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Empfangsverfahren für Fernmeßübertragungen Für die Fernübertragung
von Meßwerten ist das sogenannte Impulsfrequenzverfahren bekanntgeworden, bei dem
die Meßgröße zur bequemeren Fernübertragung in eine Impulsfrequenz umgewandelt wird,
so daß die Zahl der Impulse in derZeiteinheit als einMaß fürdieMeßgröße dient.
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Auf der Geberseite werden die Impulse meist in der Weise erzeugt,
daß ein Zähler als umlaufendes Meßgerät für die Meßgröße mit einer Kontaktvorrichtung
versehen wird, die entsprechend der Umlaufzahl des Zählers mehr oder weniger häufig
Impulse aussendet. Für den Empfang sind im wesentlichen zwei verschiedene Verfahren
in Anwendung. Bei dem einen wird bei jedem Impuls ein Stromstoß mit konstanter Elektrizitätsmenge,
etwa durch die Ladung eines Kondensators mit konstanter Spannung hervorgerufen,
auf ein Anzeigegerät gegeben, das den Mittelwert des auf diese Weise aus der Folge
der einzelnen Stromstöße entstehenden Stromes anzeigt. Bei dem an-,deren, als Impulskompensationsverfahren
bezeich-e neten Empfangsverfahren wird aus der einlaufenden Impulsfrequenz zunächst
wieder eine Drehzahl hergestellt, indem ein Schrittmagnet auf jeden Impuls hin einen
Schritt macht und so im Mittel eine Drehzahl annimmt, die der Drehzahl des Geberzählers
gleich oder verhältnisgleich ist. Diese Drehzahl wird über eine Regeleinrichtung
mit der Drehzahl eines Gleichstromamperestundenzählers verglichen, der da-bei in
seiner Stromaufnahnie
selbsttätig so geregelt wird, daß die angestrebte
Drehzahlgleichheit vorhanden ist. Der Strom des Amperestundenzählers oder ein ihm
proportionaler Spannungsabfall wird zur Anzeige benutzt.
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Das letztere Empfangsverfahren gehört also zur Klasse der Kompensationsverfahren,
bei denen eine Größe selbsttätig so eingeregelt wird, daß sie einer vorgegebenen
Größe immer gleich ist, unabhängig von irgendwelchen anderen Einflüssen, z. B. Schwankungen
der Höhe der Hilfsspannung u. dgl. Bei dem erwähnten bekannten Verfahren geschieht
dies auf derGrundlage desDrelizahlvergleichs, und die zur Übertragung verwendete
Impulsfrequenz wird hierzu erst in eine Drehzahl umgewandelt.
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Andererseits ist es vorgeschlagen, auch eine unmittelbare Kompensation
einer Frequenz durch eine zweite gleiche Frequenz ohne den Umweg über die Drehzahl
in der Weise vorzunehmen, daß für die zweite Frequenz ein in seiner Frequenz steuerbarer
Generator vorgesehen wird, für den die Steuergröße aus -einem Phasenvergleich der
Spannungen der vorgegebenen und der gleichzumachenden Frequenz abgeleitet wird.
Es stellt sich dabei ein Gleichgewichtszustand ein, in dem die beiden Spannungen
gerade diejenige Phasenverschiebung aufweisen, die eine solche Steuergröße hervorruft,
daß die nachgeregelte Frequenz genau gleich der vorgegebenen ist. Bei Änd'erungen
der vorgegebenen Frequenz folgt die nachgeregelte nach, sofern die Bedingungen für
die stabile Regelung nicht überschritten werden. Hierfür ist im wesentlichen die
Verzögerung des Steuergliedes und des gesteuerten Generators. maßgebend. Sie darf
nicht zu groß sein, damit nicht während des Regelvorganges, solange der neue Gleichgewichtszustand
noch nicht erreicht ist, eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Spannungen
entsteht, die über denRegelbereich, der maximal iSo' beträgt, hinausgehen würde.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist ebenfalls ein Impulskompensationsverfahren,
jedoch ohne den Umweg über die Drehzahl, und stellt eine vorteilhafte Kombination
aus Grundzügen der vorerwähnten Verfahren dar, die diesen gegenüber besondere technische
Vorteile ergibt. Diese beruhen vor allem darin, daß bei der Fernübertragung von
Meßgrößen mit einer dem Meßwert entsprechenden Frequenz von Impulsen oder eines
Wechselstromes die Vorteile des Kompensationsverfahrens (Unabhängigkeit von äußeren
Einflüssen, wie Höhe der Hilfsspannung u. dgl., große zur Verfügung stehende Meßleistung,
durch die Verwendung eines Zählers bedingte große Genauigkeit) erreicht werden,
ohne daß es notwendig ist, ein mechanisches Schrittschaltwerk für die Umwandlung
der einlaufenden Impulsfrequenz in eine Drehzahl anzuwenden, das bei höheren Impulsfrequenzen,
die aus Gründen der raschen Anzeige erwünscht sind, Schwierigkeiten macht, wenigstens
wenn eine für hohe Lebensdauer notwendige Ausführung ohne Klinken verwendet werden
soll. Das erfindungsgemäße Verfahren erreicht deshalb eine weit höhere Anzeigegeschwindigkeit,
die die Fernmeßübertragung dem Ziel sehr nahe bringt, daß sich eine Fernmeßanzeige
von einer unmittelbaren Messung nicht unterscheiden soll.
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Das erfindungsgemäße Verfahren behält den Amperestundenzähler hier
als wesentliches Glied der Kompensation bei, versieht ihn aber mit einer gleichen
Kontaktvorrichtung, wie sie der Geberzähler aufweist, so daß er ebenfalls eine von
seiner Drehzahl abhängige Impulsfrequenz erzeugt. Der Amperestundenzähler wird dabei
in seiner Stromaufnahme so geregelt, daß die von ihm ausgehende Impulsfrequenz gleich
der vom Geberzähler her übertragenen wird, Die Erzwingung der Frequenzgleichheit
geschieht auf eine ganz ähnliche Weise, wie sie für die genannte unmittelbare Frequenzkompensation
geschildert wurde, indem abhängig von der gegenseitigen Phasenlage der beiden Impulsfolgen
ein Strom hergestellt wird, der den Amperestundenzähler inseinerDrehzahl beeinflußt.
Zur Vermeidung des ungenügenden Regelbereiches und der Gefahr des Außertrittfallens
bei plötzlichen 'starken Frequenzänderungen, die bei einer Fernmeßübertragung infolge
kurzzeitigen Aussetzens der Impulsübertragung in der Weise* auftreten können, daß
die Frequenz von Null auf den Höchstwert springt, ist aber dieser Strom nicht der
einzige, der den Amperestundenzähler durchfließt, sondern er dient nur als Zusatz
zu einem Grundstrom, der --ler einlaufenden Impulsfrequenz von vornherein angenähert
proportional gemacht wird, aber stets einen Wert auch unter den ungünstigsten Bedingungen
einhält, der nicht ganz den richtigen Wert erreicht, so daß immer ein Zusatzstrom
notwendig ist, -der aus dem Phasenvergleich der Impulsfolgen stammt.
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Damit wird es möglich, das grundsätzliche Verfahren der Impulskompensation
auch für höchste Impulsfreqenzen zu verwenden. ja, es kann die Impulsfrequenz durch
eine Wechselstromfrequenz ersetzt werden, die für die Übertragung viel bequemer
ist, da sie über Transformatoren und Verstärker hinweg übertragen werden kann. Diese
Wechselstromfrequenz kann dann bei dem Geberzähler und derr. empfangsseitigen Amperestundenzähler
zweckmäßigerweise nicht mehr mittels eines Kontaktes, sondern durch eine geeignetere
Vorrichtung erzeugt werden, wofür weiter unten noch Beispiele gegeben werden.
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Demgemäß bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren auf den Empfang
einer zur Fernübertragung eines Meßwertes benutzten Frequenz von Impulsen oder eitles
Wechselstromes und ist durch die folgende Kombination von Merkmalen gekennzeichnet:
Ein Zähler, insbesondere ein Amperestundenzähler, wird in seiner Drehzahl so eingeregelt,
daß er genau dieselbe Frequenz von Impulsen oder eitles Wechselstromes erzeugt,
wie sie vom Geberzähler her übertragen wird, und erhält zu diesem Zweck eine Steuergröße,
insbesondere einen Gleichstrom zugeführt, die sich aus zwei Teilgrößen zusammensetzt,
von denen die eine der einlaufenden Frequenz proportional ist und so bemessen wird,
daß sie auch unter den ungünstigsten
Verhältnissen den richtigen
Wert nicht ganz erreicht, von -denen die andere Teilgröße die erste zu dem genau
richtigen Wert ergänzt und aus dem Vergleich der Phasen der beiden von dem Geberzähler
her übertragenen und von dem empfangsseitigen Kompensationszähler erzeugten Impulsfolgen
oder Wechselströmen gewonnen wird.
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Das erfindungsgemäße Empfangsverfahren wird an Hand der Zeichnung
erläutert, die im einzelnen darstellt: Fig. i eine schematische Skizze einer vollständigen
Impulsfreqtienzfernmeßübertragung mit einer nur grundsätzlich ohne Einzelheiten
wiedergegebenen erfindungsgemäßen Empfangsanordnung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel,
bei dem auf die Impulse ansprechende elektrornagnetische Relais zur Herstellung
der beiden erfindungsgemäßen Teilströme als Steuergrößen verwendet sind, Fig.
3 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung
nach Fig.:2, Fig- 4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem Verstärkerröhren zur Herstellung
der beiden erfindungsgemäßen Teilströme verwendet werden.
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In Fig. i bedeutet i den Geberzähler, von dem nur die beiden Triebsysteme
zur Messung einer Drehstromleistung und die auf der Achse sitzende Kontaktvorrichtung
angedeutet sind. Letztere schaltet ein SenderelaiS 2, das mit seinem Kontakt die
Impulse über die gestrichelt gezeichnete Fernleitung zur Empfangsstelle weitergibt,
wo sie der aus zwei Teilen 3 und 4 bestehenden Steuereinrichtung zugeleitet
werden, die auch die von der Kontaktvorrichtung des Amperestundenzählers
5 erzeugten Impulse erhält. Der im Amperestundenzähler 5 und einem
Vorwiderstand 6 auftretende Spannungsabfall wird mit dem Voltmeter
7 gemessen und dient zur Anzeige, so daß das Meßgerät 7 eine in Einheiten
der ursprünglichen Meßgröße geeichte Skala trägt.
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Der dem Amperestundenzähler 5 und dem Voltmeter 7 zufließende
Strom setzt sich aus zwei Teilströmen zusammen, die mit ilL und i2 bezeichnet sind
und aus den beiden Teilen 3 und 4 der Steuereinrichtung stammen. Der Teilstrom
il wird im Teil 4, was schematisch durch den Regelwiderstand 9 angedeutet
ist, so eingestellt, daß er der vom Geberzähler 1 herrührenden Impulsfrequenz
verhältnisgleich ist, wozu im Schema ein mit ihr betätigtes Empfangsglied 12 vorgesehen
ist. Der Teilstrom i. dagegen wird so eingeregelt, daß er von der gegenseitigen
Phasenlage der Impulse abhängt, die vom Geberzähler her übertragen und vorn Amperestundenzähler
5 erzeugt werden. Dies ist schematisch durch den Einstellwiderstand
8 angedeutet, der durch die von den Impulsen des Geberzählers i und des Amperestundenzählers
5
betätigten Empfangsglieder io und i i gemeinsam beeinflußt wird.
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Dabei ist der Strom il so bemessen, daß er unter keinen Umständen,
auch bei der höchsten auftretenden Hilfsspannung nicht, so groß wird, daß ti nicht
noch ein Zusatzstrom i. nötig wäre, um den für die richtige Drehzahl des Amperestundenzählers
5 nötigen Gesamtstrom herzustellen. Andererseits ist es klar, daß der Regelbereich
der phasenabhängigen Schaltung in Teil 3 der Steuereinrichtung so bemessen
sein muß, daß der Teilstrom i. auch unter den für ihn ungünstigsten Umständen
groß genug bleibt, um den Teilstrom i, bis zu dem erforderlichen Gesamtstrom zu
ergänzen.
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Aus dieser schematischen Darstellung geht der Grundgedanke des erfindungsgemäßen
Verfahrens hervor. Dagegen ist sie nicht dazu bestimmt, Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels
zu bringen, die in den Fig. 2 und 4 enthalten sind.
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In Fig. 2 ist nur mehr die Empfangseinrichtung allein gezeichnet,
und zwar ist angenommen, daß die vom Geberzähler her übertragene Impulsfrequenz
an den Klemmen 13 und 14 zugeführt wird und in ihrem Takt das Empfangsrelais 15
zum Ansprechen bringt. Die vom Amperestundenzähler, der unter 22 eingezeichnet ist
gegebene Impulsfrequenz wird über die klemmen'17 und 18 an das Relais ig gelegt.
Die in Abb. i schematisch als Regelwiderstand 8 gezeichnete Anordnung zur
Einstellung des Teilstromes i. besteht hier aus den in Reihe geschalteten Kontakten
16 und :2o der Relais 15 und ig se-,vie aus dem Vorwiderstand 21, deren Wirkung
später noch an Hand der Fig. 3
erläutert wird. Der Teilstrom i. dagegen wird
in der Weise gewonnen, daß beim jedesmaligen Ansprechen des Relais 15 über
dessen Kontakt 24 der Kondensator 25 aufgeladen wird, der beim
Ab-
fallen des KontakteS 24 auf einem anderen Wege, nämlich über den Begrenzungswiderstand
26, Wieder entladen wird. Dabei wird jedesmal eine bestimmte Elektrizitätsmenge
gleich der Ladung des Kondensators auf die angelegte Spannung entnommen, was mit
der Impulsfrequenz wiederholt einen mittleren Gleichstrom ergibt, der der Impulsfrequenz
verhältnisgleich ist. Die Kapazität des Kondensators 25 ist so gewählt, daß
der auf diese Weise zustande gekommene Strom il die geforderte Bedingung einhält,
stets kleiner als der erforderliche- Gesamtstrom zu bleiben, der den Amperestundenzähler
22 über den Vorwiderstand 23 sowie das Anzeigeinstrument 28 durchfließt.
Da der Strom stark schwankt, weil er aus einzelnen Stronistößen besteht, deren Mittelwert
angezeigt werden soll, ist noch ein Glättungskondensator 27 vorgesehen, der
die Stromstöße speichert und in den Pausen seine Ladung wieder an den Amperestundenzähler
22 und das Anzeigegerät 28 abgibt. Da dieser Kondensator, wenn er wirksam
sein soll, eine sehr hohe Kapazität braucht, wird man zweckmäßigerweise einen Elektrolytkondensator
verwenden.
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Der Teilstrom i. stellt ebenfalls den Mittelwert von Strornstößen
dar, die während derjenigen Zeit auftreten, in der beide Relais 15 und ig gleichzeitig
angesprochen, beide in Reihe geschalteten Kontakte 16 und 2-o also gleichzeitig
geschlossen sind. Während dieser Zeit ist die Stromstärke konstant und im wesentlichen
durch den Vorwiderstand 21 begrenzt, der als groß gegenüber dem Widerstand des Zählers
22 und dem Vorwiderstand 23 gelten soll. Die Stromstöße entstehen
ebenfalls
im Takt der vom Geberzähler her einlaufenden Impulse. Die mittlere Stromstärke ist,
wie erfindungsgemäß gefordert, von der gegenseitigen Phasenlage der Impulse des
Geberzählers und des Amperestundenzählers abhängig.
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Fig. 3 läßt dies aus dem zeitlichen Verlauf der Impulse erkennen.
In der oberen Kurve a ist die Impulsfolge des Geberzählers wiedergegeben, und zwar
in der Form, wie der Kontakt 16 des diese Impulse empfangenden Relais 15 den Strom
schalten würde, falls er allein im Stromkreis vorhanden wäre. In der mittleren Kurve
b dagegen ist die als gleich groß angenommene Impulsfrequenz des Amperestundenzählers
22 wiedergegeben, und zwar ebenfalls in der Form, wie der Strom aussehen würde,
wenn er allein von dem Kontakt 2o des diese Impulsfrequenz empfangenden Relais ig
geschaltet würde. In Wirklichkeit aber kann wegen der Reihenschaftung der Kontakte
16 und 2o ein Strom nur fließen, wenn beide Kontakte gleichzeitig geschlossen sind.
Dies ist bei der gezeichneten Verschiebung der beiden Impulskurven von der Zeit
t2 bis zur Zeit t2' und wieder zwischent4 und t41 usf. der Fall. Der Intec"ralwert
und damit der Mittelwert des aus diesen Stromstößen gebildeten Stromes ist den schraffierten
rechteckigen Flächen proportional, die gleiche Höhe, aber mit der Phasenlage der
beiden Impulsfolgen veränderliche Breite haben. Welcher Art also die Abhängigkeit
des Stromes von der Phasenlage ist, kann leicht ermittelt werden und ist durch die
Kurve c dargestellt.
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Denkt man sich die Kurve b so weit nach linl#s verschoben,
daß die Zeit t" mit der Zeit t. zur Deckung kommt, so wird die schraffierte Rechteckfläche
Null und damit auch der Strom Null. Ist aber umgekehrt die Kurve b so weit
nach rechts verschoben, daß die Zeitt,/ mit-t. zusammenfällt, so ist die schraffierte
Rechteckfläche am größten, nämlich gleich der vollen Impulsfläche. Zwischen diesen
beiden Grenzwerten ändert sie sich linear. Für die gezeichnete Verschiebung ist
also die Größe der Ordinate f der Kurve c maßgebend, wenn man die Ordinate
der Kurve c im Zeitpunkt t,' entnimmt. Der lineare Anstieg der Fläche und damit
des Stromes zwischen Null und dem Größtwert fmax in Abhängigkeit von der
gegenseitigen Phasenlage der beiden Impulsfolgen wird nun für die Regelung ausgenutzt.
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Um die Wirkungsweise dieser Regelung völlig zu übersehen, ist es am
einfachsten, anzunehmen, daß zunächst nur der Teilstrom i. vorhanden sein, der Teilstrom
i. aber fehlen möge. Beim Einlaufen einer bestimmten Impulsfrequenz wird der Kondensator:25
entsprechend oft über den Amperestundenzähler:22 und das parallel liegende Instrument.28
geladen, was einem mittleren Gleichstrom gleichkommt, der erfindungsgemäß kleiner
ist als derWert, der nötig sein würde, damit derAmperestundenzähler:22 dieselbe
Impulsfrequenz erzeugen würde wie der Geberzähler. Es sei z. B. angenommen, daß
der Teilstrom il 8oll/e. des erforderlichen Gesamtstromes betragen möge, wobei der
Prozentsatz innerhalb gewisser Grenzen schwanken kann, z. B. von 7o bis go'O/o,
wenn sich etwa, die Hilfsspannung oder der Stromverbrauch der angeg chlossenen Instrumente
durch Zuschalten eines weiteren Empfangsinstrumentes ändern.
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Dann wird entsprechend der gemachten Voraussetzung, daß der -S'rom
i. allein vorhanden sein möge, der Amperestundenzähler also nur 8o% seines richtigen
Stromes erhalten, also eine Impulsfrequenz liefern, die um 2o"/o kleiner ist als
die vom Geberzähler herrührende, oder mit anderen Worten: die Periodenlänge der
Impulskurve b
nach Fig. 3 wird länger sein als die der ICurve a, und
zwar wird sie 5/4 von ihr betragen. Damit wird sich aber die Zeitdauer der Überdeckung
beider Kurven und damit die Größe der schraffierten Rechteckflächen von Periode
zu Periode ändern. Es kann auch so ausgedrückt werden, daß man auf der Kurve c immer
etwas von links nach rechts rutscht. Hat man also in einer Periode bei dem Ordinatenwert
Null begonnen, so erhält man bei der nächsten - Periode einen Wert bestimmter
Größe, also einen Zusatzstrom i2, der ebenfalls durch >den Amperestundenzähler fließt
und diesen zusätzlich beschleunigt. Die nächste Periodenlänge der Kurve
b wird also schon etwas kürzer geworden, aber immer noch länger
. als die der Kurve a sein. Man wird also auf der Kurve c noch etwas mehr
nach rechts rücken und einen noch höheren Ordinatenwert erhalten, der Amperestundenzähler
wird also noch mehr Zusatzstrom bekommen und noch schneller laufen. Im Endzustand
wird sicÜ ein Gleichgewichtszustand herausgebildet haben, bei dem die Impulslängen
und damit die Impulsfrequenzen genau gleich geworden sind bei einer Verschiebung
der beiden Impulskurven a und b gegeneinander, die nach der einstellenden
Ordinate der Kurve c zu einem Zusatzstrorn führt, mit dem zusammen der Amperestundenzähler
den Strom erhält, bei dem die Drehzahl und damit die erzeugte Impulsfrequenz die
richtige ist. -Auc - h der notwendige Wert des Größtwertes des Stromes i2
als Ordinate f."., der Kurve c läßt sich leicht angeben. Im ungünstigsten Fall müssen,
wenn der Strom i. den kleinsten Wert mit 7o"/o des Gesamtstromes hat, 30'lb von
i2 gedeckt werden. Der Vorwiderstand 21 muß also so bemessen sein, daß bei völliger
überdeckung der Kurven a und b nach Abb. 3 und damit größter Impulsbreite
der Stromstöße dieser Mittelwert des Stromes erreicht wird. Es ist aber zweckmäßig,
noch eine Sicherheit vorzusehen, die zwar nicht im Beharrungszustand, aber bei einer
plötzlichen Änderung der übertragenen Impulsfrequenz vorübergehend während des Regelvorganges
in Anspruch genommen -werden kann und damit den Synchronismus besser gewährleistet.
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Es ist ferner leicht einzusehen, daß nur die eine Flanke der Kurve
c nach Fig. 3 zu einem stabilen Gleichgewichtszustand führt, die andere dagegen
zu einem labilen. Da eine allmähliche Verschiebung der Kurve b und damit
ein Wandern auf der
Kurve c nach rechts einen zu langsamen Lauf
des Amperestundenzählers bedeutet, dieser also beschleunigt werden muß durch einen
größeren Zusatzstrom, ist die stabile Flanke die von Null rechts ansteigende. Bei
zu schnellem Lauf wandert der Arbeitspunkt umgekehrt nach links, der Zähler erhält
weniger Zusatzstrom uti##u läuft also wieder langsamer. Es besteht aber keine Gefahr,
daß die Regelung einmal auf der falschen Flanke arbeiten könnte, auch wenn die Zuschaltung
gerade in einem Augenblick erfolgt war, bei dem die Phasenverschiebung zuf ällig
so war, daß der Arbeitspunkt auf der abfallenden statt auf der ansteigenden Flanke
der Kurve c lag. Bei der Verschiebung nach rechts fängt sich die Regelung bei der
nächstfolgenden ansteigenden Flanke, da nur diese einen stabilen Betrieb ermöglicht.
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Auf Grund dieser Überlegungen hat es sich also gezeigt, wie die ganze
Anordnung bemessen sein muß, damit ein stabiler synchroner Lauf des Amperestundenzählers
erreicht und erhalten wird. Warum die Zusammensetzung des Gesamtstromes aus den
beiden Teilströmen, die erfindungsgemäß gefordert ist, notwendig ist und nicht einer
von ihnen bei entsprechender Vergrößerung seines Wertes allein genügt, zeigt die
folgende Betrachtung.
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Unter den angenommenen Verhältnissen läuft der Amperestundenzähler
unter dem Einfluß des Teilstromes il allein um 2oOlo, zu langsam. Das bedeutet aber,
daß auf fünf Impulse des Geberzählers nur vier Impulse des Amperestundenzählers
entfallen. Da ein Stromstoß nur im Abstand der Impulse gebildet wird, entfallen
auf eine Schwebungsperiode, d. h. die Zeit, die verstreicht, bis die Impulse
wieder in dieselbe Phasenlage zueinander kommen, nur vier Stromstöße, auf die regelnde
Flanke nur die Hälfte dieser Zahl, da sie nur mit der halben Periodenlänge gebildet
ist, also nur zwei Stromstöße. Die Zeitdauer von zwei Impulsen muß also ausreichen,
um den Amperestundenzähler um die fehlenden :2o,1/o seiner Drehzahl zu beschleunigen,
was bei langsamem Lauf leicht, bei schnellem schwieriger ist, da dann die Zeitdauer
eines Impulses kürzer ist.
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Würde man annehmen, daß der Teilstrom i. nicht bloß 8o, sondern go"/o
des Gesamtstromes decken würde, so würde der Amperestundenzähler auch go0/&
seiner richtigen Drehzahl von vornherein machen, und auf zehn Impulse des Geberzählers
kämen neun des Amperestundenzählers. Auf eine Schwebungslänge würden also neun,
auf eine stabile Regelflanke also vier, fünf Impulse kommen, der Amperestundenzähler
hätte viel länger Zeit zur Beschleunigung. je besser die Angleichung also von vornherein
durchgeführt ist, desto einfacher ist das Intrittfallen der Anordnung.
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Würde man aber den Teilstrom i, ganz Cr zu Null machen, so müßte auf
einen einzelnen Stromstoß hin der Amperestundenzähler auf die richtige Drehzahl
beschleunigt werden, was unmöglich ist und mit der Aufgabe der Mittelwertbildung
im Widerspruch steht. Andererseits wäre aber das Verfahren ohne die Hinzunahme des
Teilstromes i. kein Kompensationsverfahren, da die Unabhängigkeit von äußeren Einflüssen
fehlen würde, wie z. B. Schwankungen der Hilfsspannung, mit denen der Teilstrom
i. allein behaftet ist.
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Erst die Aufteilung des Gesamtstromes in die beiden Teilströme il
und i2 und deren erfindungsgemäße Bemessung, für die ein Zahlenbeispiel gegeben
wurde, bringt also die angestrebten Vorteile. Für die Bemessun- des Teilstromes
il ist die Kapazität des Kondensators 25, für die des Teilstromes '2 der
Widerstand -oi maßgebend. Die für den einzelnen Fall zweckmäßige oder notwendige
Bemessung des Stromverhältnisses der beiden Teilströme zum Gesamtstrom kann mit
ihrer Festlegung vorgenommen werden.
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Fig. 4 zeigt eine ganz ähnliche Schaltung, bei der aber elektromagnetische
Relais, also mechanisch arbeitende Schaltglieder, vermieden sind und statt ihrer
Verstärkerröhren verwendet werden. Dies macht es möglich, daß eine noch wesentlich
höhere Frequenz verarbeitet werden kann, die dann auch nicht mehr als Impulsfrequenz,
sondern als Wechselstromfrequenz vorausgesetzt ist. Dies ist aber für eine erfindungsgemäße
Anordnung mit Verstärkerrähren nicht unbedingt notwendig, sondern nur als ein Ausführungsbeispiel
behandelt. Für den Geberzähler und für den empfangsseitigen Amperestundenzähler
kann dann angenommen werden, daß sie statt der Kontaktvorrichtung zur Erzeugung
von Impulsen eine Vorrichtung zur Erzeugung einer von der Drehzahl abhängigen Wechselstromfrequenz
aufweisen. Da diese Vorrichtung selbst nicht dem erfindungsgemäßen Verfahren eigentümlich
ist, sondern von bekannten Einrichtungen an Geberzählern übernommen werden kann,
wird sie in ihrer Wirkungsweise nur angedeutet.
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Brauchbare bekannte Vorrichtungen dieser Art sind z. B. kleine Tonräder,
d. h. mit der Zählerachse umlaufende gezahnte Eisenscheiben, die den aus
festen Polen austretenden magnetischen Fluß ändern und damit in feststehenden Spulen
eine Wechselspannung erzeugen, deren Frequenz von der Zahl der in der Zeiteinheit
vorbeistreichenden Zähne und damit der Zählerdrehzahl abhängt. Auch photoelektrische
Anordnungen können für diesen Zweck verwendet werden, bei denen eine mit der Zählerachse
umlaufende Schlitzscheibe die Lichtstrahlen auf eine Photozelle mit einer der Drehzahl
entsprechenden Frequenz abdeckt und freigibt. Schließlich sind noch Induktionsanordnungen
zur Erzeugung einer veränderlichen Frequenz bekanntgeworden und verwendbar, die
ebenfalls mit veränderlichen Magnetflüssen arbeiten.
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Die Schaltung der Fig. 4 ist so gewählt, daß sie mit die größtmögliche
Ähnlichkeit mit der von Fig. 2 hat. Die vom Geberzähler her übertragene Wechselspannung
wird an die Klemmen 29 und 30,
die vom Amperestundenzähler erzeugte Wechselspannung
an die. Klemmen 35 und 34 gelegt. Die in Fig. 2 vorhandenen Relais sind durch
die Verstärkerröhren 311, 36 und 39 ersetzt, die jeweils eine Gittervorspannungsquelle
32, 37 und 40 und
einen Gitterspannungstransformator
33, 38 -und 41 aufweisen. jede Röhre ist dabei so geschaltet, daß die Gittervorspannung
negativ und so groß ist, daß die Röhre völlig gesperrt ist. Erst wenn über den Gitterspannungstransformator
die positive Spannungshalbwelle wirksam wird, wird die Gitterspannung so weit angehoben,
daß ein Anodenstrom zu fließen beginnt, und zwar um so mehr, je größer die
Gitterspannung wird.
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Die Röhre 39 lädt jeweils bei jeder positiven Spannungshalbwelle
den Kondensator 4:2 auf, der sich über den Widerstand 43 in der folgenden Pause
wieder entlädt und dabei den Strom il liefert, der wieder der Häufigkeit der Ladestromstöße
und damit der am Gitterspannungstransformator 41 liegenden Frequenz des Geberzählers
proportional ist und so bemessen wird, daß er nur einen bestimmten Teil des Stromes
darstellt, der notwendig ist, damit der Amperestundenzähler dieselbe Frequenz erzeugt
wie der Geberzähler.
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Der Strom i2 wird durch die Reihenschaltung der beiden Röhren 31 und
36 gegeben, die sonst gleich wie die Röhre 39 geschaltet sind. Wenn
bei beiden die positiven Halbwellen der Gitterwechselspannungen zusammenfallen,
entsteht der Größtwert des Stromes, wenn beide Röhren dagegen abwechselnd die positiven
Halbwellen erhalten, sperrt immer eine von beiden und der Strom ist Null. Dazwischen
stellt sich je nach der Phasenverschiebung der beiden Wechselspannungen ein
dazwischenliegender Stromwert ein.
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Beide Ströme i, und i. durchfließen zusammen ,den Amperestundenzähler
44 und das parallel liegende Anzeigegerät 46, das als Voltmeter den Spannungsabfall
am Zähler 44 und am Vorwiderstand 45 mißt.
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Die Wirkungsweise der Schaltung ist ganz ähnlich der von Fig. 2, da
der Strom ii, wie erwähnt, der vom Geber her übertragenen Frequenz angenähert proportional
ist und nicht ganz den Strombedarf des Amperestundenzählers deckt und der Zusatzstrom
i. in seiner Größe wieder von der Phasenverschiebung der beiden Spannungen abhängt.
Für ihn ergibt sich abhängig von der Phasenlage eine ähnliche Kurve wie die Kurve
c von Fig. 3, die nur nicht dreieckförmig, sondern etwa sinusförmig verläuft.
Auch diese Kurve hat eine stabile Flanke für den Arbeitspunkt, auf der sich das
Gleichgewicht einstellt bei derjenigen Phasenverschiebung, die einen Strom '2 liefert,
wie er -nötig ist, um den Strom ii. zu demjenigen Gesamtstrom zu ergänzen, bei dem
der Amperestundenzähler dieselbe Frequenz liefert, die vom Geberzähler vorgegeben
wird.
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Auch hier gelten ganz ähnliche Überlegungen in bezug auf die notwendige
oder wünschenswerte Bemessung der beiden Teilströme zur Ermöglichung einer stabilen
ausreichenden Regelung wie bei der Anordnung von Fig.:2, so daß hierauf nicht nochmals
eingegangen zu werden braucht. Die Einstellung der Stromwerte kann . durch
die Röhrenbetriebsdaten in einfachster Weise erfolgen. Die Schaltung kann zweckmäßiger-weise
so getroffen Z:,
werden, daß die für die Größe der beiden Teilströme maßgebenden
Schaltglieder einstellbar ausgeführt werden, damit die für den einzelnen Fall zweckmäßigste
Bemessung ohne weiteres in einfacher Weise vorgenommen werden kann.
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Die gezeichneten Schaltungen geben Ausführungsbeispiele wieder, deren
Einzelheiten nicht ausschließlich für die Art des erfindungsgemäßen Verfahrens
kennzeichnend sind. Diese können vielmehr in mannigfacher Weise abgeändert oder
ergänzt werden.
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So ist es z. B,. bei der Schaltung nach Fig. 4 ohne weiteres möglich,
statt der beiden Röhren 31
und 36 nur eine einzige Röhre zu verwenden,
die entweder zwei Gitter hat oder deren einzigem Steuergitter eine aus beiden Wechselspannungen
gebildete Summen- oder Differenzspannung zugeführt wird. Der Teilstrom il, der der
vom Geberzähler herrührenden Frequenz proportional sein soll, kann statt durch Kondensatorladung
auch auf andere Weise erzeugt werden, z. B. durch eine Schaltung mit einem frequenzabhängigen
Glied, etwa durch Gleichrichtung der an einer Drosselspule bei konstantem Wechselstrom
auftretenden Spannung oder des in einem Kondensator bei konstanter Wechselspannung
fließenden Wechselstromes. Auch frequenzabhängige Brückenschaltungen können benutzt
werden.
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Ferner ist es möglich, die Polarität des Teilstromes i 2 umzukehren,
so daß er den Amperestundenzähler im umgekehrten Sinne durchfließt. Dann muß der
Teilstrom i, so bemessen werden, daß er auch untei den ungünstigsten Umständen immer
größer bleibt als der nötige Gesamtstrom, der dann nicht der Summe, sondern der
Differenz der beiden Teilströme gleich ist. Der Amperestundenzähler läuft dann unter
dem Einfluß des Teilstromes i. allein immer zu schnell und muß durch den eingeregelten
Teilstrom i. auf die richtige Drehzahl verzögert werden. Dies kann große Vorteile
haben in bezug auf die Sicherheit des Intrittfallens des Amperestundenzählers in
die richtige synchrone Drehzahl.
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Bei der Fernmeßübertragung, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorausgesetzt ist, ist die unangenehmste Störung in dieser Beziehung die, daß die
Impulsübertragung vorübergehend aussetzt und dann plötzlich wieder einsetzt. Dann
muß der Amperestundenzähler von Null unter Umständen auf seine höhere Drehzahl beschleunigt
werden. Bei der Schaltung mit umgekehrter Polarität des Zusatzstromes muß der Amperestundenzähler
allein unter dem Einfluß des Teilstromes i, immer die richtige Drehzahl durchlaufen,
so daß der durch die Phasenabhängigkeit der Impulsfolgen geregelte Zusatzstrom '2
nur die Aufgabe hat, den Zähler bei der richtigen Drehzahl festzuhalten. Dazu steht
aber verhältnismäßig viel Zeit zur Verfügung, da die Drehzahl des Zählers nach einer
Exponentialktirve ansteigt, die in der Nähe der richtigen Drehzahl schon ziemlich
flach verläuft. Diese Aufgabe ist daher viel leichter zu erfüllen als. die beschriebene
Beschleunigung des Zählers,
Die Ergänzung des ersten der Frequenz
angenähert proportionalen Teilstromes durch den zweiten kann also additiv oder subtraktiv
erfolgen. ja es kann in einfacher Weise auch einze Verlagerung des Nullwertes für
den Teilstromi, vorgenommen werden, z. B. durch Hinzunahme eines dritten konstanten
Stromes einer bestimmten Polarität von etwa der Größe, wie der Teilstromi" sie bei
der halben Phasenverschiebung seines Regelbereiches hat. Dies hat den Vorteil, daß
dann der Teilstrom il für sich allein gleich dem vollen richtigen Wert des Gesamtstromes
gemacht werden kann, so daß der Zusatzstrom nur noch etwaige Abweichtin-en 2. B.
bei Änderungen der Hilfsspannung auszugleichen hat und Über- und Unterschreitungen
erfaßt werden können. Das richtige Intrittfallen ist dann am meisten erleichtert.
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Statt einer Schaltung, bei der Teilströme zu einem Gesamtstrom zusammengesetzt
werden, können natürlich auch Teilspannungen als Regelgrößen verwendet werden, die
zu einer Gesamtspannung vereinigt werden, mit der dann der Amperestundenzähler betrieben
wird. Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß die Empfangsschaltung auch mit
Wechselstrom ausgeführt werden kann, wenn statt des Amperestundenzählers ein Ferrarizähler
für einphasige Leistung und statt des Voltmeters als Anzeigegerät ein Leistungsmesser
verwendet werden, die beide mit der Wechselspannung fest erregt und denen Wechselströme
als Teilströme zugeleitet werden.
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Zur besseren Übertragung von Meßwerten in der Nähe von Nuli kann der
Meßwert -Null selbst schon durch eine Frequenz bestimmter Höhe übertragen werden,
was z. B. durch einen Geberzähler mit Vortrieb ermöglicht wird.