DE913448C - Frequenzrelais mit wattmetrischem System - Google Patents
Frequenzrelais mit wattmetrischem SystemInfo
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Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 14. JUNI 1954
L 3510 VIIIc/21g
Die Erfindung bezieht sich auf Frequenzrelais und betrifft Relais dieser Art, welche ein wattmetrisches
System besitzen und insbesondere nach dem Ferrarisprinzip arbeiten.
Die auf Resonanz abgestimmten Spulen eines wattmetrischen Systems besitzen bereits eine gewisse
Eigentrennschärfe bzw. -Selektivität, auf Grund welcher solche Relais im wesentlichen auf eine ganz
bestimmte Frequenz ansprechen, während sie bei allen übrigen Frequenzen lediglich auf höhere Ansprechspannungen
reagieren.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Frequenzrelais, dessen Hauptmerkmal darin besteht, daß die
eine Spule des wattmetrischen Systems mit einem Kondensator in Serienresonanz und die andere Spule
mit einem Kondensator in Parallelresonanz geschaltet ist und eine weitere Erhöhung der Ansprechsicherheit
dadurch erreicht wird, daß diese Resonanzkreise durch weitere vorgeschaltete Resonanzkreise zu einem Bandfilter
zusammengeschaltet sind.
Wie aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich, wird durch die Erfindung ein hochselektives
Frequenzrelais geschaffen, welches bei geeigneter Bemessung der Schaltelemente gleichzeitig mit der hohen
Selektivität eine Bandfilterwirkung besitzt, derart, daß das Relais im wesentlichen auf ein mehr oder
weniger breites Frequenzband anspricht, während es von allen übrigen Frequenzen gar nicht oder nur in
schwachem Maße beeinflußt wird.
Zum Zwecke der trennscharfen bzw. selektiven Frequenzauswahl in Fernsteueranlagen wurden bisher
hauptsächlich sogenannte Zungenfrequenzrelais, d. h. Relais verwendet, die auf bestimmte Resonanzfrequenzen
abgestimmte Stahlzungen besitzen. Wird bei diesen bekannten Relais eine der Stahlzungen in
ihrer Resonanzfrequenz erregt, so wird ein bestimmter
Kontakt betätigt und damit ein Befehl übermittelt Diese Zungenfrequenzrelais besitzen zwar eine außerordentlich
scharfe Resonanz; da es aber nicht möglich ist, sämtliche einer bestimmten Frequenz zugeordneten
Relais bzw. Stahlzungen genau auf die betreffende Resonanzfrequenz abzustimmen, ist es bei der Verwendung
solcher Zungenfrequenzrelais notwendig, bei der Befehlsübermittlung die Sendefrequenz über einen
bestimmten Frequenzbereich pendeln zu lassen, um ίο dadurch das Ansprechen aller derjenigen Relais zu
gewährleisten, die der pendelnden Frequenz zugeordnet sind. Bei den Zungenfrequenzrelais hat sich
im übrigen gezeigt, daß das Abstimmen der Zungen nicht einfach ist und wesentliche Mühe verursacht.
Weitere Nachteile dieser Relais bestehen in der Erzeugung starker Geräusche, zu deren Unterdrückung
verhältnismäßig umständliche Maßnahmen getroffen werden müssen.
Es sind ferner Ferrarisrelais mit abgestimmten ao Kreisen in nur einem Spulensystem, z. B. im Spannungssystem,
bekannt. Mit diesen Relais wurde jedoch nur die Umschaltung eines Kontaktes beim
Überschreiten einer bestimmten Frequenz vorgenommen. Es kann daher bei dieser Ausführung nicht von
einer selektiven Frequenzauswahl gesprochen werden. Demgegenüber bestehen die Vorteile des Erfindungsgegenstandes im wesentlichen darin, daß das neue
Relais ebenso hoch selektiv ist wie das bekannte Zungenfrequenzrelais. Außerdem kann man bei geeigneter
Bemessung der Schaltelemente eine Bandfilterwirkung erzeugen, wodurch Frequenzpendelungen
auf der Senderseite bei der Übermittlung von Befehlen überflüssig gemacht sind. Die Bandfilterwirkung
ermöglicht übrigens eine äußerst einfache Abstimmbarkeit. Als weiterer Vorteil ist das völlig
geräuschlose Arbeiten des Relais zu nennen. Schließlich ist größte Betriebssicherheit bei billigster Herstellung
dadurch gewährleistet, daß das neue Relais in allen seinen Teilen einer erprobten Fabrikation
(Zählerfabrikation) entstammt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsbeispiele veranschaulicht.
Fig. ι zeigt ein nach dem Ferrarisprinzip arbeitendes
Relais, dessen Grundschaltung in Fig. 2 gezeigt ist; Fig. 3a, 3b und 4a bis 4c zeigen Diagramme;
Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei dem Beispiel nach Fig. 1 besteht das eigentliche
Relais aus einem normalen Zählersystem mit dem mit der Spannungswicklung xa versehenen Spannungseisen
i, dem mit den Teilwicklungen 2O und 2b versehenen
Stromeisen 2 und der Systemscheibe 3. Die Systemscheibe 3 trägt einen Kontaktarm 4 und wird
durch eine Spiralfeder 5 in einer End- bzw. in der Ruhelage gehalten, in der der Kontaktarm 4 gegen
den Anschlag 6 anliegt. Ferner arbeitet mit dem Kontaktarm 4 ein Kontakt 7 zusammen, der beispielsweise
über die Leitung 8, 9 mit einem Relais 10 in Verbindung steht, dessen Kontakt 11 seinerseits
den gewünschten Steuervorgang auslöst.
In Fig. 2 ist die Grundschaltung zu Fig. 1 übersichtlich
dargestellt. Bei diesem Beispiel befindet sich das Spannungsspulensystem in Serienresonanzschaltung
und das Stromspulerisystem in Parallelresonanzschaltung. Hierbei ist die Induktivität der
Spannungsspule ia mittels eines Kondensators C0 auf
Serienresonanz abgestimmt. Die Induktivitäten der Stromspulen 2a und 2b sind dagegen mittels eines
Kondensators C2 auf Parallelresonanz abgestimmt. Ferner sind dem abgestimmten Spannungs- und
Stromsystem des Relais die beiden Serienresonanzkreise C1, L1 und C1, L1 vorgeschaltet. Hierdurch
entsteht eine Erhöhung der Eigenselektivität und bei geeigneter Bemessung der Schaltelemente (Induktivitäten,
Kondensatoren) auch eine Bandfilterwirkung, bei welcher das Parallelsystem 2a, 2b und C2
als Querleitwert und das Seriensystem C0, io als Abschlußimpedanz
eines Bandpasses eingeschaltet sind. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 sei die
Arbeits- und Wirkungsweise der Einrichtung gemäß Fig. ι wie folgt erläutert:
Beim Eintreffen eines Wechselstromimpulses einer Frequenz, welche innerhalb der Lochgrenzen des
oben beschriebenen Bandpasses liegt, entwickelt sieb auf der Scheibe 3 ein Drehmoment entgegen demjenigen
der Spiralfeder 5, wodurch während der Dauer des Impulses der Kontakt 4, 7 geschlossen und das
Relais 10 erregt bleibt.
Das Zustandekommen des Drehmomentes ist in den Fig. 4a bis 4c veranschaulicht. Aus Fig. 4a ist
ersichtlich, daß die am Seriensystem ia, C0 herrschende,
aus den Teilspannungen Yj1, V0 resultierende
Spannung V und der in dem Seriensystem fließende Strom J1 in Phase sind. Aus Fig. 4b ergibt sich, daß
die am Parallelsystem 2O, 2b, C2 herrschende Spannung
V mit voreilender Phase gegen den in den Stromspulen 2O, 2b fließenden Strom J2 verschoben ist,
wobei die Spannung V mit derjenigen in Fig. 4a identisch ist. Dabei sind für diese Betrachtungsweise
die beiden vorgeschalteten Resonanzkreise C1, L1 und
C1', L1 kurzgeschlossen zu denken. Fig. 4c zeigt das
Entstehen der beiden Flüsse (Stromtriebfluß und Spannungstriebfluß) in den beiden Systemen. Da die
Flüsse den Strömen proportional sind und in der Phase mit ihnen übereinstimmen, ergibt sich durch
das Zusammenwirken der beiden um den Winkel ψ ίΞ 90r gegeneinander verschobenen Flüsse ein
Drehmoment.
Ändert sich die Frequenz um einen bestimmten Betrag nach oben, so ergibt sich dadurch, daß 1. der
Strom J1 in seiner Größe rasch abnimmt, 2. der
Strom J2 in seiner Größe ebenfalls abnimmt und daß 3. der Phasenwinkel ψ wesentlich abnimmt.
Infolge dieser Gründe, nämlich der größenmäßigen Abnahme von J1, /ä und ψ, wird das Drehmoment
mit steigender Frequenz rasch kleiner. Etwas ähnliches geschieht bei sinkender Frequenz mit dem Endresultat,
daß auch für diesen Fall das Drehmoment ibenfall rasch abnimmt.
Aus der obigen Feststellung über die Frequenz- iao abhängigkeit ist ersichtlich, daß das in seinen Spulensystemen
abgestimmte Relais auch ohne vorgeschaltete Resonanzkreise C1, L1 und L1, C1 eine bestimmte
Selektivität, die sogenannte Eigenselektivität, aufweist. Diese Eigenselektivität genügt jedoch nicht für
die meisten in der Praxis vorkommenden Fälle. Aus
diesem Grunde wird die Selektivität erfindungsgemäß dadurch weiter erhöht, daß im abgestimmten System
des Relais die beiden Serienresonanzkreise C1, L1 und
C1' und L1 gemäß Fig. ι und 2 vorgeschaltet werden.
Dadurch wird eine außerordentlich hohe Selektivität, verbunden mit einer äußerst zweckmäßigen Bandfilterwirkung
erreicht, die das Relais an Stelle des Zungenfrequenzrelais einzusetzen gestattet.
Im Zusammenhang mit vorstehendem sei noch darauf hingewiesen, daß der Begriff der Selektivität
unabhängig ist von dem der Bandfilterwirkung. Dies soll an Hand der Fig. 3 a und 3 b kurz geschildert
werden. Die Selektivität eines Resonanzkreises wird durch die Steilheit der Kurvenflanken dargestellt.
Je höher diese Flankensteilheit ist, um so selektiver ist das Resonanzsystem. In den beiden Diagrammen
nach den Fig. 3 a und 3 b haben die Resonanzkurven die gleiche Steilheit. Es handelt sich also um Systeme
gleicher Trennschärfe. Während aber Fig. 3 a die normale scharfe Resonanzspitze eines Resonanzsystems
ohne Bandfilterwirkung zeigt, bei der also das System nur auf eine einzige, ganz bestimmte
Frequenz anspricht, zeigt im Gegensatz dazu Fig. 3 b ein System mit Bandfilterwirkung, wie sie durch die
Einrichtung nach Fig. 1 bzw. die Schaltung nach Fig. -2 erreicht wird. Dieses System spricht auf ein
beliebiges, mehr oder weniger breites Frequenzband an. Aus dem Vergleich der beiden Fig. 3 a und 3b
ergibt sich, daß beide Resonanzkreise dieselbe Selektivität besitzen, während ihre Ansprechfrequenzen
voneinander durchaus verschieden sind.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einrichtung eignet sich vornehmlich zum Empfang von Signalen
in Impulsform einer bestimmten Frequenz bzw. eines bestimmten Frequenzbandes.
Im Gegensatz zu vorstehendem kann das Relais auch zum Empfang von Dauersignalen verwendet
werden. Fig. 5 stellt eine entsprechende Ausführungsform dar. Das Spannungssystem 1' ist an den Kon-
takten 12 und 13 angeschlossen. Das Stromsystem 2' weist zwei verschiedene Wicklungen 2a' und 2b' auf,
die wahlweise durch den Kontakt 14 eingeschaltet werden können. Die Umschaltung des Stromsystems
erfolgt derart, daß die Scheibe 3 in der einen Schaltstellung des Kontaktes 14 in einem bestimmten Sinne
und in der anderen Schaltstellung im entgegengesetzten Sinne sich dreht. Die Systemscheibe 3 betätigt
über eine Übersetzung U, die lediglisch schematisch dargestellt ist, die Kontakte 12, 13, 14, 15, von
denen der letztere beispielsweise mit dem Umschaltrelais 16 für Hoch- und Niedertarifumschaltung verbunden
ist.
Als erster Serienkreis des Bandpasses ist der Resonanzkreis C1, L1 dem Ganzen vorgeschaltet. In
Serie zu je einer Spulenhälfte des Stromsystems 2a'
oder 2b befindet sich ferner der Serienresonanzkreis
L1, C1". Der Kondensator C1" ist aus den Kondensatoren
C1' und C0 der Fig. 1 und 2 zusammen-
gesetzt, wobei C1" = ist. Bei dieser Schaltung
liegt nun im Gegensatz zu den Schaltungen nach den Fig. ι und 2 die Spannungsspule mit dem Kondensator
C2 in Parallelresonanzschaltung als Querleitwert, während die Stromspulen 2a' und 2b' mit dem
Kondensator sich als Abschlußimpedanz in Serienresonanzschaltung befinden.
Durch die Kontakte 12 und 13 können die beiden
Serienresonanzkreise C1, L1 und L1, C1" auf zwei verschiedene
Resonanzfrequenzen abgestimmt werden, wodurch die Scheibe 3 des Relais bei Sendung einer
bestimmten Frequenz sich wahlweise so lange dreht, bis die Kontakte 12, 13, 14 ihre Umschaltung durchgeführt
haben. Dann steht die Scheibe still. Sie beginnt erst wieder, und zwar im entgegengesetzten
Sinne sich zu drehen, wenn die andere Resonanzfrequenz, auf die nun die Serienresonanzkreise C1, L1
und C1", L1 durch die Umschaltung der Kontakte 12
und 13 abgestimmt sind, eintrifft.
Bei diesem System (Fig. 5), welches zum Empfang von Dauersignalen verwendet wird, erfolgt die Auswahl
des Befehles, wie geschildert, durch die Sendung je einer von zwei verschiedenen Frequenzen. Je
nachdem die eine oder andere Frequenz eintrifft, dreht sich die Scheibe vorwärts oder rückwärts. Durch
diese Drehung schaltet sich das Relais selber um und dadurch auch ab. Nach Abschluß eines Steuervorganges
kann das Relais nur noch durch Sendung der anderen Frequenz zum Ansprechen gebracht werden.
Das Relais gemäß der Erfindung eignet sich besonders zum Empfang von Impulsen oder Dauer-Signalen
in Form von Mittelfrequenzströmen (etwa 300 bis 1000 Hz).
Folgende besonderen Ausführungsmöglichkeiten sind als in den Rahmen der Erfindung gehörend anzusehen:
Zur besseren Anpassung der Kondensatorgröße an die vorhandenen Wicklungsverhältnisse kann entweder
der Kondensator des Parallelresonanzkreises an einer Teilwicklung der Spule angeschlossen werden,
oder es kann die Zuführung der Spannung zum Parallelresonanzkreis an einer Teilwicklung der Spule
erfolgen.
Die Erfindung ist an Hand eines nach dem Ferrarisprinzip arbeitenden Relais erläutert worden. Selbstverständlich
kann auch ein beliebiges anderes, mit einem wattmetrischen System versehenes Relais Ver-Wendung
finden. So kann das Relais z. B. auch aus einem eisengeschlossenen Drehfeldsystem mit zwei
phasenverschobenen Wicklungen und einem Trommelanker mit Käfigwicklung, ähnlich einem Motor, bestehen.
Claims (10)
1. Frequenzrelais mit wattmetrischem System, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Spule des
wattmetrischen Systems mit einem Kondensator in Serienresonanz und die andere Spule mit einem
Kondensator in Parallelresonanz geschaltet ist und eine weitere Erhöhung der Ansprechsicherheit dadurch
erreicht wird, daß diese Resonanzkreise durch weitere vorgeschaltete Resonanzkreise zu iao
einem Bandfilter zusammengeschaltet sind.
2. Frequenzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Spannungsspulensystem in Serienresonanz geschaltet ist, während sich das
Stromspulensystem in Parallelresonanzschaltung befindet.
3· Frequenzrelais nach Anspruch ι, dadurch
gekennzeichnet, daß das Spannungsspulensystem in Parallelresonanz geschaltet ist, während sich
das Stromspulensystem in Senenresonanzschaltung befindet.
4. Frequenzrelais nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Resonanzkreisen
des Spannungs- und des Stromspulensystems mindestens zwei Serienresonanzkreise vorgeschaltet
sind.
5. Frequenzrelais nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator des
die Abschlußimpedanz bildenden Serienresonanzkreises des einen Spulensystems und der Kondensator
des einen vorgeschalteten Serienresonanzkreises zu einem einzigen Kondensator vereinigt
sind.
6. Frequenzrelais nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator des
Parallelresonanzkreises an einer Teilwicklung der zugehörigen Spule angeschlossen ist.
7. Frequenzrelais nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der
Spannung zum Parallelresonanzkreis an einer Teilwicklung der zugehörigen Spule erfolgt. as
8. Frequenzrelais nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Empfang von Dauersignalen zweier verschiedener Frequenzen
die die Frequenzauswahl bestimmenden Schaltelemente umschaltbar ausgebildet sind und die
Umschaltung durch das Relais selbst erfolgt.
9. Frequenzrelais nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung des
wattmetrischen Systems zweiteilig ausgeführt ist, derart, daß durch Umschaltung auf die eine oder
andere Hälfte der Wicklung eine Änderung des Drehsinnes der Systemscheibe erzielt wird.
10. Frequenzrelais nach den Ansprüchen 1 bis 5,
gekennzeichnet durch die Verwendung eines Ferrariszählersystems mit Spannungs- und Stromeisen,
sowie Triebscheibe, welche mit einem Kontakt versehen ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 9510 6.54
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