DE2825249A1

DE2825249A1 - Rundsteueranlage

Info

Publication number: DE2825249A1
Application number: DE19782825249
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing Grad Kruegel; Ernst-Robert Dipl Ing Paessler; Kurt Dipl Ing Smutny; Hermann Dr Techn Tappeiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-06-08
Filing date: 1978-06-08
Publication date: 1979-12-13
Also published as: JPS54162411A; US4383243A; FR2428354A1; FR2428354B1; CH637253A5

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA78 ρ 3 10 1 BRD '

Rundsteueranlage
5

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rundsteueranlage mit einem Rundateuersender, der eine tonfrequente Ausgangaspannung abgibt, mit einem von der tonfrequenten Ausgangaspannung primärseitig gespeisten Isoliertransformator, der sekundärseitig über einen Koppelkondensator parallel an ein Wechselspannungsnetz mit vorgegebener Netzwechselspannung und Netzfrequenz angeschlossen ist, wobei die Netzfrequenz um einiges niedriger ist als die Tonfrequenz der Ausgangsspannung, mit einem Resonanzkreis, der vom Koppelkondensator und einer Induktivität gebildet und dessen Resonanzfrequenz zumindest annähernd auf die Tonfrequenz abgestimmt ist, und mit einer auf der Senderseite des Isoliertransformators angeordneten Einrichtung zur Unterdrückung einer von der Netzseite her übertragenen netzfrequenten Rückwirkung.

Bei einer Rundsteueranlage mit Parallelankopplung an das Weohselspannungsnetz muß die von dem Rundsteuersender erzeugte tonfrequente Ausgangsspannung in geeigneter Weise auf die Einspeiseebene, also das Wechselspan-Nm 2 Bsk / 11.5.1978

909850/0374

nungsnetz, gebracht werden, wobei es sich beispielsweise um ein Mittelspannungsnetz handeln kann. Die hierzu erforderliche Ankopplungseinheit sollte sowohl aus Kosten- als auch aus Platzgrlinden mit einer möglichst geringen Anzahl an Bauelementen die vom Rundsteuersender erzeugte Tonfrequenzleistung ohne große Verluste auf die Einspeiseebene transportieren. Gleichzeitig muß die Ankopplungseinheit die Netzwechselspannung abfangen. Weiterhin muß die Einrichtung zur Unterdrückung einer netzfrequenten Rückwirkung dafdr sorgen, daß die Netzfrequenz und deren Harmonische soweit vom Rundsteuersender ferngehalten werden, daß dieser nicht in seiner funktion gestört wird.

Eine RundSteueranlage der eingangs genannten Art mit Parallelankopplung ist in einphasiger Ausführungsform z.B. in Figur 1 der OE-OS 2 461 564 dargestellt. Es handelt sich dabei um eine RundSteueranlage, bei der die Parallelankopplung als sogenannte "Saugkreisankopplung" ausgeführt ist. Der Rundsteuersender speist hierbei mit seiner tonfrequenten Ausgangswechselspannung die Primärwicklung eines Isoliertransformators; die Sekundärwicklung ist mit ihrem einen Ende über die Reihenschaltung aus einem Koppelkondensator und einer Koppeldrosselspule sowie mit ihrem anderen Ende direkt an ein einphasiges Wechselspannungsnetz angeschlossen. Das Übersetzungsverhältnis des Isoliertransformators liegt bei ausgeführten Anlagen üblicherweise im Bereich von

bei etwa 0,5:1 bis 2:1, insbesondere 1:1. Der Koppelkondensator und die Koppeldrosselspule sind so bemessen, daß sie gemeinsam einen auf die !Tonfrequenz abgestimmten Resonanzkreis bilden. Dieser Resonanzkreis wirkt als Saugkreis für die tonfrequente Ausgangswechselspannung des Rundsteuersenders. Der Saugkreis ist im wesentlichen nur durch den ohmschen Anteil der Last, also des Wechselspannungsnetzes, bedämpft. Die Koppeldros-

909850/0374

Ir

- VPA78P 3 101 BRD

selspule kann als Abstimmdrossel ausgeführt sein und dient dann zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Saugkreisbauelemente und zur Anpassung an den Blindanteil der Netzimpedanz, Die Verlustwiderstande der Ankopplungselemente (Koppeldrosselspule und Koppelkondensator) sowie die Magnetisierungs- und Streuinduktivitäten des Isoliertransformators können bei einer Betrachtung der Punktionsweise einer solchen Rundsteueranlage vernachlässigt werden. - Bei der bekannten Rund-Steueranlage wird ein vom Rundsteuersender abgegebener, liber den Isoliertransformator übertragener und nacheinander die Koppeldrosselspule und den Koppelkondensator durchfließender lonfrequenzstrom in das Wechselspannungsnetz eingekoppelt. In umgekehrter Richtung fließt vom Wechselspannungsnetz her durch den Resonanzkreis ein netzfrequenter Strom (Rückstrom), der vom Isoliertransformator wiederum auf die Senderseite übertragen wird. Da sich dieser Rückstrom für den Rundsteuersender störend auswirkt, ist auf der Senderseite des Isoliertransformators eine Einrichtung zur Unterdrückung einer entsprechenden netzfrequenten Rückwirkung vorhanden. Dabei handelt es sich um einen sogenannten Resonanzshunt, der den Rückstrom übernimmt. Dieser Resonanzshunt besteht bei der bekannten Rundsteueranlage aus einem auf Netzfrequenz ausgelegten Saugkreis, nämlich aus der Serienschaltung eines Kondensator mit einer Drosselspule, wobei diese Serienschaltung parallel zur Primärwicklung des Isoliertransformators geschaltet ist. Parallel zu dieser Serienschaltung liegt noch ein weiterer Kondensator, um die Wirkung des Saugkreises für die tonfrequente Ausgangswechselspannung des Rundsteuersenders zu kompensieren. - In dreiphasiger Ausführungsform besteht die Saugkreisankopplungseinrichtung aus einer dreiphasigen Koppelkondensatorbatterie, drei Koppeldrosselspülen in Form von Abstimmdrosseln, einem dreiphasigen Isoliertransformator

909850/0374

und einem dreiphasigen Resonanzshunt.

Charakteristisch für die bekannte Parallel-Ankopplungseinrichtung ist, daß der Rundsteuersender als Stromquelle für den Tonfrequenzstrom dient und in Serie zu den Ankopplungselementen (Koppelkondensator, Koppeldrosselspule) und der Netzlast liegt. Rundsteuersender, Ankopplungselemente und Netzlast werden somit vom selben Strom durchflossen.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer Rundsteueranlage mit Parallelankopplung die Ankopplungseinheit einen beträchtlichen Kostenaufwand und auch einen erheblichen Platzbedarf erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Rundsteueranlage der eingangs genannten Art den Aufwand zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Isoliertransformator sekundärseitig direkt über den Koppelkondensator und ohne die Zwischenschaltung einer die Resonanzfrequenz nennenswert bestimmenden Koppeldrosselspule an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ist, und daß als Induktivität des Resonanzkreises, die zusammen mit der Kapazität des Koppelkondensators die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises festlegt, im wesentlichen nur die Hauptfeldinäuktivität des Isoliertransformators vorgesehen ist.

Hierbei ist demnach vorgesehen, daß anstelle der Induktivität einer Koppeldrosselspule die Hauptfeldinduktivität des Isoliertransformators als Schwingkreisinduktivität dient und diese Hauptfeldinduktivität zusammen mit der Kapazität des Koppelkondensators einen zumindest annähernd auf die Tonfrequenz abgestimmten Paral-

909650/0374

lelresonanzkreis bildet. Indem also der Isoliertransformator mit einer definierten Hauptfeldinduktivität ausgeführt und sekundärseitig direkt über den Koppelkondensator (im dreiphasigen Fall also eine dreiphasige Koppelkondensatorbatterie) an das mit Tonfrequenz auszusteuernde Wechselspannungsnetz angeschlossen ist, entfällt in jeder Phase die ira Stande der Technik üblicherweise r/wischen Isoliertrannformafcor und Koppe !.kondensator geschaltete Koppeldrosselspule.

Bei einer solchen Rundsteueranlage wird also - wie soeben erwähnt - in jeder Phase die im Stande der Technik übliche Koppeldrosselspule in Reihe zum Koppelkondensator weggelassen, Das bedeutet eine erhebliche Einsparung, da diese Koppeldrosselspule Üblicherweise in jeder Phase entsprechend der Spannung der Einspeiseebene für hohe Spannungen isoliert eein muß und entsprechend teuer ist. Weiterhin entfällt der Platzbedarf für die KoppelärosselspaleCn) sowir.» de^· Aufwand für Montage und Verkabsltmg, jJeffi^egerliber fallt der zuaätzliche Aufwand, der durch die definierte Auslegung der Hauptfeldinduktivität des Isolier Transformators entsteht, nicht erheblich ina Gewicht.

Einen weiteren Torteil bringt .lie vorliegende Lösung in Form einer Verbesserung der Betriebssicherheit. Während bei der bekannten Rundsteueranlage nach der DE-OS 24 61 564· die netzfrequente Spannung an den niederspannungsseitigen Primärklemmen des Isoliertransforraators sich stark erhöht, wenn dia Zuleitungen im Betrieb abgeklemmt oder unterbrochen werden, bleibt diese Spannung bei der vorliegenden Lösung hierbei konstant, da die Spannungsteilerverhältnisse nicht geändert werden. Bei versehentlichem Kurzschluß der Primärklemmen ist die vorliegende Rundsteueranlage im übrigen nicht gefährdet, da hierbei der netzfrequente

909850/0374

Kurzschlußstrom nur von der Kapazität des Koppelkondensators "bestimmt und beherrscht wird.

Die vorliegende Rundsteueranlage ist also - von der Niederspannungsseite her betrachtet - leerlauf- und kurzschlußfest.

Die vom Rundsteuersender gelieferte Ausgangsspannung wird vom Isoliertransformator auf die Schwingkreisspannung Übersetzt. Die Schwingkreisspannung und damit das Übersetzungsverhältnis des Koppeltransformators ergibt sich aus der Spannung der Einspeiseebene, der Ausgangsspannung des Rundsteuersenders, der Schwingkreisgiite und dem Einspeisepegel. Da die Ausgangsspannung iiblicherweise im Verhältnis zu der erforderlichen Schwingkreisspannung relativ klein ist, ergibt sich für den Koppeltransformator entsprechend ein im Vergleich zum Stand der Technik hohes Übersetzungsverhältnis, das z.B. in der Größenordnung von 1 : 10 liegen kann. Je nach Anwendungsfall kann aber auch ein größerea Verhältnis, z.B. 1 : 20, in Betracht kommen.

Es wurde bereits erwähnt, daß üblicherweise auf der Sendeseite des Isoliertransformatora eine Einrichtung zur Unterdrückung einer netzfrequenten Rückwirkung angeordnet isfc, die im Stande der Technik als Resonanzshunt ausgebildet ist. Man ist nun bestrebt, den Aufwand der Rundsteueranlage auch hinsiohtlich dieser Einrichtung zu verringern. Gemäß einer weiteren Ausbildung läßt sich der Aufwand hinsichtlich derjenigen Bauglieder, die üblicherweise dazu dienen, die von der Netzseite des Isoliertransformators auf die Senderseite eingekoppelte netzfrequente Rückwirkung zu reduzieren oder völlig zu unterdrücken, dadurch verringern, daß als Einrichtung zur Unterdrückung der netzfrequenten Rückwirkung, hier einer Rückspannung,

909860/0374

der Rundsteuersender selbst vorgesehen ist. Der Rundsteuersender muß also durch besondere Maßnahmen zur Unterdrückung der Rückwirkung ertüchtigt sein; diese Maßnahmen bestehen darin, daß der Rundsteuersender zusätzlich zur netzfrequenten Ausgangsspannung noch eine Gegenspannung zur Kompensation der netzfrequenten Rliokspannung abgibt. Ist auf diese Weise die Kompensation gewährleistet, kann der erwähnte Resonanzshunt weggelassen werden.

Es ist festzuhalten: Während bei der bekannten Rundsteueranlage der auf die Primärseite Übertragene netzfrequente Strom auf der Primärseite des Isoliertransformators durch den erwähnten Resonanzshunt aufgenommen werden muß, ist bei der vorliegenden Lösung durch weitere Maßnahmen eine definierte netzfrequente Rlickspannung auf der Senderseite abzufangen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung kann der Rundsteuersender auch unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Induktivität mit der Primärwicklung des Isoliertransformators verbunden sein. Diese Induktivität dient zur Unterdrückung von Oberwellen. Sie ist für eine vergleichsweise kleine Isolierspannung auszulegen. Allerdings ergibt sich durch die zusätzlich Einfügung dieser zusätzlichen Induktivität eine leichte Verstimmung, falls der Resonanzkreis genau auf die Tonfrequenz abgestimmt war. Es ist aber auch möglich, die erwähnte Induktivität bei der Abstimmung auf Tonfrequenz gleich mitzuberücksichtigen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß

a) der Rundsteuersenäer unter Zwischenschaltung einer geringfügig, auch die Resonanzfrequenz bestimmenden

9098SÖ/Ö374

zusätzlichen Induktivität, aber ohne Zwischenschaltung eines die Resonanzfrequenz bestimmenden Kondensators mit der Primärwicklung des Isoliertransformators verbunden ist,

b) die Sekundärwicklung des Isliertransformators direkt liber den Koppelkondensator und ohne Zwischenschaltung einer die Resonanzfrequenz bestimmenden Drosselspule an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ist,

c) die Hauptfeldinduktivität des Isoliertransformators und die zusätzliche Induktivität se bemessen sind, daß eine Spule mit der gemeinsamen Induktivität und der Ankoppelkondensator mit seiner Kapazität einen gedachten Parallelschwingkreis ergeben, dessen Frequenz auf die Tonfrequenz abgestimmt ist und der als Resonanzkreis wirkt,

d) das Übersetzungsverhältnis des Isoliertransformators größer als 1 : 5 gewählt ist, und

e) der Rundsteuersender selbst als Einrichtung zur Unterdrückung der netzfrequenten Rückwirkung vorgesehen und so ausgerüstet ist, daß er für eine im Vergleich zur Netzwechselspannung geringe netzfrequente Rückspannung aufnahmefähig ist.
25

Weitere Ausftihrungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeiapielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine bekannte Rundsteueranlage mit Parallelkopplung,

Figur 2 eine Rundsteueranlage gemäß einer erfindungsgemäßen Ausftihrungsform,

909850/0374

VPA 78 P 3 1 O 1 BRD

Figur 3 ein Ersatzschaltbild für die Rundnteueranlage nach Figur 2,

Figur 4 eine weitere Ausbildung der Ausflihrungsfortn nach Figur 2 mit vergrößertem Übersetzungsverhältnis, Figur 5 eine weitere Ausbildung der Ausflihrungsforra nach Figur 4 mit einem Rundsteuersender, der zur Aufnahme einer netzfrequenten Rückspannung ertlichtigt ist, Figur 6 eine Rundsteueranlage gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausf(ihrungaform, Figur 7 eine weitere erfindungsgemäße Ausftihrnngsform und

Figur 8 eine RundSteueranlage entsprechend Figur 2 in dreiphasiger Ausbildung.

Figur 1 zeigt eine bekannte Rund.rteueranlage mil* Parallelankopplung in einphasiger Augführung, wobei von einem Saugkreis für Tonfrequenz Gebrauch gemacht wird (vergleiche DE-OS 24 61 564, Figur i). Ein Bundsfceuvrseuder 2, der eine Ausgangsspannung u.. mit Tonfrequenz i\ ab™ gibt, speist die Primärwicklung 3 eines .isoliertransformator« 4, dessen Sekundärwicklung mit 5 bezeichnet ist. Der Isoliartransformator 4 ist schematisch dargestellt. Er besitzt eine IlaupCfeldiudulctJ ·/', tat L. ₉ die durch eine Spule 6 parallel «ur Sekundärwicklung 5 angedeutet ist. Die Streufeldinduktivitäten dos laoliertransformators 4 sind in der Darstellung vernachlässigt, Die Hauptfeldinduktivität L 13t hierbei so beoiensen, daß ihre Wirkung im Hinblick auf die übertragene tonfrequente Spannung vernachlässigt werden kann, Das ist dann der Fall, wenn sie verhältnismäßig groß bemessen ist. Fm die vernachlässigbare Wirkung anzudeuten, int die Spule 6 nur gestrichelt eingezeichnet. Der Isoliertransformator 4 besitzt weiterhin ein Übersetzungsverhältnis ü, das durch die beiden ineinandergreifenden Ringe veranschaulicht ist. Dies Über.qetsungsverhältnis ü liegt üblicherweise bei 1:1.

SO 9-8 30703?*

Die Sekundärwicklung 5 des Isoliertransformators 4 ist über einen Resonanzkreis 7, der aus der Reihenschaltung einer Koppeldrosselspule 8 mit der Induktivität L1 und einem Koppelkondensator 9 mit der Kapazität 01 besteht, parallel an ein Wechselspannungsnetz 10 angeschlossen. Der Resonanzkreis 7 ist auf die Tonfrequenz f. abgestimmt. Er wirkt somit als Saugkrais für die Tonfrequenz f.. PUr die Saugkreiswirkurig ist die Hauptfeldinduktivität L·^ vernachlässigbar.

Das Wechselspannungsnetz 10 ist hier der Einfachheit halber als ohmscher Verbraucher der Impedanz Z^ dargestellt. Dieses Wechselspannungsnetz 10 führt eine iletzwechselspannung u von Netzfrequenz f . Die Nefczfrequenz f ist dabei um einiges kleiner als die Tonfrequenz f., und die Netzwechselspannung U_1n ist um einigen größer als der Eingangspegel der tonfrequenfcen Einspeisespannung.

Die bekannte Rundsteueranlage umfaßt weiter eine auf der Senderseit;e des Isoliertransformators 4 angeordnete Einrichtung 12 zur U^terdrlicking einer nefczfrequenten Rlickspaunung. Diese Einrichtung 12 besteht aus einem parallel zur Primärwicklung 3 angeordneten Resonsanzshunt, der aus der Serlensohaltung einer Drosselspule 13 mit einem Kondensator 14 gebildet wird. Die Serienachaltung ist bezüglich ihrer Resonanzfrequenz, die durch die Induktivität 12 und die Kapazität G2 vorgegeben ist, auf die Netzfrequenz f abgestimmt. Parallel zur Serienschaltung 13, 14 lieg"t noch ein weiterer Kondensator 15» um die Wirkung der Serienschaltung für die Ausgangswecheelspannung U^ des Rundsteuersenders 2 zu kompensieren.

Pigur 2 zeigt demgegenüber eine Ausführungsforra der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu Pigur 1 sind bei der Rundsteueranlage nach Pigur 2 zwei wesentliche

VPA 78 P 3 1 O 1 BRD

Unterschiede zu vermerken: Zum einen ist die Spule 6 durchgezogen eingezeichnet, denn ihre Induktivität I^ ist für den wirksamen Resonanzkreis nicht zu vernachlässigen, und zum anderen fehlt eine Koppeldrosselspule 8.

Im vorliegenden Fall ist die Hauptfeldinduktivität L_fa des Isoliertransformators 4 so "bemessen, daß sie bei Tonfrequenz f^. die frequenzbestimmende Induktivität in dem aus Isoliertransformator 4 und Koppelkondensator 9 bestehenden Schwingkreis ist. Mit anderen Worten: Die Hauptfeldinduktivität L^ des Isoliertransformators 4 und die Kapazität C12 des Koppelkondensators 9 sind hier gemeinsam so bemessen, daß der Isoliertransforraator 4 und der Koppelkondensator 9 einen auf die Tonfrequenz f^.

abgestimmten Resonanzkreis bilden. Es gilt somit flir die Tonfrequenz f^ die Beziehung X₀ = X_h mit X₀ = 1/2^.^.01

und X. = 2 TC »f..· Lj₁. Der Isoliertransformator 4, der hier wiederum streuungsarm aufgebaut sei, dient im vorliegenden Fall also nicht nur zur galvanischen Trennung des Rundsteuersenders 2 vom Wechselspannungsnwtz 10; seine Hauptfeldinduktivität J^ bildet vorliegend gleichzeitig die bestimmende Schwingkreisinduktivität.

Dadurch wird gegenüber der herkömmlichen Ankopplung nach Figur 1 ein Bauelement je Phase, nämlich die Koppeldrosselspule 8 in Figur 1, eingespart. Die Sekundärwicklung 5 ist somit direkt tiber den Koppelkondensator 9 und ohne Zwischenschaltung einer besonderen frequenzbestimmenden Koppeldrosselspule 8 an das Wechselspannungsnetz 10 angeschlossen.

Die Einrichtung zur Unterdrückung einer netzfrequenten Rückwirkung ist vorliegend wiederum mit 12 bezeichnet. Vom Wechselspannungsnetz 10 her fließt durch die Reihenschaltung 6, 9 ein netzfrequenter Rückstrom, der an der

909850/0374

Spule 6 mit der Hauptfeldindulctivität L^ des Isoliertransformators 4 einen Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall wird durch die Einrichtung 12 kompensiert. Die Einrichtung 12 ist somit ein Sperrkreis für die Netzfrequenz. Sie "besteht vorliegend aus einem auf die Netzfrequenz f abgestimmten Parallelresonanzkreis, der eine Drosselspule 16 und einen Kondensator 17 umfaßt, und aus einer dazu in Reihe geschalteten weiteren Drosselspule 18. Diese weitere Drosselspule 18 dient dazu, die Impedanz der Einrichtung 12 fiir die Tonfrequenz f+ auf ein Minimum zu bringen, so daß der tonfrequente Ausgangsstrom i. ohne größere Verluste zur Primärwicklung 3 des Isoliertransformators 4 gelangen kann. Der Rundsteuersender 2 ist damit niederohmig an den Isoliertransformator 4 angekoppelt. Der Resonanzkreis 16 bis 18 dämpft auch Oberschwingungen sowohl der Tonfrequenz als auch der Netzfrequenz.

Der Abgleich des Resonanzkreises 6, 9 kann bei der Rund-Steueranlage nach Figur 2 durch eine Veränderung der Hauptfeldinduktivität L^ erfolgen. Diese wird zweckmäßigerweise durch eine Veränderung des Luftspaltes des Isoliertransformators 4 vorgenommen.

Figur 3 zeigt ein Ersatzschaltbild für die Rundsteueranlage nach Figur 2. Eine Drosselspule 6^! mit der Hauptfeldinduktivität L^ bildet hier mit einem Ersatzkondensator 9¹ der Kapazität C12¹ einen Parallelresonanzkreis ftir die Tonfrequenz f^.. Die Kapazität 012* des Ersatzkondensators 9^f und die Impedanz Z' des Ersatz-Wechselspannnungsnetzes 10' ergeben sich nach bekannten Regeln aus den Werten der Bauelemente 6, 9 und 10 nach Figur Im vorliegenden Fall gilt die Beziehung X£ = X^ für die Tonfrequenz f_t, wobei X^ = 27re_tli£ und X^ = 1/2^012· ist. Die Impedanz Z^ ist als Parallelbedämpfung entsprechend größer als die Impedanz Z^. Das bedeutet., daß

909850/037^

VPA 78 ρ 3 1 O 1 BRD

im Vergleich zu Figur 1 - ein Übersetzungsverhältnis ti = 1 : 1 jeweils vorausgesetzt - der Rundsteuersender 2 eine größere Ausgangsspannung U₊ liefern muß, dafür aber nur einen kleineren Ausgangsstrom zu liefern braucht, sofern in beiden Fällen dieselbe Tonfrequenzleistung abgegeben werden soll.

Bemerkenswert ist nach Figur 3, daß der Rundsteuersender 2 als Spannungsquelle sowohl an den beiden Ankopplungselementen 6^f und 9' als auch am Ersatz-Wechselspannungsnetz 10· liegt. Der Parallelschwingkreis aus den beiden Ankopplungseleraenten 6· und 9¹ wird somit durch das Ersatz-Wechselspannungsnetz 10' parallel bedämpft. Während für die herkömmliche Rundsteueranlage nach Figur 1 der die Elemente 8, 9 und 10 nacheinander durchfließende Einspeisestrom charakteristisch ist, kann als Gharakteristikum für die Rundsteueranlage nach Figur 3 die an den Elementen 6^!, 9' und 10' in gleicher Höhe anliegende tonfrequente Sekundärspannung u (f₊) des Isoliertransformators 4 bezeichnet werden.

Soll bei den beiden Rundsteueranlagen nach Figur 1 und jeweils derselbe Rundsteuersender 2 verwendet werden, dann muß das Übersetzungsverhältnis U. in Figur 2 höher als 1 : 1 gewählt werden. Das ist bei der Rundsteueranlage nach Figur 4 durch den vergrößerten Kreis für die Sekundärwicklung 5 angedeutet. Bei dieser Rundateueranlage beträgt das Übersetzungsverhältnis ü z.B. 1 : 10. Hierdurch wird die vom Rundsteuersender 2 gelieferte tonfrequente Ausgangsspannung u. in Richtung auf die Netzseite hochgespannt. Das gewählte höhere Übersetzungsverhältnis ü hat aber gleichzeitig zur Folge, daß die von der Netzseite auf die Senderseite übertragene netzfrequente Rückspannung heruntertransformiert wird.

(Diese Rückspannung fällt - wie bereits erwähnt - infolge des netzfrequenten Rückstroms durch den Ankopp-

9098SÖ7Ö374

lungskondensator 9 an der Hauptfeldinduktivität L^ des Isoliertransformators ab). Dieses Heruntertransformieren ist besonders vorteilhaft, da die Einrichtung 12 zur Unterdrückung der Rückwirkung dann nur für eine verhältnismäßig geringe Spannung auszulegen ist. Ein weiterer Vorteil dieses erhöhten Übersetzungsverhältnisses ti besteht darin, daß die senderseitige Primärwicklung 3 offen betrieben werden kann, ohne daß dabei gefährlich hohe Spannungen auftreten.

Als Vorteil ist auch folgendes anzusehen: Wenn bei der Rundsteueranlage nach Figur 2 eine Leitungsunterbrechung zwischen dem Rundsteuersender 2 und dem Isoliertransformator 4 auftritt, dann ist - im Gegensatz zum Stand der Technik - ein Ansteigen der von der Netzseite transformatorisch übertragenen Rtickspannung nicht zu befürchten. Das hat vorteilhafte Auswirkungen im Hinblick auf die erforderliche Isolierung der einzelnen Bauelemente und Zuleitungen sowie auf die Wahl des Abstandes der Anschlußklemmen.

In Figur 5 ist eine weiterentwickelte Ausflihrungsform der Rundsteueranlage nach Figur 4 dargestellt. Diese Ausflihrungsform beruht auf der Überlegung, daß die als Resonanzshunt ausgebildete Einrichtung 12 völlig weggelassen werden kann, wenn der Rundsteuersender 2 ertüchtigt ist, die auf die Senderseite transformatorisch übertragene netzfrequente Rückspannung zu kompensieren. Der Rundsteuersender 2 muß demnach in der Lage sein, zusätzlich zur tonfrequenten Ausgangsspannung u^ eine phasen- und amplitudengerechte netzfrequente Gegenspannung zu liefern, die der Rückspannung entgegenwirkt. Das ist in Figur 5 dadurch schematisch verdeutlicht, daß der Rundsteuersender 2 aus der Reihenschaltung eines Tonfrequenzgenerators TF mit einem Fetzfrequenzgenerator NF besteht. In der praktischen Ausführung kann als Rund-

909850/0374

VPA 78 P 3 101 BRD

steuersender 2 allerdings ein einzelner Wechselrichter verwendet werden, der z.B. mit Thyristoren aufgebaut ist und der nach dem Prinzip der Pulsbreitensteuerung arbeitet. Dieser läßt sich so steuern, daß an seinem Ausgang eine netzfrequente Wechselspannung mit Überlagerter tonfrequenter Wechselspannung auftritt.

Nach Figur 6 ist der Eundsteuersender 2 unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Induktivität L an die Primärwicklung 3 des Isoliertransformators 4 angeschlossen. Hierbei ist angenommen, daß der Rundsteuersender 2 entsprechend Figur 5 zur Aufnahme der netzfrequenten Rückspannung ertüchtigt ist. Weiterhin ist zunächst wieder vorausgesetzt, daß der Isoliertransformator 4 streuungsarm aufgebaut ist. Die zusätzliche Induktivität L₂ ist dazu bestimmt, von der Netzseite eingekoppelte Oberwellen, die zusammen mit der netzfrequenten Rückspannung auftreten und deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Netzfrequenz f^sind, zu dämpfen. Nach Figur 6 kann die zusätzliche Induktivität L_z durch eine Drosselspule 20 repräsentiert werden. Diese kann in den Rundsteuersender 2 integriert oder aber - wie gepunktet am Isoliertransformator 4 dargestellt - in den Isoliertransformator 4 konstruktiv einbezogen sein. Diese Drosselspule 20 ist für eine im Vergleich zur Netzwechselspannung ü kleine Isolierspannung auszulegen.

Auch bei der Ausführungsform nach Figur 7 ist eine zusätzliche Induktivität L zur Dämpfung der Oberwellen in der netzfrequenten Rückspannung vorgesehen. Diese zusätzliche Induktivität L₀ wird hier aber nicht durch ein besonderes Bauelement, sondern durch die Streüinduktivität des Isoliertransformators 4 gebildet. Diese Streuinduktivität ist in Figur 7 als induktives Element 21 dargestellt. Bei der Ausführungsform nach Figur 7 ist also der Isoliertransformator 4 bewußt mit einer nicht

909850/0374

VPA78P 3 101 BRD

vernachlässigbaren Streuinduktivität behaftet.

Bei der Betrachtung von Figur 6 und 7 ist bisher stillschweigend davon ausgegangen worden, daß die Werte C12 und Ik^ so abgestimmt sind, daß sich ein Resonanzkreis 6, 9 für die Tonfrequenz f^. ergibt. Die Einfügung der zusätzlichen Induktivität L_z würde zu einer gewissen Verstimmung der Resonanz führen. Deswegen ist es zweckmäßig, die zusätzliche Induktivität L_z gleich mit in die Bestimmung der Resonanzfrequenz einzubeziehen. Die zusätzliche Drosselspule 20 in Figur 6 oder die Streuinduktivität 21 in Figur 7 zählt dann mit zu dem auf die Tonfrequenz f+ abgestimmten Resonanzkreis.

In Figur 8 ist eine dreiphasige Ausführungsform der Rundsteueranlage nach Figur 2 dargestellt. Der Rundsteuersender 2, z.B. wiederum ein Wechselrichter, gibt drei um 120°el gegeneinander versetzte Ausgangsspannungen mit Tonfrequenz f^ ab. Er ist gleichzeitig so einge-

richtet, daß er auch drei um 12O°el gegeneinander versetzte netzfrequente Rückspannungen aufnehmen kann. Der Rundsteuersender 2 kann dabei so ausgebildet sein, daß er für die Rückspannungen einen hohen Innenwiderstand besitzt. Er ist in direkter Verbindung an die Primärwicklung eines Isoliertransformators 4 angeschlossen. Dieser Isoliertransformator 4 ist in Stern-Dreieck-Schaltung ausgeführt j eine Stern-Stern-Schaltung ist ebenso möglich. Der Mittelpunkt des Isoliertransformators 4 braucht nicht geerdet zu sein. Das Übersetzungsverhältnis jedes Teilwicklungspaares beträgt etwa 1 : Jeder Sekundärenschluß ist über einen Koppelkondensator 9a, 9b, 9c an eine Phasenleitung eines dreiphasigen Wechselspannungsnetzes 10 angeschlossen. Sofern das Wechselspannungsnetz 10 keine oder nur geringe Oberwellen aufweist, kann der Isoliertransformator 4 in Form von drei Drosselspulen mit je einer Hilfswicklung aus-

9098SÖ/Ö37*

geführt sein.

Abschließend soll noch ein Wertebeispiel ftlr das in Figur 2 dargestellte Ersatzschaltbild gegeben werden. 5

Es wird davon ausgegangen, daß die Netzfrequenz f^ = 50 Hz, die Tonfrequenz f^ = 317 Hz beträgt, daß die Hetzwechselspannung U_n einen Effektivwert von 10 kV besitzt und daß der Einspeisepegel ρ für die tonfrequente Einspeisespannung u_e ρ = 1,7$ der Netzwechselspannung ü betragen soll. Damit ergibt sich in einpoliger Ersatzschaltung ein Effektivwert für die Einspeisespannung u_e von u_e = 1,7$ '1O⁴VZVT¹ = 98,1 V, also rund 100 V. Die Netzlast 10 kann z.B. (1 + ;J-2_f8)-/"L betragen, wobei der Blindanteil durch die Impedanz des 10 kV-Umspanners, der die Netzwechselspannung liefert, gegeben ist und wobei die Impedanz dem ohmschen Netzwiderstand parallel geschaltet liegt.

Als Kapazität C12 werde ein Wert C12 = 8/uP gewählt. Hieraus errechnet sich die Impedanz X des Kondensators 9 für die Tonfrequenz f_t zu 62,8 Ohm und für Netzfrequenz f zu 398 Ohm. Die tonfrequente Sekundärspannung u_ wurde zu u = 2kV gewählt. Für eine auf die Tonfrequenz f. bezogene Impedanz X^ ·- 2Xf^ · L^ = 60 Ohm (etwa Resonanz) ergibt sich L^ = 3OmH. Tut Netzfrequenz f_n ergibt dieser Wert L^ eine Impedanz X^ = 9,5 Ohm. Da die Netzfrequenz f deutlich geringer ist als die Tonfrequenz f^, ist X_h(f_n) kleiner als X^f^). Am Trans formator 4 fällt somit nur eine geringe netzfrequente Sekundärspannung u_a(O ab. Diese beträgt 141V. Die Übersetzung ü des Isoliertransformators 4 betrage ü = 1 : 10. Um dieses Verhältnis wird die Sekundärspannung U₀(^vJ ^nocn verringert, so daß sich priraärseitig eine netzfrequente Rückspannung u_p(^f _n) von 14,1V (Leiterspannung von etwa 24,4V) ergibt. Diese geringe Rück-

909850/O374

spannung kann der (entsprechend eingerichtete) Rundsteuersender 2 aufnehmen.

10 Patentansprüche 8 Figuren

909850/0374

Claims

- V - YPA 78 P 3 \ O 1 BRD

Patentansprüche

1J Rundsteueranlage mit einem Rundsteuersender, der eine tonfrequente Ausgangsspannung abgibt, mit einem von der tonfrequenten Ausgangsapannung primärseitig gespeisten Isoliertransforraator, der sekundärseitig über einen Koppelkondensator parallel an ein Wechselspannungsnetz mit vorgegebener Netzwechselspannung und Netzfrequenz angeschlossen ist, wobei die Netzfrequenz um einiges niedriger ist als die Tonfrequenz der Ausgangsspannung, mit einem Resonanzkreis, der vom Koppelkondensator und einer Induktivität gebildet und dessen Resonanzfrequenz zumindest annähernd auf die Tonfrequenz abgestimmt ist, und mit einer auf der Senderseite des Isoliertransformators angeordneten Einrichtung zur Unterdrückung einer von der Netzseite her übertragenen netzfrequenten Rückwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliertransformator (4) sekundärseitig direkt über den Koppelkondensator (9) und ohne die Zwischenschaltung einer die Resonanzfrequenz nennenswert bestimmenden Koppeldrosselspule an das Wechselspannungsnetz (10) angeschlossen ist, und daß als Induktivität des Resonanzkreises, die zusammen mit der Kapazität (C12) des Koppelkondensators

(9) die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises festlegt, im wesentlichen nur die Hauptfeldinduktivität (L^) des Isoliertransformators (4) vorgesehen ist (Figuren 2 bis 8).
2. Rundsteueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfeldinduktivität (Ii_h) des Isoliertransformators (4) und die Kapazität (C12) des Koppeltransformators (9) so bemessen sind, daß die Impedanzen (X_h, X₀) für Tonfrequenz (f_t) gleich groß sind (Figuren 2 bis 8),

ORIGINAL INSPECTED

909850/Θ37Α
3. Rundsteueranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundsteuersender (2) unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Induktivität (L ), aber ohne Zwischenschaltung eines die Resonanzfrequenz nennenswert bestimmenden Kondensators an die Primärwicklung (3) des Isoliertransformators (4) angeschlossen ist (Figuren 6 und 7).
4. Rundsteueranlage nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß der Rundsteuersender (2) unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Induktivität (I"_z)» aber ohne Zwischenschaltung eines die Resonanzfrequenz nennenswert bestimmenden Kondensators an die Primärwicklung (3) des Isoliertransformators (4) angeschlossen ist, und daß die Hauptfeldinduktivität (Ly₁) des Isoliertransformators (4), die Kapazität (C12) des Koppelkondensators (9) und die zusätzliche Induktivität (L₂) so bemessen sind, daß für Tonfrequenz (f^) die induktive Impedanz des aus diesen Bauelementen bestehenden Kreises gleich der kapazitiven Impedanz ist.
5. Rundsteueranlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Induktivität (L ) durch eine zur Primärwicklung (3) des Isoliertransformators (4) in Reihe geschaltete zusätzliche Drosselspule (20) gebildet ist (Figur 6).
6. Rundsteueranlage nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Drosselspule (20) konstruktiv in den Isoliertransformator (4) einbezogen ist (Figur 6).
7. Rundsteueranlage nach Anspruch 3 oder 4»

dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Induktivität (L₂) durch eine nicht ver-

909850/037*

nachlässigbare Streuinduktivität (21) des Isolier trän sformators (4) gebildet ist (Figur 7).
8. Rundsteueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7_t dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis (Ii) des Isoliertransformators (4) größer als 1:5, insbesondere 1:10 oder größer, gewählt ist (Figuren 4 bis 8).
9· RundSteueranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Unterdrückung der netzfrequenten Rückspannung der Rundsteuersender (2) selbst vorgesehen ist, wobei der Rundsteuersender (2) so ausgerüstet ist, daß er zusätzlich zur tonfrequenten Ausgangsspannung (u.) eine netzfrequente, im Vergleich zur Netzwechselspannung (u_n) geringe kompensierende Wechselspannung abgibt (Figuren bis 8).
10. Rundsteueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Rundsteuersender (2) unter Zwischenschaltung einer geringfügig auch die Resonanzfrequenz bestimmenden zusätzlichen Induktivität (L_), aber ohne Zwischenschaltung eines die Resonanzfrequenz bestimmenden Kondensators mit der Primärwicklung (3) des Isoliertransformators (4) verbunden ist,

b) daß die Sekundärwicklung (5) des Isoliertransformators (4) direkt über den Koppelkondensator (9) und ohne Zwischenschaltung einer die Resonanzfrequenz bestimmenden Drosselspule an das Wechselspannungsnetz (10) angeschlossen ist,

c) daß die Hauptfeldinduktivität (L₁₁) des Isoliertransformators (4) und die zusätzliche Induktivität (L_z) so bemessen sind, daß eine Spule mit der gemeinsamen Induktivität und der Ankoppelkondensator (9)

909850/0374

- 4 - VPA 78 P 3 1 O 1

nit seiner Kapazität (012) einen gedachten Parallelschwingkreis ergehen, dessen Frequenz auf die ϊοη-frequenz (f^.) abgestimmt ist und der als Resonanzkreis wirkt,

d) daß das Übersetzungsverhältnis (U.) des Isoliertransformators (4) größer als 1:5 gewählt ist, und e) daß der Rundsteuersender (2) seihst als Einrichtung zur Unterdrückung der netzfrequenten Rückwirkung vorgesehen und so ausgerüstet ist, daß er für eine im Vergleich zur Netzwechselspannung (u^) geringe

netzfrequente Rlickspannung aufnahmefähig ist (Figuren 6 und 7).

Ö09850/0374