DE895266C - Empfangsverfahren fuer Fernmessuebertragungen - Google Patents

Empfangsverfahren fuer Fernmessuebertragungen

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DE895266C
DE895266C DEA8014D DEA0008014D DE895266C DE 895266 C DE895266 C DE 895266C DE A8014 D DEA8014 D DE A8014D DE A0008014 D DEA0008014 D DE A0008014D DE 895266 C DE895266 C DE 895266C
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DEA8014D
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Wilhelm Dr-Ing Staeblein
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AEG AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems
    • G08C19/16Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses
    • G08C19/26Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses by varying pulse repetition frequency

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Empfangsverfahren für Fernmeßübertragungen mit der zu übertragenden Meßgröße entsprechender Frequenz von Impulsen oder eines Wechselstromes, bei dem eine selbsttätige Kompensation stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler, vorzugsweise ein Amperestundenzähler, in, seiner Drehzahl so eingeregelt wird, daß er genau die vom Geber her übertragene Frequenz ebenfalls erzeugt und zu diesem Zweck eine Steuergröße, vorzugsweise einen Strom oder eine Spannung, zugeführt erhält, die auch für die Anzeige benutzt wird und aus zwei Teilgrößen zusammengesetzt ist, von denen die erste der einlaufenden Frequenz angenähert proportional und so bemessen ist, daß sie auch unter den ungünstigsten Verhältnissen immer in einen, vorgeschriebenen Höchst- oder Mindestverhältnis zu der insgesamt notwendigen Steuergröße bleibt, während die zweite Teilgröße additiv oder subtraktiv die erste zu dem genau richtigen Wert ergänzt und aus dem Vergleich der ]Phasen der beiden vom Geberzähler und vorn geregelten Zähler stammenden Impulsfolgen oder Wechselspannungen gewonnen wird.
  2. 2. Empfangsverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der einlaufenden Frequenz angenähert proportionale Steuer größe aus Strornstößen hergestellt wird, die mit der einlaufenden Frequenz wiederholt werden und je eine bestimmte Elektrizitätsmenge enthalten, so daß sich ein der Frequenz proportionaler mittlerer Strom ergibt. 3. Empfangsverfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstöße durch die Ladung von Kondensatoren hergestellt werden. 4. Einpfangsverf ahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstöße über Verstärkerröhren geschaltet werden. 5. Empfangsverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der einlaufenden Frequenz angenähert proportionale Ste#uergröße von einem frequenzabhängigen Schaltungsglied abgeleitet wird, z. B. aus der Spannung an einer von konstantem Wechselstrom durchflossenen Drosselspule. 6. Empfangsverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite aus dem Phasenvergleich gewonnene Steuergröße durch den Mittelwert von Stromstößen hergestellt wird, die durch die in Reihe geschalteten Kontakte von in der Frequenz des Geberzählers bzw. des nachgesteuerten Zählers arbeitenden Relais über einen Vorwiderstand gegeben werden. 7. Empfangsverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenabhängige zweite Teilsteuergröße durch eine phasenempfindliche Röhrenschaltung erzeugt wird. 8. Empfangsverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenabhängige zweite Teilsteuergröße aus der Summen- oder Differenzspannung der vom Geberzähler und dem nachgesteuertenZähler geliefertenWechselspannungen abgeleitet wird. g. Empfangsverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um das Verhältnis der beiden Teilsteuergrößen zur Gesamtsteuergröße einzustellen. io. Empfangsverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte konstante Größe zu der Gesaintsteuergröße hinzugenommen wird, die etwa gleich der Größe der zweiten phasenabhängigen Teilsteuergröße bei mittlerer Phasenverschiebung ist, aber entgegengesetztes Vorzeichen hat.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1043879B (de) * 1953-11-30 1958-11-13 Ici Ltd Vorrichtung zum Messen der Bewegung einer Welle

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DE1043879B (de) * 1953-11-30 1958-11-13 Ici Ltd Vorrichtung zum Messen der Bewegung einer Welle

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