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Verfahren und Anordnung zum Umschalten einer Last von einem Schwingungserzeuger
auf einen Ersatzschwingungserzeuger Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
phasenrichtiges Umschalten einer Last von einem Röhrenbetriebsgenerator auf einen
Röhrenersatzgenerator, insbesondere in Trägerfrequenzsystemen vorzunehmen. Vielfach
werden in solchen Anlagen Röhrengeneratoren, um eine hohe Betriebssicherheit zu
erhalten, in doppelter Ausführung. als Betriebsgenerator und Ersatzgenerator vorgesehen.
Im normalen Betriebszustand ist der Betriebsgenerator auf den Verbraucher geschaltet,
während erst bei Störung des Betriebsgenerators eine Umschaltung des Ersatzgenerators
von Hand aus oder selbsttätig auf den Verbraucher vorgenommen wird. Ebenso kann,
wenn an dem Betriebsgenerator Überwachungsmessungen durchgeführt werden sollen,
der Betriebsgenerator ab- und der Ersatzgenerator angeschaltet werden. In vielen
Fällen ist es notwendig, den Ersatzgenerator phasengleich oder mit einer bestimmten
Phasendifferenz gegenüber dem Betriebsgenerator, die einen genauem vorbestimmten
Wert haben muB, an den Verbraucher anzuschalten. Phasengleichheit während dies Umschaltvorganges
ist z. B. dann erforderlich, wenn der Generator als Trägerstromerzeuger eines Trägerstromsystems
dient, über das Wechselstromtelegraphie übertragen wird. Ein Phasensprung, der durch
phasenunrichtige Umschaltung hervorgerufen wurde, könnte in einem solchen System
eine Verfälschung der Zeichen ergeben.
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Es ist bekannt, daB man Phasengleichheit innerhalb eines bestimmten
Zeitabschnittes, innerhalb dessen die Umschaltzeit liegt, dadurch erzielen kann,
daß man die Frequenz des Ersatzgenerators
genau mit der Frequenz
des Betriebsgenerators in Übereinstimmung bringt. Bei einer bekannten Ausführungsform
arbeiten Betriebsgenerator und Ersatzgenerator je auf die gleiche Last, und zwar
arbeitet der Betriebsgenerator auf den Verbraucher und der Ersatzgenerator auf eine
Nachbildung, um gleiche Verhältnisse für beide Generatoren zu haben. Unter Benutzung
einer Meßvorrichtung wird nun der Ersatzgenerator so nachgestimmt, daß seine Schwingungen
die gleiche Frequenz und Phase und die gleiche Amplitude wie die Schwingungen des
Betriebsgenerators aufweisen. In diesem Zeitpunkt erfolgt dann die Umschaltung.
Die Genauigkeit muß hierbei sehr groß sein, da z. B. bei der Umschaltung in einem
Trägerstromsystem, auf welches Wechselstromtelegraphie übertragen wird, Phasengleichheit
verlangt werden muß. Eine solche genaue Frequenzeinstellung des Ersatzgenerators
kann jedoch unter Umständen nur sehr schwer erreicht werden, auf jeden Fall bedarf
es hierzu geschulten Personals.
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Bei einer anderen bekannten Umschalteeinrichtung sind die beiden Trägerfrequenzspannungen
vor der Parallelschaltung durch phasenregelnde Glieder derart gegeneinander phasenverschoben,
daß die am gemeinsamen Belastungswiderstand auftretende resultierende Spannung im
Betrag gleich jeder einzelnen Generatorspannung ist.
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Um sicherzustellen, daß beide Generatoren die gleiche Frequenz erzeugen,
ziehen dabei die beiden Generatoren sich gegenseitig mit. Mit dieser Anordnung können
jedoch nur dann zufriedenstellende Resultate erzielt werden, wenn die Eigenfrequenzen
der beiden Generatoren übereinstimmen. Dies ist aber im allgemeinen nicht der Fall.
Sind beispielsweise die Generatoren, z. B. wenn es sich um Generatoren in Trägerfrequenzanlagen
handelt, mit Schwingkreisen als frequenzbestimmende Elemente ausgerüstet, so sind
ihre Eigenfrequenzen, auf lange Zeit gesehen, nicht so konstant, daß ein phasenrichtiges
Umschalten der Anordnung gewährleistet ist.
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Die Erfindung ermöglicht nun eine große Genauigkeit der Frequenzübereinstimmung
zwischen Betriebsgenerator und Ersatzgenerator im Zeitpunkt des Umschaltens. Gemäß
der Erfindung wird nach Inbetriebsetzung sowohl ein Mitziehen des Ersatzgenerators
durch den Betriebsgenerator bewirkt als auch die Eigenfrequenz des Ersatzgenerators
durch Einstellung der beiden Generatoren auf gleiche Phase oder einen gleichen konstanten
Phasenwinkel gleich der des Betriebsgenerators gemacht und dann erst die Umschaltung
vorgenommen.
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Die Erfindung geht davon aus, daß beim Mitziehen des Ersatzgenerators
die Anforderungen an die Frequenzübereinstimmung der beiden Generatoren wesentlich
geringer sind als bei frei schwingenden Generatoren, daß also die Frequenzeinstellung
bei einem mitgezogenen Generator wesentlich einfacher ist und auch von ungeschultem
Personal vorgenommen werden kann. Insbesondere kann bei einem mitgezogenen Generator
zur Her-Stellung der Frequenzgleichheit zwischen Betriebsgenerator und Ersatzgenerator
auf gleiche Phase oder einen gleichen konstanten Phasenwinkel der beiden Schwingungen
eingestellt werden.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Die
Figur zeigt ein Schaltschema einer Umschaltanordnung als Ausführungsbeispiel für
die Erfindung. Der Betriebsgenerator ist mit GI, der Ersatzgenerator mit GI, bezeichnet.
In der Schalterstellung des Schalters i, bei der das Schaltorgan 2 in die linke
Endstellung, die beispielsweise mit Betrieb I bezeichnet ist, gebracht ist, arbeitet
der Generator GI über den Kontakt u des schnell schaltenden U-Relais auf die Last,
die z. B. durch Modulatoren gebildet sein kann. In dieser Schalterstellung wird
der Ersatzgenerator GI,
von GI nicht mitgezogen, da der Schalterkontakt I
geöffnet ist. Ebenso zieht auch der Generator GII den Generator GI nicht mit, da
der Relaiskontakt rII des Relais R geöffnet ist.
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Soll nun die Last vom Betriebsgenerator auf den Ersatzgenerator gelegt
werden, so wird das Schaltorgan 2 des Schalters i in die Mittelstellung, die mit
Prüfen bezeichnet ist, gelegt. Da der Ersatzgenerator GII, wenn man auf ihn umschalten
will, zuvor in Betrieb genommen werden muß, ist, um dies sicherzustellen, eine Alarmglocke
WI, die in Schalterstellung Prüfen läutet, wenn ihr in der Zeichnung nicht dargestellter
Schalter SII für die Betriebsspannungen der Generatoren nicht auf Stellung »Heizbatterie
i, Anodenbatterie i, ein« bzw. »Heizbatterie, Anodenbatterie 2, ein«, steht.
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In der Mittelstellung Prüfen des Schalters ist durch den Schalterkontakt
I der Ausgang des Generators GI auf den Mitzieheingang geschaltet. Der Betriebsgenerator
GI zieht also den Ersatzgenerator GII mit. Die Ausgangsspannung des Generators GI
ist nur dann in Phase mit der Ausgangsspannung von GII, wenn die Eigenfrequenz von
GI, mit der von GI übereinstimmt. Da bei der Umschaltung diese Phasenübereinstimmung
gewährleistet sein muß, wird in Schalterstellung Prüfen die Eigenfrequenz des Generators
GI, z. B. mit Hilfe eines Drehkondensators mit der von Generator GI in Übereinstimmung
gebracht.
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Sobald ein Mitziehen des Generators GI, durch den Generator GI erfolgt,
läßt sich ein Übereinstimmen der Eigenfrequenz des Generators GI, leicht bewerkstelligen.
Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß dem Mitzieheingang des mitgezogenen Generators
der mitziehenden Spannung genau gegenphasig eine Spannung vom Ausgang des mitgezogenen
Generators her überlagert wird. Die Amplitude dieser Spannung kann gleich oder kleiner
sein als die Amplitude der mitziehenden Spannung. Bei Ändern der Eigenfrequenz des
mitgezogenen Generators gegenüber der Frequenz des mitziehenden Generators wird
die Phase der Ausgangsspannung des mitgezogenen Generators gegenüber der Phase der
mitziehenden Spannung verdreht. Die daraus folgende Regelung der wirksamen Spannung
ist ein Maß für die Frequenzänderung. Auf diese Weise läßt sich mit großer Genauigkeit
durch
Einstellen der frequenzbestimmenden Glieder des Generators GI, eine genaue Übereinstimmung
der Frequenz beider Generatoren erzielen. Durch den Relaiskontakt rIv ist das bei
dieser Methode angewendete Anzeigeinstrument 3 eingeschaltet.
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Die in dem Ausführungsbeispiel dargestellte Schaltungsanordnung ist
im übrigen so getroffen, daß die beiden Generatoren GI und G11 gleichartig aufgebaut
sind und wahlweise in gleicher Weise als Betriebs- und Ersatzgenerator benutzt werden
können. So sind beide Generatoren mit Eingangsklemmen GI E und GII E zum
Mitziehen versehen. während die Klemmen GI A und GII..I die Ausgangsklemmen darstellen.
Ebenso ist der Schalter rly so ausgebildet, daß er wahlweise auf GIF und
(IIIE geschaltet werden kann. Es ist möglich, noch eine dritte Schalterstellung
vorzusehen, um das Instrument 3 völlig abzuschalten.
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Ist nun die Eigenfrequenz des Generators GI, mit der von GI in Übereinstimmung
gebracht worden, dann legt man den Schalter i auf die rechte Endstellung, die dem
Betrieb II entspricht, um. Durch den Schalterkontakt 1I wird das schnelle Schaltrelais
U, dessen Umschaltezeit z. B. i ms betragen kann, an Erde gelegt, der Generator
GI durch den Wechselkontakt 4f von der Last abgeschaltet und der Generator GI, an
die Last angeschaltet. Die Umschaltung der Generatoren erfolgt also während des
Mitziehvorganges, d. h. phasengleich. Etwas verzögert gegenüber dem Relais U spricht
das R-Relais an. Durch den Ruhekontakt rl wird der Generator G1 vorn Mitzieheingang
des Generators GI, abgetrennt, so daß der Generator G1 nun vollkommen von der Last
und vom Generator GI, getrennt ist. Das R-Relais legt durch seinen Wechselkontakt
rly das Instrument 3 auf den Mitzieheingang GIE des Generators GI um.
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Der Vorgang in umgekehrter Richtung zur Umschaltung der Last von Generator
GI, auf Generator GI erfolgt in entsprechender Weise. Es wird zunächst der Schalter
I von Stellung Betrieb II in die Mittelstellung (Prüfen) gebracht. Dann hält sich
zunächst noch das R-Relais über seinen eigenen Kontakt r111 und Schalterkontakt
IV. Über den Schalterkontakt III und den Arbeitskontakt r11 ist der Ausgang des
Generators GI, auf den Mitzieheingang GI E des Generators GI geschaltet. Die Nachstimmung
der Eigenfrequenz des Generators GI auf die Frequenz des Generators GI, kann
nun erfolgen. Darauf wird der Schalter i in die Stellung Betrieb gebracht. Der Schalterkontakt
IV öffnet sich, das L'-Relais fällt ab, und die Last wird vom Generator GI, nach
Generator GI geschaltet. Während das U-Relais sofort anspricht, fällt das R-Relais
dagegen verzögert ab. Es ergibt sich der Ausgangszustand, bei dem der Generator
G1 im Betrieb ist und der Generator Glf von der Last und vom Generator GI völlig
getrennt ist.
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Es können noch Kontrollampen L, und LII vorgesehen sein. Die Lampe
L, leuchtet, wenn der Generator GI in Betrieb ist, die Lampe I_II, wenn der Generator
Gl, in Betrieb ist. Das Verfahren nach der Erfindung erlaubt nicht allein eine Umschaltung
der Generatoren bei Phasenübereinstimmung. Es ist auch ohne weiteres möglich, bei
jeder beliebigen Phasendifferenz zwischen Betriebs- und Ersatzgenerator umzuschalten.
Bestehen z. B. die Generatoren aus einer Schwingstufe und einer Verstärkerstufe,
dann kann die gewünschte Phasendifferenz beispielsweise durch ein zwischen Schwingstufe
und Verstärkerstufe eingebautes phasendrehendes Mittel od. dgl. eingestellt werden.
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Das Verfahren bzw. die Anordnung nach der Erfindung macht, wie bereits
oben erwähnt, nicht jene hohe Eigenfrequenzübereinstimmung erforderlich, wie bei
den Umschaltverfahren mit frei schwingenden Generatoren. Verändert man nämlich den
mitgezogenen Generator in seiner Eigenfrequenz bis an die Grenze des Mitnahmebereiches,
dann ändert sich die Phase zur mitziehenden Spannung, also der Ausgangsspannung
des mitziehenden, noch im Betrieb befindlichen Generators und der Ausgangsspannung
des Ersatzgenerators um 9o°, unabhängig von der Größe des Mitnahmebereiches. Zieht
man also den Generator z. B. in einem Bereich von etwa ioo Hz mit, so genügt eine
Frequenzkonstanz von etwa i Hz #bei einem io-kHz-Generator, d. h. eine Konstanz
von io--4, um die Phase auf i° konstant zu halten. Demgegenüber sind die Anforderungen
an die Frequenzübereinstimmung bei frei schwingenden Generatoren erheblich höher.
Sollen z. B. bei io-kHz-Generatoren während der Zeitdauer von i Sekunde die Phasen
um nicht mehr als 5° voneinander abweichen, dann ist die Frequenz des Ersatzgenerators
mit der des Betriebsgenerators mit einer Genauigkeit von 1,4 X io-e in Übereinstimmung
zu bringen.
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In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, den Ersatzgenerator zunächst
zusammen mit dem Betriebsgenerator auf den Verbraucher zu schalten und dann erst
den Betriebsgenerator abzutrennen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
keine auch noch so kurzzeitige Unterbrechung der Leistungszufuhr in dem Verbraucher
eintreten darf. Um ein weiches Umschalten zu erhalten, kann dann beim Zuschalten
die vom Ersatzgenerator an den Verbraucher abzugebende Leistung allmählich durch
verzögernde Mittel, z. B. Heißleiter, bis zum Endwert eingestellt werden, während
vor der Abschaltung des Betriebsgenerators die Leistung allmählich durch entsprechende
Mittel reduziert wird. Sind z. B. die Kernwiderstände der Generatoren groß gegenüber
den Verbraucherwiderständen und sind die Leistungen der Generatoren gleich, dann
ist, wenn die Phasenverschiebung der Spannungen der beiden Generatoren 12o° beträgt,
im Fall, daß beide Generatoren gleichzeitig auf den Verbraucher arbeiten, die an
den Verbraucher abgegebene Scheinleistung die gleiche, wie wenn nur ein Generator
auf den Verbraucher arbeitet.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Schalter i von
Hand betätigt. Weiterhin erfolgt eine Frequenznachstimmung eines der Generatoren
bz«-.
beider Generatoren von Hand unter Beobachtung des Ausschlages am Meßinstrument 11I.
Es ist aber auch möglich, eine oder beide Funktionen selbsttätig vornehmen zu lassen.
So kann selbsttätig elektrisch eine einwandfreie Umschaltung vom Betriebsgenerator
auf den Ersatzgenerator erfolgen.