelbar an die Betriebsspannung anzulegen, sondern, wie in Fig. 2 dargestellt,
über Kondensatoren 8 bzw. 8' bzw. 8" an das Netz anzuschließen. Dadurch läßt sich
die notwendige Verlustleistung, die in den Widerständen vernichtet werden muß, erheblich
vermindern.
-
Ebenso wie für das Senden von betriebsfremden Frequenzen kann man
auch die Anordnung zum Empfang von betriebsfremden Frequenzen verwenden. Das Relais
könnte beispielsweise dreiphasig sein. Es könnte aber auch nur zwischen zwei Leitungen
U und V angeschlossen werden. Zweckmäßigerweise-wird man dann im dem ganzen Netz
die Anschlüsse der Relais so legen, daß im Mittel eine symmetrische Belastung entsteht.
-
Die Fernhaltung der Netzströme von den Relais ist dann von Wichtigkeit,
wenn man durch Eisensättigung den Nutzfluß im Relais begrenzt. Diese Begrenzung
kann man dadurch erreichen, daß man z. B. parallel zum Relais eine gesättigte Drossel
schaltet oder indem man das Relais selbst mit Eisensättigung ausführt. Diese Begrenzung
des Arbeitsflusses wird aus dem Grunde vorgenommen, um ein fälschliches Ansprechen
des Relais bei einer Spannung, deren Frequenz von der Ansprechfrequenz des Relais
etwas abweicht, zu vermeiden, so daß mandieAnsprechfrequenzen der Relais nahe aneinanderlegen
kann. Hält man bei einem derartigen Relais die Netzfrequenz vom Relais fern, so
erreicht man den Vorteil, daß durch die Eisensättigung keine Nebenfrequenzen auftreten.
-
Auch bei einphasiger Speisung von Drehstromnetzen mit betriebsfremden
Frequenzen lassen sich Drehfeldscheider verwenden. Zu diesem Zweck sind in den Fig.
6 und 7 an sich bekannte Drehfeldscheider verwendet,
die man bisher
zur Beeinflussung des Relais durch das gegenläufige Drehfeld angewendet hat. Bei
der Anordnung nach Fig.6 ist wieder mit -> das Netz bezeichnet mit den einzelnen
Phasenleitungen R, S, T. Zwischen den Phasen S und T liegt die Reihenschaltung aus
einem Kondensator 9, einem Ohmschen Widerstand io und einer Drosselpule ii. Wählt
man die Größe dieser Widerstände derart, daß der Punkt des Kondensators, der an
den Widerstand angeschlossen ist, auf das Potential der Phase R für die Betriebsfrequenz
kommt, so kann man den Generator i bzw. das gesättigte Empfangsrelais 12 zwischen
der Phase R und diesem Anschlußpunkt legen, ohne daß das Drehstromnetz auf den Sender
bzw. das Relais zur Einwirkung kommt.
-
In Fig. 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Bei der Anordnung nach Fig.7 liegt zwischen der Phase R und der Phase S ein Ohmscher
Widerstand und ein Transformator 1q.. Das Relais 12 bzw. der Generator i liegt zwischen
der Phase T und der Sekundärwicklung des Transformators 1q.. In dem Stromkreis,
welcher das Relais 12 enthält, sind zwei elektromotorische Kräfte wirksam. Die eine
elektromotorische Kraft entspricht der verketteten Spannung zwischen den Phasen
S und T. Die zweite elektromotorische Kraft ist gleich der Spannung auf der Sekundärseite
des Transformators 1q.. Wählt man das Übersetzungsverhältnis des Transformators
und die Größe des Ohmschen Widerstandes 13 und des induktiven Widerstandes des Transformators
14 derart, daß die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung gleich der verketteten
Spannung zwischen den Phasen S und T, aber von entgegengesetzter Richtung ist, so
heben sich, solange das Netz symmetrisch ist, die beiden elektromotorischen Kräfte
auf, so daß kein Strom über das Relais i2 fließen kann.
-
Man kann auch noch andere Anordnungen verwenden, um den Einfluß der
Grundwellen auf den Sender zu beseitigen. Zu diesem Zweck kann man, wie in Fig.8
dargestellt ist, den Generator i über einen Tranformator 25 an das Netz anschließen,
dessen Sekundärwicklung eine Mittelanzapfung besitzt, die mit dem einen Pol des
Netzes verbunden ist. Die Enden der Sekundärwicklung des Transformators 25 sind
über je einen Resonanzkreis, bestehend aus den Kondensatoren 26 bzw.'27 und den
Drosselspulen 28 bzw. 29, mit dem anderen Pol des Netzes verbunden. Die beiden Resonanzkreise
werden auf ein wenig voneinander verschiedene Frequenzen abgestimmt, derart, daß
die Steuerfrequenz nicht gesperrt wird. Außerhalb des Bereiches zwischen beiden
Resonanzfrequenzen liegen die Ströme nicht in Phasenopposition, so daß auf das Gerät
i nur die Differenz der Ströme einwirkt. Man kann leicht die Resonanzkreise so wählen,
daß bei 5o Perioden die Differenz der auf das Relais einwirkenden Ströme gleich
Null ist. Es ist nicht unbedingt erforderlich, _daß der Transformator in der Mitte
angezapft wird, soildern man kann ihn auch an einem anderen Teilpunkt anzapfen und
durch geeignete Bemessung. der Resonanzkreise erreichen, daß sich die Ströme der
Grundwelle für den Sender i herausheben.
-
Eine andere Möglichkeit ist in Fig. 9 dargestellt. Bei dieser Anordnung
wird als A.ufdrückkreis eine dreischenklige Drosselspule verwendet. Der erste Schenkel
dieser Drosselspule ist als Jochnebenschluß ausgebildet. Der zweite Schenkel trägt
eine Wicklung 3i, der dritte Schenkel eine Wicklung 32. Parallel zur Wicklung 32
liegt der Kondensator 33. Die beiden Wicklungen 3 i und 32 liegen in Serie an dem
Netz. Man kann hierbei die Abstimmung so treffen, daß für die Netzfrequenz die Spannung
am Kondensator 33 gleich der Spannung des Netzes ist. Es tritt dann an der Wicklung
3i keine Spannung von der Netzfrequenz auf, so daß man parallel zu dieser Wicklung
den Sender i für die Steuerfrequenzen oder das Resonanzrelais legen kann.
-
Eine dreiphasige Anordnung dieses Prinzips zeigt die Fig. io. Die
Bezeichnungen stimmen mit denen der Fig. 9 überein. Bei der Anordnung nach Fig.
io sind die einen Enden der Wicklungen 34 3 i' bzw. 31" zu einem Sternpunkt
verbunden. An die anderen Enden ist der Generator i oder das Relais angeschlossen.
-
Die Anordnung des Parallelaufdrückkreises nach Fig. 9 kann man auch
als Serienaufdrückkreis verwenden, indem man die Drosselwirkung 31 als Stromwicklung
für den Netzstrom benutzt. Dahn tritt an der Stelle, an welche ursprünglich die
Netzspannung angelegt wurde, keine Spannung der Netzfrequenz auf, so daß man von
hier aus dem Netz die betriebsfremde Frequenz überlagern oder die betriebsfremde
Frequenz empfangen kann.
-
In Fig. i i ist eine solche Anordnung dargestellt. Hier liegt die
Wicklung 31 in Reihe in der Leitung, und parallel zur Wicklung 32 ist der
Kondensator 33 geschaltet. Der Überlagerungsgenerätor i liegt zwischen dem einen
Ende der Wicklungen 31 und 32, während die anderen Enden unmittelbar miteinander
verbunden sind.
-
Die Fig. i2, die auch einen Serienaufdrückkreis zeigt, kann man sich
aus Fig. 9 dadurch entstanden denken, daß zunächst Netzspannung und Kondensatorspannung
vertauscht wurden und dann die Netzspannung, und die
Steuerspannung.
Dabei ist zu beachten, daß bei Vertauschen von Netz- und Kondensatorspannung der
Wicklungssinn gegenüber der Ausgangsschaltung gekreuzt werden muß. Bei der Anordnung
nach Fig. 12 liegt die Wicklung3TimZugederNetzleitung. Parallel zur Wicklung32 liegt
der Generator i für die höhere Frequenz bzw. das Empfangsrelais.
-
Man könnte auch bei der Anordnung nach Fig. 9 nur Netzspannung und
Kondensatorspannung vertauschen und dabei den Wicklungssinn umdrehen. Dann würde
man einen Parallelaufdrückkreis erhalten, bei dem die Wicklung 32 parallel zum Netz
liegt und parallel zur Wicklung 31 der Generator für die betriebsfremde Frequenz
oder der Empfänger angeschlossen ist.
-
Man kann also bei der Anordnung nach Fig: 9 sowohl die Steuerspannung
als auch die Netzspannung einerseits, die Netzspannung und die Kondensatorspannung
andererseits jeweils untereinander vertauschen, wobei, wie die Figuren zeigen, zu
beachten ist, daß bei Vertauschen von Kondensator und Netzspannung die Wicklungen
gegenüber der Ausgangsschaltung nach Fig. 9 gegeneinander ' zu kreuzen sind.
-
An Stelle eines zusätzlichen Schenkels könnten auch deren zwei verwendet
werden, so daß man eine symmetrische Anordnung erhält.
-
Da bei den Fernsteueranlagen im allgerneinen verschiedene Frequenzen
gesendet werden müssen, um die verschiedenen Relais auszulösen (z. B. verwendet
man einen Frequenzbereich von Zoo bis 6oo Perioden), ist es zweckmäßig, jederzeit
den Sender auf einen Resonanzkreis arbeiten zu lassen. Zu diesem Zweck kann man
beispielsweise bei der Anordnung nach Fig. 2 Drosselspulen 22 in Serie mit dem Generator
i legen. Diese werden dann so abgestimmt, daß zwischen den Anschlußpunkten R, S,
T und dem Generator Resonanz für die zu .sendende Steuerfrequenz eintritt. Je nach
der Höhe der zu steuernden Frequenz wird die Größe der Drosselspule eingestellt.
In entsprechender Weise kann auch bei den Anordnungen nach Fig. 6 und 7 gearbeitet
werden. Auch bei den übrigen Anordnungen kann man durch geeignete Impedanzen, wie
Kondensatoren oder Drosselspulen, jeweils die Anordnung so treffen, daß die gerade
gesandte Steuerfrequenz auf einen Resonanzkreis arbeitet.
-
Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht beschränkt auf die Überlagerung
von Frequenzen von Zoo bis 6oo Hertz, sondern kann überall da angewendet werden,
wo einem Starkstromnetz betriebsfremde Frequenzen überlagert werden.
-
Von besonderer Wichtigkeit sind die Anordnungen, wenn als Sender gittergesteuerte
Röhren verwendet werden (Umrichter, Senderöhren wie in der drahtlosen Telegraphie)
oder für Relais, bei denen der Arbeitsfluß durch Eisensättigung begrenzt ist.