CH246810A

CH246810A - Sperrkreis in Tonfrequenz-Fernsteueranlage.

Info

Publication number: CH246810A
Authority: CH
Inventors: Ag Landis Gyr
Original assignee: Landis & Gyr Ag
Priority date: 1945-07-06
Filing date: 1945-07-06
Publication date: 1947-01-31

Description

Sperrkreis in Tonfrequenz-Fernateueranlage. Die Erfindung betrifft einen Sperrkreis in einer Tonfrequenz-Fernsteueranlage mit nur einer netzüberlagerten Steuerfrequenz mit dem Zweck, eine für den Betrieb der Empfängerrelais ausreichende Stabilität der Tonfrequenz-Steuerspannung zu erhalten.

In Fernateueranlagen mit netzüberlagerter Tonfrequenz, bei denen die Übertragung der Steuerbefehle mit nur einer Frequenz erfolgt, ist es notwendig, dass im ganzen zu steuern den Netz eine möglichst gleichmässige Span nungsstabilität der überlagerten Tonfrequenz spannung aufrechterhalten wird. Dies ist be sonders wichtig im Hinblick auf die einwand freie Funktion der Empfänger, die zu ihrem Betrieb einer bestimmten Minimalspannung bedürfen. Grössere Spannungsabfälle der Ton frequenzsteuerspannung müssen deshalb ver mieden werden.

Ebenso unerwünscht sind anderseits durch Resonanzerscheinungen be- RTirkte Spannungserhöhungen, die bekannt lich in mit Phasenkompensationskondensato- ren ausgerüsteten Netzteilen auftreten kön nen.

Diese Spannungserhöhungen bedingen nun in einzelnen Netzteilen eine erhöhte Sen deleistung. Normalerweise fühxt dies aber wiederum in benachbarten Netzteilen zu Spannungsabfällen, die aus dem oben erwähn ten Grunde unerwünscht sind. Spannungen der Steuerfrequenz, die ca.

12 % der Netz spannung überschreiten, bedingen Licht schwankungen, die besonders dann unange nehm sind, wenn die Übertragung der Steuer- befehle mit durch Tasten erzeugte Impulse vorgenommen wird. Daraus geht hervor, dass der Idealzustand in einer möglichst konstan ten, zum vorneherein einstellbaren und über das ganze Netz. gleichmässig verteilten Steuer spannung liegt.

Schaltelemente, die in Starkstromnetzen Spannungserhöhungen der Tonfrequenzspan- nung erzeugen können, sind namentlich Stark stromkondensatoren, die zur Phasenverbesse rung dienen.

Diese sind teils konzentriert un- mittelbar an den Klemmen der Ortstransfor matoren angeschlossen, anderseits aber auch sehr oft in grossen Stückzahlen dezentralisiert an induktiven Verbrauchern, wie Motoren USW., über ein grösseres:

Netz verteilt mon tiert. Diese erzeugen nun in Verbindung mit unvermeidlichen und im Netz stets vorhande nen Serieinduktivitäten die vorerwähnten Spannungserhöhungen. Diese sind besonders dann ziemlich hoch, wenn das betreffende Netz eine geringe Belastung aufweist. Die in Frage stehenden und in Verbindung mit den Kondensatoren stehenden Serieinduktivitäten sind die Transformatoren und längere Frei leitungen.

Der Sperrkreis in einer Tonfrequenz Fernsteueranlage nach der Erfindung kenn zeichnet sich nun dadurch, dass zur Sekundär wicklung eines äusserst verlustarmen Trans formators, dessen Primärwicklung in Serie mit dem die Stabilität der Steuerspannung störenden Netzteil liegt, ein Kondensator par- allel geschaltet ist, wobei der durch den letz teren und die Erregerinduktivität des, Trans formators gebildete Parallelresonanzkreis:

auf die Steuerfrequenz abgestimmt und sein Re sonanzwiderstand so bemessen ist, dass sich eine für den Betrieb der Empfängerrelais ausreichende Stabilität der Tonfrequenz- Steuerspannung ergibt.

Durch entsprechende Wahl der Schaltele mente des Sperrkreises kann ein beliebig wählbarer Resonanzwiderstand erhalten wer den. Im Falle, dass der steuerspannungserhö- hende Netzteil vollständig abgeriegelt werden kann, wird der Resonanzwiderstand so hoch eingestellt, dass der Sperrkreis die volle Sperr- wirkung für die Steuerfrequenz ausübt. Muss hingegen der betreffende Netzteil mitge steuert werden, so wird der Resonanzwider stand niedriger eingestellt, so dass nur eine Dämpfung der Steuerfrequenz entsteht.

Im folgenden ist der Erfindungsgegen- stand in Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt: Fig. 1. einen normalen Parallelresonanz kreis, Fig. 2 einen Sperrkreis gemäss der Erfin dung, Fig. 3. ein dazu gehöriges Ersatzschema, Fig. 4 den Sperrkreis in einer Anlage, Fig. 5 einer Kondensatorbatterie vorge- schaltete Sperrkreise, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel des Sperr- kreis-Transf ormators.

In der Fig. 1 ist das Schema eines nor malen Parallelresonanzkreises, bestehend aus einer Induktivität L und einer Kapazität C dargestellt. Er soll auf die Steuerfrequenz abgestimmt sein, so dass
EMI0002.0048
wo c)st = 2 91 f st und f st die Steuerfrequenz bedeutet. Daraus ist ersichtlich, dass für kon stantes ProduktL . C die WerteL und C selbst noch beliebig gewählt werden können.

Der Resonanzwiderstand berechnet sich zu
EMI0002.0054
Dabei bedeutet r N den Wechselstrom-Verlus@twiderstand des Reso nanzstromkreises. Daraus geht umgekehrt hervor, dass für einen bestimmten vorgegebe nen Resonanzwiderstand der Quotient
EMI0002.0058
be stimmt ist. Schreibt man daher dem greis die Steuerfrequenz und den Resonanzwider stand vor, so ist dadurch das ProduktL .C bezw. der Quotient
EMI0002.0065
bestimmt. Daraus kön nen die Werte von L und C selbst bestimmt werden.

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Sperrkreises gemäss der Erfindung dar gestellt. Dieser besteht aus einem Transfor mator Tr mit einer Primärwicklung WI und einer Sekundärwicklu4g w, und zu letzterer parallel geschalteter Kapazität C.

Der in Frage stehende Transformator muss- einen speziellen Eisenkern und stark gekoppelte Primär- und Sekundärwicklungen aufweisen. Er hat bestimmten Forderungen zu genügen;

insbesondere müssen die Tonfrequenzverluste äusserst klein sein, die unvermeidlichen Streu- reaktanzen so klein wie möglich gehalten wer den und ausserdem muss eine lineare Magneti- sierungskurve erreicht werden. Für den Durchgang des 50 N Netzstromes ist eine möglichst geringe Induktivität wünschens wert.

Der induktive Spannungsabfall soll nicht mehr @ wie maximal 2 % der Netzspan nung betragen. Dies wird durch eine Reduk tion der induktiven Verluste erreicht. Ausser dem erzeugt der induktive Spannungsabfall bei 50 N beim Sperren am Kondensator eine Spannungserhöhung. Da die Kondensatoren auf Spannungserhöhungen äusserst empfind lieh sind, soll dieser Wert so klein als möglich gehalten werden.

Durch die Verwendung eines Transformators als induktives Schalt element des Parallelresonanzkreises lassen sich Kondensatoren handelsüblicher Grösse verwenden. Die Induktivität L soll natürlich möglichst klein sein, um geringe Spannungs- abfälle für die Netzfrequenz zu -erhalten. Dies bedingt aber Kondensatoren grosser Ka pazität, die im Handel kaum erhältlich sind.

Durch Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Traüsformators hat man es nun in der Hand, die Spannung am Kondensator belie big hoch zu machen und den Kapazitätswert beliebig klein zu halten, so dass. ein handels üblicher Kondensator verwendet werden kann.

In dem in. der Fig. 3 dargestellten Ersatz schema des Parallelkreises mit Transformator der Fig. 2 bedeutet L1 .die Erregerinduktivi- tät des Transformators, L61 die primäre und Lee die .auf die Primärseite übersetzte s,

e#kundär@e Streuinduktivität und C2 die auf die Primär seite übersetzte Kapazität des Koedensa- tors C.

Die Übersetzungsfaktoren errechnen sich aus den Quadraten des Übersetzungsver- hältnisses. Aus diesem Schema ist ohne wei teres ersichtlich, dass die Streuinduktivitäten des Transformators gering gehalten werden müssen, da sonst die Gefahr von Seriereso- nanzen besteht, die die Wirkungsweise des Parallelkreises illusorisch machen würden.

In der Fig. 4 ist ein Anwendungsbeispiel der Sperrkreise in einer Anlage, bei der die diversen Kondensatoren K1, K2, K3 dezentra lisiert an den Klemmen von Motoren Ml, M2, M', angeschlossen sind, zur Darstellung ge kommen.

Zur Unterdrückung der gegebenen falls durch Serieresonanz mit den Streuinduk- tivitäten der Transformatoren T1 und TZ ent stehenden Erhöhung der Steuerspannung wer den in die gemeinsame Zuleitung zu dem mit den Kondensatoren ausgerüsteten Netz, z. B. zwischen den Sammelschienen S1 und S, Sperrkreise der beschriebenen Art SK1, SK2 und SK, eingeschaltet.

Da hier das die Kon densatoren enthaltende Netz mitgesteudrt werden soll, dürfen die Resonanzwiderstände der Sperrkreise SK nur relativ gering sein; anderseits müssen die Sperrkreise in allen drei Phasen vorgesehen werden, wenn sie be friedigend wirken sollen.

Die Fig. 5 zeigt eine besondere Anwen dung der Sperrkreise zum Abriegeln der Steuerfrequenz von einer Kondensatorbatterie K, die über einen Schalter S direkt an das Netz RST angeschlossen, ist.

Hier werden die einen relativ hohen Resonanzwiderstand auf- weisenden Sperrkreise SK, und SK6 zwischen dem Schalter S und der Kondensatorbatterie K in nur zwei Phasen eingeschaltet, denn eine solche Abriegelung genügt in einem solchen Falle vollständig. Die Unsymmetrie der Steuerspannungen der drei Phasen ist dabei um so geringer, je geringer die durch die Sperrkreise,

infolge nicht ganz vollständiger Abriegelung, noch durchfliessenden steuer- frequenten Ströme sind. Da die Sperrwir kung in diesem Falle genügend hoch ist, kann diese Unsymmetrie vernachlässigt werden, weil die dadurch erzeugten Spannungsabfälle ausserordentlich klein sind.

Spezielle Aufmerksamkeit muss nun der Ausbildung des Transformators geschenkt werden. Es kommt nur eine äusserst verlust arme Ausführung in Frage. Durch einen aus- reichenden Luftspalt muss dafür gesorgt wer den, dass die erregenden Amperewinduugen des 50 N Netzstromes keine Sättigung er zeugen. Es treuen sonst Modulationen der Tonfrequenz auf, die die Sperrwirkung sehr stark reduzieren und im übrigen uner wünschte Nebenerscheinungen zeigen.

Um die Verluste klein zu halten, muss der gesamte Luftspalt in viele kleinere Luftspalte verteilt werden. Bei wenigen, aber grossen Luftspalten erzeugen die ,seitlich aus, dem Blech austre tenden Kraftlinien Wirbelstromverluste. Diese können durch die erwähnte Massnahme der vielfach unterteilten Luftspalte stark .redu ziert werden. Ebenso ist der Ausbildung des Jochquerschnittes besondere Aufmerk samkeit zu schenken.

Es muss- prinzipiell so vorgegangen werden, dass die Induk tion im Jochquerschnitt ebenso gleichmässig verteilt ist wie im Kern. Zu diesem Zweck muss der Querschnitt des Joches demjenigen des Kernes angepasst werden. Wie bereits, er wähnt, spielt auch die Streuung eine mass gebende Rolle. Durch eine äusserst innige Ver- bindung von Primär- und Sekundärwicklung wird eine genügend kleine Streuung erreicht.

Zur Reduktion zusätzlicher Wirbelstromyer- luste müssen ferner die Befestigungsbolzen i.nd die übrigen dem tontrequenten Feld ausgesetzten Konstruktionsteile aus nieht- ferromagnetischem. Material bestehen.

In der Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sperrkreis-Transformators dargestellt. Es bedeutet darin 1 ein Peilstück des mehr fach unterteilten rechten Kernes., 2 einen Teilluftspalt. Die besondere Querschnittsform der beiden Joche 3 ist aus der Figur deutlich erkennbar. Die Pressplatten 4, 5 und die Press- bolzen 6 bestehen,

wie oben bereits erwähnt wurde, aus nichtferromagnetischem Material. 7 ist ein Isolationszylinder zur Isolation der Wicklungen gegen Masse, 8 die primäre und 10 die sekundäre Wicklung. Diese beiden Wicklungen sind durch einen verhältnis mässig sehr dünnen Isolationszylinder 9 von einander isoliert.

Der beschriebene Sperrkreis gestattet, die die Spannungsstabilität störenden Anlage teile abzuriegeln oder ihrenEi influss zu dämpfen. Dadurch wird im ganzen Netz eine konstante Steuerspannung erzielt. Dies. führt zu ganz bedeutender Einsparung von Sende energie und gestattet trotzdem einen zuver lässigen Betrieb der Empfängerrelais. Ebenso werden leicht Schwankungen vermieden.

Ein weiterer indirekter Vorteil besteht in der Unterdrückung von der Steuerfrequenz be nachbarten, störenden Oberwellen. Durch Ver wendung eines Eisenkernes wird die ganze Anordnung äusserst gedrängt, so dass sie leicht in be@te-henden Anlagen in den Zug der Lei tung eingeraut werden kann.

Durch die mög liche Anpassung durch entsprechende Wahl der Wicklungen und. des Kondensators an alle vorkommenden Netzverhältnisse ergibt sich im weiteren eine billige Ausführung, was eine wichtige Forderung für die allge meine Verwendung in Tonfrequenzsteueran- lagen darstellt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Sperrkreis in Tonfrequenz-Fernsteuer- anlage mit nur einer netzüberlagerten Steuer frequenz, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sekundärwicklung eines äusserst verlustarmen Transformators, dessen Primärwicklung in Serie mit dem die Stabilität der SteuersPan- nung störenden Netzteil liegt, ein Konden sator parallel geschaltet ist,

wobei der durch den letzteren und die Erregerinduktivität des Transformators gebildete Parallelresonanz- kreis auf die Steuerfrequenz abgestimmt und sein Resonanzwiderstand so bemessen ist, dass sich eine für den Betrieb der Empfängerrelais ausreichende Stabilität der Tonfrequenz- Steuerspannung ergibt.

UNTERANSPRüCRE 1. Sperrkreis- in Tonfrequenz-Fernsteuer- anlage nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Erregerinduktivität des Transformators und der Kondensator solche Werte aufweisen und so aufeinander abge stimmt sind, dass der von ihnen gebildete Parallelresonanzkreis einen die Steuerfre quenz vollständig sperrenden, hohen Reso- nanzwiderstand aufweist. 2.

Sperrkreis in Tonfrequenz-Fernsteuer- anlage nach Patentanspruch, dadurch gekenn-_ zeichnet, dass. die Erregerinduktivität des Transformators und der Kondensator solche Werte aufweisen und so aufeinander abge stimmt sind, dass der von ihnen gebildete Parallelresonanzkreis einen den Steuerfre- quenzstrom nur reduzierenden Resonanzwi derstand aufweist.

3. Sperrkreis in Tonfrequenz-Fernsteuer- aniage nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, d@ass, der Eisenquerschnitt und die Wirkung des Transformators so bemessen sind, dass letzterer vom durchgehenden netz- frequenten Strom nicht gesättigt wird, und dass eine Luftspaltanordnung vorgesehen ist, derart,

dass nur ein lineares Stück der Magne- tisierungscharakteristik benutzt wird. 4. Sperrkreis in Tonfrequenz-Fernsteuer- anlage nach Patentanspruch und- Unteran- spruch 3, dadurch .gekennzeichnet, dass die Luftspaltanordnung des Transformators aus vielen schmalen Luftspalten besteht, die gleichmässig über den Eisenkern verteilt sind. 5.

Sperrkreis in Tonfrequenz-Fernsteuer- anlage nach Patentanspruch und Unteran- Spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dag der Jochquerschnitt des Transformators so be messen ist, dass 'die Jochinduktion in jedem Punkt des Querschnittes gleich derjenigen im gern ist. 6.

Sperrkreis in Tonfrequenz-Fernsteuer- anlage nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass der Transformator möglichst eng gekoppelte Primär- und Sekundärwick lungen aufweist. 7.

Sperrkreis in Tonfrequenz-Fernsteuer- anlage nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die nicht zum magnetischen greis gehörigen, dem Tonfrequenz-graft- linienfeld ausgesetzten Konstruktionsteile des Transformators aus nichtferro.magnetischem Material bestehen.