-
Einrichtung zur Uberträgung insbesondere von Befehlen, Meldungen,
Meßwerten in Stromverteilungsnetzen Es ist. bereits bekannt, an ein Netz angeschlossene
Geräte, wie Heißwasserspeicher, Kühlschränke, Straßenbeleuchtungen u. dgl., durch
kurzzeitiges Absenken der Spannung mittels der sogenannten Transkommandosteuerung
zu betätigen. Diese Steuerung ermöglicht jedoch nur eine Betätigung in der Leistungsrichtung.
Es wird nun auch häufig erforderlich, Befehle, 'Meldungen, lleß«-erte u. dgl. vom
Verbraucher in Richtung der Speisestelle, d. h. entgegengesetzt zur Leisttlligsrichtullg
zu übertragen, wobei ebenfalls keine besonderen Steuerleitungen erforderlich sein
dürfen.
-
Die vorliegende Erfindung hat eine Einrichtung zum Gegenstand, mit
der Befehle, r Meldu ng en, L\IeßvN,erte ti. dgl. entgegengesetzt n t' t' zur Richtung
des Leistungsflusses mit einfachsten Mitteln und insbesondere ohne die Anwendung
von besonderen Steuerleitungen übertragen werden können.
-
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß durch intermittierende
i\etzbelastung unter unmittelbarer Anwendung der elektrischen
Leistung
des Stromverteilungsnetzes die Übertragung von Befehlen, Meldungen, lleßwerten u.
dgl. zu einer entgegengesetzt zur normalen Richtung des Leistungsflusses befindlichen
Stelle möglich ist, an der die Abtrennung des intermittierenden Belastungsimpulses
erfolgt. Bei Wechselstromnetzen kann dies dadurch erfolgen, daß die Halbwellen einer
Polarität einer Phase unter Anwendung eines Einweggleichrichters und eines Widerstandes
überhöht werden und die so hervorgerutenen ungleichen Amplituden der positiven und
negativen Halbwellen, die in allen davorlicgenden Teilen des Netzes auftreten, abgetrennt
und zur Auslösung einer Anzeige od. dgl. benutzt «-erden. Die Veränderung der Amplituden
der Halbwellen einer Polarität erfolgt vorteilhaft in bestimmten Rhythmen, nach
einem bestimmten Schema od. dgl., so daß sich eine Anzahl 1leldungen bzw. Signale
voneinander unterscheiden . lassen. Es ist natürlich auch möglich, für verschiedene
Befehle, Meldungen u. dgl. unterschiedliche Amplitudenänderungen oder auch die positiven
und negativen Halbwellen zeitlich getrennt anzuwenden.
-
Die Abtrennung der einzelnen Signalirnpulse kann durch Ventile irgendwelcher
Art in Verbindung mit Shunten oder Stromwandlern erfolgen. Die Ausgangsleistung
der Ventile. die so geschaltet sind, daß das eine die positiven und das andere die
negativen Halbwellen durchläßt, wird gegeneinandergeschaltet, so daß der Unterschied
der Ausgangsleistung bzw. der Ausgangsspannungen beider Ventile gewonnen wird, die
der Amplitudenerhöhung der Steuerlialbwellen entspricht. Infolge der Gegeneinanderschaltung
der Ventilausgänge lieben sich die durch verschiedene Belastungen bedingten Amplituden
gleicher Höhe der positiven und negativen Halbwellen vollständig auf, so daß nur
die durch die Steuerung hervorgerufene Amplitt:denerhöhung zur Wirkung kommt. Bei
unbelastetem Wechselstromnetz kommen natürlich ebenfalls nur die Stetierhalbwellen
zur Wirkung. Die Übertragung von Befehlen u. dgl. kann natürlich auch allgemein
durch die intermittierende oder in bestimmten Rhythmen erfolgende Belastung von
Netzen irgendwelcher Art erfolgen, wobei geberseitig ein Wechselrichter oder eine
ähnlich intermittfierend schaltende Einrichtung angewendet werden kann.
-
Zur Anzeige können Relais mit unterschiedlichen Ansprechzeiten, solche
mit unterschiedlichen Ansprechempfindlichkeiten, stromriclitungsabhängige Relais,
Resonanzrelais u. dgl. angewendet werden. In gewissen Fällen ist es zweckmäßig,
zwischen den Wiedergabeorganen und der Signalabtrenneinrichtung Verstärker zwischenzuschalten.
Doch kann die Signalabtrenneinrichtung bei Wechselstromanlagen an Stelle der ungesteuerten
Ventile auch steuerbare Ventile enthalten, die gleichzeitig eine Verstärkung bewirken.
-
Die Erfindung ist in den Fig. i bis 9 beispielsweise dargestellt.
-
Fig. I zeigt ein Wechselstromnetz mit einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 a, 2 b und 2 c zeigen verschiedene bei der Einrichtung nach Fig. i auftretende
Wellenformen; Fig. 3, .4 und 5 zeigen weitere Einrichtungen zur Abtrennung von Steuerimpulsen
hei Wechselstromnetzen; Fig. 6 und 7 zeigen Einrichtungen zur Auslösung von Steuerimpulsen;
Fig. ä zeigt eine Einrichtung zur Übertragung von Meßwerten, und Fig.9 zeigt die
Erfindung in der Anwendung bei einem Gleichstromnetz.
-
In Fig. i stellt io einen Einspeisungstransformator und i i ein Netz
mit einer Anzahl Strohverbraucher 12, 13, 1.4 dar. Zur Übertragung von Meldungen
u. dgl. in Richtung der Einspeisungsstelle wird zur vorübergehenden Änderung der
Amplitude der Halbwellen einer Polarität auf das Netz i i ein Widerstand 16 in Reihenschattung
mit einem Einweggleichrichter 15 geschaltet. Die. Steuerung erfolgt beispielsweise
mittels einer Taste 17, doch kann hierfür auch ein steuerbares Ventil Anwendung
finden.
-
Bei nicht betätigter Taste und sonst belastetem Netz i i fließt in
dem Netz ein Strom. dessen Wellenform in Fig. 2 a dargestellt ist. Je nach der Höhe
des Belastungsstromes ist hierbei die Amplitude dieses Wechselstromes nach , Fig.
2 a größer oder kleiner. Es ist jedoch in allen Fällen die Amplitude der positiven
Halbwellen gleich der Amplitude der negativen Halbwellen. Wird die Taste 1; betätigt,
dann. werden die Amplituden der Halbwellen einer Polarität entsprechend der Belastung
durch den Widerstand 16 während der Zeit der Betätigung der Taste um einen bestimmten
Wert erhöht. Dieser Wert ist beispielsweise in Fig. 2b in Gestalt von positiven
Halbwellen dargestellt. Diese Halbwellen fließen durch den Gleichrichter 15, den
Widerstand 16 und die Taste 17 und auch den davorliegenden Teil des Netzes. Ist
das :Netz von irgendeiner oder allen Verbraucherstellen 12, 13, 14 gemäß der Amplitude
nach Fig. a a vorbelastet, dann werden die positiven Amplituden der Stromkurve um
den Wert der positiven Halbwellen nach Fig. 21) überhöht, so daß die Stromkurve
nach Fig. 2 c entsteht. bei der die positiven Halbwellen gcgenütirr den negativen
Halbwellen uni die positiven Halbwellen nach l,' ig. 21) größer sind. Durch
das
Netz fließt jetzt ein Strom entsprechend der Stromkurve nach Fig. 2 c.
-
Zur Feststellung dieser Amplitudenüberhöhung der Halbwellen einer
Polarität wird ein Stroni-,vandler iS oder ein Shunt an einer entsprechenden Stelle
des N etzes i i angeordnet, 'von dem die eine Hälfte über einen Stromrichter i9
auf einen Widerstand 20 und die andere Hälfte über einen Stromrichter 2i auf einen
Widerstand 22 arbeitet, wobei die Rückleitung zu einer mittleren Anza.pfung 2,4
des Stromwandlers bzw. Shunts führt. Zur Glättung der erzielten Gleichspannungsimpulse
sind den Widerständen Kondensatoren 20', 22' parallel geschaltet. Die Polung der
Ventile 19, 21 isi derart, daß an den beiden äußeren klemmen 23, 26 der Widerstände
2o, 22 beispielsweise-. eine positive Polarität entsteht.
-
Fließt durch das letz il nur ein Belastungsstrom, wobei die positiven
und negativen Halbwellen der in der Sekundärwicklung des Stromwandlers induzierten
Spannung unabhängig von der Netzbelastung gleich sind, dann entstehen auch an den
Punkten 25, 2G die gleichen positiven Spannungen, so daß zwischen diesen Punkten
keine Spannung herrscht. Da jedoch bei einer Steuerung infolge der erhöhten Amplitude
der Halbwellen einer Polarität des Netzes durch den über den Gleichrichter i j und
den Widerstand 16 fließenden Steuerstrom auch eine entsprechende Erhöhung der Amplitude
der Halbwellen einer Polarität am Wandler gegenüber den Halbwellen der anderen Polarität
entsteht, so tritt auch je nach der- Polarität der in der Amplitude erhöhten Halbwellen
entweder ain Punkt 25 oder 26 eine erhöhte Spannung auf, so daß zwischen beiden
Punkten 2s-26 ein Spannungsunterschied gemäß der Auiplitude der durch die Taste
gesteuerten Halbwellen entsteht. Dieser Spannungsunterschied wird einem Relais 27
zugeführt, von welchem beispielsweise Kontakte 28 zur Betätigung von Anzeige- oder
Überwachungskreisen od, dgl. betätigt werden oder eine andere Auslösung bewirkt
wird.
-
Es ist leicht einzusehen, daß bei unbelastetem letz nur die entsprechend
gesteuerten Halbwellen an einem der Widerstände 2o oder 22 erscheinen und die so
an den Punkten 25, 26 erscheinende Spannung zur Auslösung von Betätigungen benutzt
werden kann.
-
Zur Unterscheidung verschiedener Rückmeldungen können eine Anzahl
Relais 27 mit unterschiedlichen Betätigungszeiten angewendet werden. Auch ist es
leicht möglich, Organe anderer Art, wie schreibende Geräte u. dgl., voll den durch
die Steuerimpulse zwischen den Punkten 25 und 26 hervorgerufenen Spannungsabfällen
zu betätigen. Es ist null auch möglich. all Stelle nornialer Relais 27 polarisierte
Relais anzuwenden und diese durch die entsprechend beeinflußten positiven und negativen
Halbwellen unabhängig voneinander zu steuern, so daß entsprechend mehr Signale übertragen
und unterschieden werden können.
-
In solchen Fällen, wo die all den Widerständen 2ö, 22 auftretenden
Spannungsunterschiede zur Betätigung der Wiedergabeorgane nicht ausreichen oder
um mit verhältnismäßig niedrigen Amplituden der Steuerhall)wellen (Fig. 2 b) auszukommen,
wird vorteilhaft ein ein- oder mehrstufiger-Verstärker angewendet.
-
Eine solche eripfangsseitige Einrichtung zeigt Fig. 3: Die Gleichrichter
i9, 2 1 werden hierbei von einen mit einer \Iittelianzapfung versehenen Shunt 29
gespeist, während die Widerstände 20, 22 unmittelbar auf zwei in Gegentakt geschalteten
Röhren 30, 31 arbeiten. Die zwischen den Widerständen 2o, 2-> auftretenden Spannungsunterschiede
werden gegebenenfalls unter Anwendung einer geeigneten Vorspannung 32 den Gittern
der Verstärkerröhren 30, 31 zugeführt- Die durch die den Gittern zugeführten Spannungsänderungen
hervorgerufenen Anodeilstromänderungen rufen entsprechend verstärkte Spannungsänderungen
an den Anodenwiderständen 33, 3-I hervor, die zur Speisung der Wiedergabeeinrichtungen,
z. B. eines oder mehrerer Relais 27, dienen. Die Verstärkerröhreli 30, 31 können
normale Elektronenröhren sein. Jedoch können diese beispielsweise als Dreielektrodenröhren
ausgebildeten Gefäße auch ein Gas oder ein anderes ionisiertes Medium, z. B. eine
geringe Menge Quecksilber, enthalten. Ini letzten Fall wird an Stelle der in Fig.
3 vorgesehenen Gleichspannungsquelle 35 eine Wechselspannung angewendet.
-
Es ist natürlich auch möglich, die Gleichricliter ig, 21, die Trockengleichrichter
oder Glühkathodengleichrichter sein können, und auch -die Kondensatoren 20', 22'
wegzulassen und die Gitter der Röhren 30, 31 unmittelbar von der am Wandler iS oder
am Shunt 29 bzw. all zu, diesen parallel geschalteten Schutrwiderständen auftretenden
Spannung zu steuern.-An Stelle der Anwendung polarisierter Relais zur Unterscheidung
von Steuerhalbwellen unterschiedlicher Polarität können auch, wie in Fig. 3 gestrichelt
dargestellt, normale Relais 27 mit Gleichrichtern 36 und 36' angewendet werden.
Die Gleichrichter 3() und 36' sind entgegengesetzt geschaltet, so daß das eine Relais
bei Steuerhalbwellen einer Polarität und das andere bei solchen der anderen Polaritiit
anspricht. Diese Maßnahme. d. 11. die Anwendung der Gleichrichter 36, 36' zur Unterscheidung
der Polarität der Steuerhalbwellen,
kann natürlich allgemein und
auch in solchen Fällen angewendet werden, wo keine besonderen Verstärker vorgesehen
sind.
-
Bei den vorstehenden Ausführungsfarmen müssen sowohl die Gleichrichter
zcg, 21 als auch die Verstärkerröhren 30, 3i für die höchste durch den Betriebsstrom
des Netzes bedingten am Wandler, Shunt od. dgl. auftretenden Spannung ausgelegt
sein.
-
Eine Einrichtung, bei 'der der Verstärker nur für die durch die Steuerhalbwellen
bedingten Spannungen auszulegen ist, zeigt Fig. .4. Hierbei wird der zwischen den
Widerständen 20, 22 auftretende Spannungsunterschied unter Anwendung einer Gittervorspannung
32 zwischen dem Gitter und der Kathode einer Verstärkerröhre 37 aufgedrückt. Letztere
ist vorteilhaft eine Hochvakuumröhre. Die Gittervorspannung 32 wird so gewählt,
daß die Röhre 37, wenn zwischen den Widerständen 20, 22 kein Spannungsunterschied
herrscht. im mittleren Teil der Kennlinie 38, wie in Fig. 5 durch die gestrichelte
Linie dargestellt. arbeitet. Bei der Kennlinie in Fig. 5 sind auf der Ordinate der
Anodenstrom und auf der Abszisse die Gitterspannung aufgetragen. Der mittlere Bereich
der Kennlinie 38 liegt etwa bei einer Gittervorspannung von T 5 V. Entsteht hierbei
ein Spannungsunterschied zwischen den Widerständen 2o, 22, dann wird je nach der
Richtung dieses Spannungsunterschiedes die feste Vorspannung von + 5 V verringert
oder erhöht, so daß auch dementsprechend eine Verringerung oder Erhöhung des Anodenstromes
eintritt. Im Anodenstromkreis der Röhre 37 sind eine Anzahl Relais 3; in Reihenschaltung
geschaltet. die so beschaffen sind, daß beispielsweise das eine Relais bei einer
Gittervorspannung von mehr als + 5 V, z. B. -1- 6 V, anspricht, während andere Relais
so beschaffen sind, daß sie bereits bei einer Röhrenvorspannung von -4 V ansprechen,
wobei vorteilhaft solche Relais angewendet werden, deren Ankeranzug und Ankerabfall
innerhalb eines kleinen Erregerstrombereiches liegen. Hiermit xvird erreicht, daß.
wenn die Gittervorspannung von -1- 5 V erhöht wird, bestimmte Relais ansprechen
und, wenn die Vorspannung unter sinkt, bestimmte andere Relais ansprechen,
mit deren Hilfe Kontakte 28 geöffnet bzw. geschlossen werden und eine Unterscheidung
zwischen Signalen verschiedener Polarität ermöglicht wird.
-
An Stelle der Steuerung von Hand kann dies auch vorteilhaft selbsttätig
erfolgen. Ein Beispiel einer solchen selbsttätigen Steuerung der Halbwellen einer
Polarität ist in Fig. 6 dargestellt. Hierbei sind ebenfalls ein Gleichrichter 15,
ein Widerstand 16 und eine Schalteinrichtung vorgesehen. Letztere ist durch die
Schaltstelle 40 schematisch dargestellt und wird z. B. in Abhängigkeit elektrischer
Geräte, Schalter, Sicherungen od. d-1., deren Betriebszustand zu einer zentralen
Stelle gemeldet werden soll, betätigt. Mit der Betätigung dieses Schalters 4o wird
eine Erregerspule 41 beispielsweise zum Antrieb einer Resonanzzunge 4.2 erregt,
die dadurch in Schwingungen gerät und den Stromkreis zwischen dem Netz i i über
den Gleichrichter 15 und den Widerstand 16 während bestimmter Zeiten periodisch
ein- und ausschaltet. Diese periodischen Impulse körinen. an der Empfangsstelle
als Spannungsunterschied zwischen den Widerständen 2o, 22 bzw. 33. 3 4. zur Betätigung
von Resonanzrelais benutzt werden.
-
Zur Unterscheidung verschiedener Signale werden geberseitig Signale
unterschiedlicher Frequenz ausgesandt, die auf der Empfangsseite entsprechend abgestimmte
Resonanzrelais betätigen.
-
Zur Glättung des über den Gleichrichter entnommenen, zur Speisung
der Erregerspule 41 dienenden Gleichstromes ist parallel zu dieser ein Kondensator
4.3 geschaltet. Es %verden vorteilhaft solche Resonanzfrequenzen angewendet, die
mit der \Tetzfrequenz so in Beziehung stellen, daß die Schaltung des über den Gleichrichter
15 gespeisten Widerstandes 16 an den Stellen der Wechselstromkurve erfolgt, bei
denen der Gleichrichter 15 sperrt. Auf diese Weise ist es möglich, die Schaltung
an den Kontakten der Resonanzzunge vollkommen stromlos zu gestalten.
-
Eine weitere Ausführungsform, bei der diese stromlose Schaltung sich
noch besser bewerkstelligen 1-ißt, zeigt Fig.7. Hierbei wird von einem Sytichronmotor4-4
eine eine Anzahl Beläge 4.5 und einen damit verbundenen Schleifring 46 tragende
Schaltwalze 47 angetrieben. Mit der Einlegung des Steuerschalters 4.o, der nach
einer bestimmten Zeit wieder abgeschaltet wird, von einem am Netz artgeschlossenen
.Gerät od. dgl. werden der Synchronmotor 4. und ein Zeitrelais .48 an Spannung gelegt.
Von dem Relais 4.8 wird über Kontakte4g der Steuerstromkreis Tiber den Gleichrichter
15, den Widerstand 16 und die Schaltwalze .47 geschlossen. Diese Schließung erfolgt
jedoch infolge der Anwendung des Zeitrelais 48, «-elches einen verzögerten Ankeranzug
aufweist, nach Ablauf einer bestimmten Zeit, so daß die Sicherheit besteht. daß
der selbstanlaufende Synchronmotor -4 seine volle Drehzahl erreicht hat, rhe der
Steuerstromkreis eingeschaltet wird. Die Stroniabnehinerbürste So ist gegenüly@r
den in der Länge entsprechend bemessenen Kontaktbelägen 4.5 so angeordnet, daß <fiese
auf die Kontaktbeläge während der Sperrzeiten des
Gleichrichters
aufläuft und insbesondere die Kontaktbeläge .5 dann verläißt, wenn der Gleichrichter
sperrt. Diese Maßnahmen ergeben eine einwandfrei funkenlose Schaltung.
-
Durch entsprechende Anordnung und Ausbildung der Kontaktbeläge .I5
lassen sich bestimmte Impulsgruppen aussenden, die eine leichte Unterscheidung verschiedener
Signale ermöglichen. Auf der Empfangsseite werden entsprechende Einrichtungen vorgesehen,
die eine Auswahl dieser Impulsreihen bewirken.
-
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel trägt die Schaltwalze :47 fünf
gleich weit voneinander entfernte Kontaktbeläge gleicher Ausbildung, so daß also
bei Wechselstrom von 5o Hz und, wenn die Schaltwalze beispielsweise je Sekunde zehn
Umdrehungen ausführt-, je Sekunde fünf Impulse aus je fünf Halbwellen ausgesandt
werden, wobei die Zeit zwischen den Impulsen der Dauer der Impulse entspricht. Es
ist nun leicht möglich, die Zahl der Impulse zur Steuerung der Resonanzrelais oder
von Impulsgruppen nach einem Sclicina zur Steuerung von entsprechenden Wählvorrichtungen
zu ändern.
-
Die Erfindung ist nicht nur auf die Übertragung von Meldungen od.
dgl. beschränkt, sondern es ist natürlich auch möglich, lleßwerte zu übertragen,
beispielsweise die Netzspannung von einer entfernten Stelle zur Einspeis ungsstelle.
In einem solchen Fall ist, wie Fig. S zeigt, der Widerstand 16 dauernd finit einem
Gleichrichter 15 in Reihenschaltung auf das Netz geschaltet. Der U'iderstand 16
steht hierbei jedoch unter dem Einfluß eines Meßgerätes 52, welches den Wert des
Widerstandes 16 entsprechend dem Meßwert verändert. Hierdurch «-erden die Amplituden
der Steuerhalbwellen einer Polarität verändert. Dies bedingt eine entsprechende
Änderung der dem Gitter der Röhre 37 zugeführten Spannung, wodurch eine entsprechende
:Änderung des Anodenstromes der Röhre 37 entsteht, die ini Meßgerät 53 angezeigt
wird. Das Gitter der Röhre 37 erhält hierbei ebenfalls eine solche Vorspannung,
daß die Röhre 3; normalerweise im mittleren Teil der Kennlinie arbeitet, ähnlich
wie dies durch die gestrichelte Linie der Kennlinie 38'von Fig.5 dargestellt ist.
-
Die Erfindung ist natürlich nicht auf Wechselstromnetze beschränkt.
Sie läßt sich auch ebensogut in ihrer Umkehrung auf Gleiclistroninetze anwenden.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. g. Hierbei wird ein \ etz i i von einem
Gleichstroni`enerator 55 gespeist. Die Speisung der Verbraucher 12, 13, 14 erfolgt
in Reihenschaltung mit der Primärwicklung 56 eines Transformators dessen Sekundärwicklung
entweder ui-nnittelbar oder unter Z-,vischenschaltung einer Verstärkungseinrichtung
ein Meßgerät ;@ in Gestalt eines 1- i-eqtienzni-essers speist. Geberseitig ist ein
Zerliacker 59 vorgesehen, der einen Widerstand intermittierend auf das Netz ii schaltet:
Den Zerhackcrn verschiedener Befehlsstellen können zur Unterscheidung verschiedener
Befehle unterschiedliche natürliche Frequenzen zugeordnet werden. Wird beispielsweise
der Zerliacker 5g durch die Schaltstelle4o eingeschaltet, dann wird auch der Generator
entspreeliend intermittierend belastet. Die so entstehende U ecliselstromkomponente
wird am Transformator 57 abgenommen und dein Frequenzmeßgerät zugeführt, welches
zur weiteren Betätigung von Organen irgendwelcher Art dienen kann.
-
Dieses Verfahren der Zerhackung bzw. periodischen Belastung in Gleichstromnetzen
kann natürlich auch sinngemäß finit dem gleichen Erfolg in «-ecliselstromnetzen
durch periodische Belastung ohne die Anwendung eines Gleichrichters Anwendung finden.
-
Wenn die Erfindung auch nur an Zweileiternetzen erläutert ist, so
ist es doch leicht einzusehen, daß sie auch sinngemäß bei Mehrleiter- und lehrphasennetzen
anwendbar ist. auch kann die Erfindung nur bei solchen Anlagen Anwendung finden,
die allgemein für Steuerzwecke benutzt werden.