DE913448C

DE913448C - Frequenzrelais mit wattmetrischem System

Info

Publication number: DE913448C
Application number: DEL3510D
Authority: DE
Inventors: Georges Ogurkowski
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1942-03-26
Filing date: 1942-04-18
Publication date: 1954-06-14
Also published as: US2415653A; FR888945A; CH223866A; BE448376A; GB568390A; NL59082C

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 x_a versehenen Spannungseisen i, dem mit den Teilwicklungen 2_O und 2_b 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 i_a mittels eines Kondensators C₀ auf Serienresonanz abgestimmt. Die Induktivitäten der Stromspulen 2_a und 2_b 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 2_a, 2_b und C₂ als Querleitwert und das Seriensystem C₀, i_o 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 i_a, 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 2_O, 2_b, C₂ herrschende Spannung V mit voreilender Phase gegen den in den Stromspulen 2_O, 2_b 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 90^r 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 2_a' und 2_b' 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 2_a' oder 2_b 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 2_a' und 2_b' 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

PATENTANSPRÜCHE:

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