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Hochfreduenzsperre Werden für Meß-, Steuer-, Signal- oder andere Zwecke
in irgendwelchen Anlagen, insbesondere in Starkstromanlagen, Hochfrequenzströme
verwendet, so muß verhindert werden, daß diese Hochfrequenzströrne für sie nicht
erforderliche und nicht bestimmte Wege einschlagen. Man wird beispielsweise hierzu
an Abzweigungen von der durchgehenden Starkstromleitung sogenannte Sperren anbringen,
die dem Hochfrequenzstrom den Zugang zu den Abzweigungen verwehren. Auch die Fernhaltung
anderer Hochfrequenzströme, die durch Induktion in eine Leitung gelangen, von den
angeschlossenen Maschinen usw. ist häufig erwünscht. Solche Hochfrequenzsperren
werden in der Regel aus Kapazitäten, Selbstinduktionen und gegenseitigen Induktionen
in verschiedener Anordnung gebildet. Sie haben den Nachteil, daß sie bei Ausführungen
als Zweipole in Serienschaltung oder Parallelschaltung zu den Leitungen nur eine
oder wenige Frequenzen wirksam absperren und daß sie bei Ausführungen als Vierpol
wegen des Hindurchtrittes der vollen Starkstromleistung außerordentlich groß werden
und die Anlage verteuern.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die störenden Ströme zur Steuerungeineraktiven
Hochfrequenzsperre zu benutzen, d. h. einer solchen Sperre, die eine Energiequelle
zur Sperrwirkung heranzieht. Die Steuerung soll in der Weise erfolgen, daß aus einer
Stromquelle mit Hilfe einer Röhrenanordnung Energie entnommen wird. Bei der bekannten
Anordnung wird nun ein dem störenden Strom proportionaler Teil mittels eines Stromwandlers
einer Leitung entnommen und zur Steuerung einer Röhre benutzt. Die von der Röhre
abgegebene Energie speist einen abstimmbaren Schwingungskreis, der mittels eines
Stromwandlers einen Gegenstrom in die Leitung schickt. Da hierdurch der Störstrom
bes.eiti;gt ist, erfolgt keine Steuerung mehr, und es ist daher vorgesehen, daß
der Schwingungskreis über eine Kopplung von sich aus die Röhre weiterhin steuert.
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Die bekannte Einrichtung hat verschiedene Nachteile. Erstens ist durch
den abgestimmtenSchwin,gungskreis eineFrequenzabhängigkeit gegeben. Dann ist die
Stärke des Gegenstromes von =der Zeit (Zeitkonstante des Schwingungskreises) abhängig,
und er wird außerdem aufrechterhalten, nachdem der Störstrom bereits beseitigt ist,
so daß dann von der aktiven Hochfrequenzsperre "ein Störstrom in die Leitung gelangt.
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Die angegebenen Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt, die
gleichfalls davon ausgeht, daß an der Sperrstelle Gegenspannungen oder Gegenströme
zugeführt werden, daß diese Gegenspannungen oder Gegenströme von der zu sperrenden
Hochfrequenz mit Hilfe von Wandlern und Röhrenverstärkern gesteuert werden und daß
die Zuführung der Gegenspannungen oder -ströme in die Starkstromleitungen durch
einen Strom- bzw. Spannungswandler erfolgt. Die Erfindung besteht
darin,
daß bei der Steuerung der Gegenspann"rrp, il»rcli einen St)annunQ'swandler die Zu-
| führung durch einen Stromwandler und b2,i- |
| Steuerung des Gegenstromes durch ei -,@ |
| Stromwandler die Zuführung durch e |
| Spannungswandler bewirkt wird und daß `c@ |
Einstellung der Gegenspannungen oder-strörri'@ auf Grund des Nullwertes der zu kompensierenden
Steuerströme erfolgt.
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In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in
einpoliger Darstellung gegeben; die Stromquellen sind der Übersichtlichkeit halber
fortgelassen.
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Von einer Anlage z, die Hochfrequenz für Signalzwecke führt, kommt
die Leitung 2. In dieser Leitung ist eine Wicklung eines Stromwandlers 3 eingeschaltet,
dessen zweite Wicklung fnit der Anodenkleinnie einer Röhre ,4 verbunden ist. Das
Gitter dieser Röhre liegt unter Zwischenschaltung eines Transformators 5 an der
Leitung 2.
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Das Einstellen der Gegenspannung und Gegenströme auf den jeweiligen
richtigen Wert, der zur Kompensierung oder völligen Absperrung der Hochfrequenz
erforderlich ist, kann bei der Anordnung nach Fi.g. i von den abzusperrenden Werten
aus erfolgen. Man kann sie aber auch anderseits als Kriterium benutzen, daß in der
Fernleitung z keine Hochfrequenzwerte mehr bestehen, und kann auch die von außen
aufgedrückten Spannungen sich so lange verändern lassen, bis diese Bedingung erfüllt
ist.
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Zur richtigen Wirkung ist es erforderlich, daß das Übersetzungsverhältnis
der zwischen der Anschfußstelle der Steuerleitung der Röhre 4. und dein Sperrglied
liegenden Teile genau gleich eins ist. Beispielsweise muß das Produkt aus der Übersetzung
des T ransforniators 5, der Verstärkung der Röhre .I und der Übersetzung des Strolii-,vandlers
3 genau eins ergeben, denn nur dann ist die Gegenspannung im Sperrglied genau so
groß wie die einfallende Spannung, und die Leitung wird künstlich für Hochfrequelizwellen
in eine leerlaufende verhandelt.
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Führen voll der abzusperrenden Anlage i mehrere Leitungen fort, so
wird man natürlich sämtliche Leitungen mit solchen Sperren versehen, wobei im allgemeinen
für alle Leitungen eine einzige Erzeugeranordnung für die Gegenspannung oder Gegenströme
ausreicht. Dies gilt bei Mehrphasenleitungen nicht nur für getrennte Leitungszweige,
sondern auch für die einzelnen Phasenleitungen eines Stranges.
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Während in Fig. i ein Stromwandler in der Leitung dargestellt ist,
dein die Gegenspannung voll der Röhrenanordnung aufgedrückt wird, stellt Fig. 2
eine Anordnung mit einem Spannungswandler dar, dem voll einer Röhrenanordnung ein
bestimmter Hochfrequenzstrom aufr;edrückt werden kann, der
| in der Fernleitung die negativen Werte des |
| &, s sprünglicheli Hochfrequenzstromes erzeugt. |
| e",@Z-Die Erregung ist hier wieder vom Hoch- |
| Akquenzstrom in der lokalen Anlage ent- |
| &mmen, um stets die richtige Größe, Fre- |
quenz und Phasenlage zu besitzen. Hierzu ist das Gitter der Röhre .1 über einen
Transformator 5 .an die eine Wicklung eines Strom-Wandlers 6 angeschlossen, dessen
zweite Wicklung in einer der Leitungen a liegt. 7 ist der mit der einen Wicklung
an die Anodenklemmen der Röhre .I gelegte Spannungswandler. Erzwingt man beispielsweise
durch die gesamte Sperranordnung all den Klemmen des Spannungswandlers ,^ genau
denselben Ho,chfrequenzstrom, wie er in dem erregenden Stromwandler 6 fließt, so
ist die äußere Leitung vollständig von diesem Hochfrequenzstroni entlastet. DieAnordnungwirkt
also als vollkommene Sperrvorrichtung.
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Der Spannungswandler 7 kann natürlich entweder ein induktiver Wandler
reit magnetischer Verkettung der Stromkreise oder ein kapazitiver Wandler mit elektrostatischer
Verkettung sein. Auch hier muß zur Erzielung der richtigen Wirkung das Produkt aus
der Übersetzung des Stromwandlers 6, der des Zwischentransformators 5, der der Röhre
q und der des Spannungswandlers 7 wiederum genau gleich eins sein, damit die Leittragen
z für die Hochfrequelizwellen niit einem künstlich kurzgeschlossenen Ende versehen
werden.
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Liefern die angegebenen Verhältnisse für die gesamte Übersetzung der
Sperrvorrichtung ein Produkt, das nicht .genau gleich eins ist, so werden die einfallenden
Hochfreqt.rerixwellen nicht nur reflektiert, sondern es laufen auch Wellen in die
Fernleitung hinein. Wenn beispielsweise die Übersetzung nur auf cjo "r" eingestellt
ist, so muß man mit durchlaufenden Wellen rechnen, deren Amplitude io °;'" der Störwellen
beträgt.
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Stellt nian anderseits die Gesamtübersetzung auf Werte über eins ein,
so tritt eine überstarke Reflexion auf, und es werden liunmehr Wellen entgegengesetzten
Vorzeichelis in die Ferlileitung hineingesandt. Beispielsweise werden bei einer
Übersetzung von i lo "j" auch Wellen entgegengesetzten Vorzeichens, und zwar von
ioo,fo der Arnplittide der Störwellen, die Sperrvorrichtung an der anderen Seite
verlassen.
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Eine Verstärkungseinrichtung innerhalb der Sperrvorrichtung ist unbedingt
erforderlich, um die für die Leerlaufs- oder Kurzschlußreflexion richtigen Spannungen
oder Ströme der Hochfrequenz in den Leitungen erzeugen zu können, ohne den Energieinhalt
der ankommenden Wellen merklich zu verringern.
Nur so erhält man
nämlich vollkommene Reflexionsbedingungen fürdie Hochfrequenzenergie. Die Hochfrequenzleistung,
die derartige Sperrvorrichtungen entwickeln müssen, ist außerordentlich gering,
denn da inan durch die Kurzschluß- (Spannung gleich Null) oder Leerlaufsbedingung
(Stromgleich Null) einen Knoten der Spannung oder des Stromes erzeugt und die Leistung
durch das Produkt von Strom und Spannung bestimmt wird, so ist sie jedesmal Null.
Die Röhren-oder Sperranordnung braucht also nur die in den Leitungen und in ihrer
Umgebung auftretenden Verluste zu liefern.
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Um die Sperrvorrichtungen für alle höheren Frequenzen richtig wirken
zu lassen, benutzt man vorteilhaft frequenzunabhängige LTbersetzungs- und Verstärkungseinrichtungen.
Für die Röhrenanordnungen wird man beispielsweise Widerstandsverstärker verwenden.
Um zu verhindern, daß diese auf den niederfrequenten Betriebsstrom wirken, ist es
zweckmäßig, sie durch ein Sieb 8 sowohl im Eingangs- als auch im Ausgangskreis abzuriegeln,
so wie es in Fig. 3 und .[ dargestellt ist. Die Siebe bzw. Filter 8 brauchen nur
für außerordentlich kleine Leistungen bemessen zu werden.
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Für die Strom- und Spannungswandler, die in Fig. r und 2 benutzt werden,
kann man in der Regel die sowieso für Starkstromineß- oder -steuerzwecke dienenden
Wandler verwenden. Die Sperranordnung erfordert dann nur wenige einfache Zusatzapparate,
die außerdem nur für geringe Leistungen zu bemessen sind.
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Um sehr weitgehenden Forderungen an die Absperrung von Hochfrequenz
zu genügen, kann man die an Hand von Fig. r und 2 beschriebenen aktiven Strom- und
Spannungszweipole zu kettenartigen Gebilden vereinig en, so d aß man aktive Vierpole
erhält. Dieselben können in einzelnen Zweigen auch passive Elemente besitzen. Sie
«-erden in jed-m Falle durch Einführen gesteuerter äußerer Spannungen und Ströme
wesentlich wirksamer.
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Die beschriebenen Sperren sind beispielsweise verwendbar für Hochfrequenz_telephonie
auf Leitungen, für Hochfrequenzsteuerungen aller Art, z. B. auf Starkstromleitungen,
für Mittelfrequenzübertragung auf niederperiodischen Leitungen, für die Abdämpfung
von Oberwellen in Gleichstromleitungen, beispielsweise solchen, die über Quecksilbergleichrichter
gespeist werden, und ähnliche in tler Technik heute häufig vorkommende Fälle. Bei
der Verwendung in Gleichstromkreisen kann man natürlich an Stelle der Strom- und
Spannungswandler auch Widerstände und Kondensatoren zur Abnahme oder zur Einführung
der Hochfrequenzwerte benutzen.