-
Verfahren zur unterbrechungsfreien Umschaltung von Betriebsgeräten
auf gleichartige Ersatzgeräte der Nachrichtentechnik, insbesondere der Trägerfrequenztechnik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um von Betriebsgeräten schnell auf gleichartige
Ersatzgeräte der Nachrichtentechnik, insbesondere der Trägerfrequenztechnik, unterbrechungsfrei
umzuschalten, ohne Anwendung von Relais.
-
Die Übertragung schneller Daten über TF-Verbindungen erfordert erhöhte
Betriebssicherheit, d. h., aufgetretene Störungen müssen in Bruchteilen von
Millisekunden beseitigt werden. Dieses Problem wird mit Reservierungsschaltungen
gelöst, bei denen die umzuschaltende Baugruppe doppelt vorhanden ist und bei denen
im Störungsfalle auf die Ersatzgruppe umgeschaltet wird.
-
Es ist bekannt, diese Umschaltungen elektromechanisch über Relais
vorzunehmen. Diese Relais werden durch entsprechende Schaltungen gesteuert. Diese
bekannten Schaltungen haben zwar den Vorteil einer ökonomischen Lösung des Problems,
und sie befriedigen auch die technischen Anforderungen bei Umschaltzeiten, die größer
als 1 ins sind.
-
Es besteht jedoch der Nachteil, daß an die Relais ziemlich hohe Anforderungen
in bezug auf die Kontaktsicherheit und die Justage gestellt werden und daß die Relais
gewartet werden müssen, wenn sie über einen längeren Zeitraum einwandfrei arbeiten
sollen. Aus diesen Gründen wurden andere Lösungen gesucht und gefunden. So sind
weitere. Ersatzschaltungen bekannt, bei denen über Gabelschaltungen die Betriebs-und
Ersatzgeräte zusammengeschaltet und entkoppelt sind. Diese Schaltungen haben den
Nachteil, daß sie Regelverstärker benötigen, die für die vierfache Leistungsreserve,
bezogen auf die normal abgegebene Leistung, ausgelegt werden müssen, da im Ersatzfalle
ein Verstärker die Nutzleistung und die im Nachbildungswiderstand entstehende Leistung
aufbringen muß, während im Normalbetrieb jeder Verstärker die halbe Nutzleistung
abgibt. Weiter ist die Zeitkonstante des Regelkreises maßgebend für die Umschaltzeit.
Diese Zeit kann je nach Aufwand zwar sehr viel kleiner als 1 ins gemacht
werden, der Aufwand für die Signal!-sierung jedoch kann nur unter einschränkenden
Bedingungen ökonomisch klein gehalten werden.
-
Ferner ist eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Umschaltung
von einer Betriebs- auf eine Ersatzwechselstromquelle bekannt, bei der durch Vertauschen
von Diodenvorspannungen von Hand oder mit Hilfe von Relais der eine oder der andere
Generatoi eingeschaltet werden kann. Die selbsttätige Umschaltung von einem auf
den anderen Generator geschieht dadurch, daß mit Hilfe von Relais, die bei Ausfall
des einen oder anderen Generators ansprechen, die Vertauschung der Vorspannungen
vorgenommen wird. Der Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß die
Relaiskonstakte nur die steuernden Gleichströme umpolen und die Umschaltung der
Wechselströme durch Öffnen und Sperren der Gleichrichter erfolgt. Der Nachteil dieser
bekannten Schaltungsanordnung liegt aber auch hier in der Verwendung von Relais
mit ihrem. Wartungsaufwand.
-
Es ist weiter eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der die Nachteile
der verwendeten Relais durch eine Kombination von Relais, Kontakten und Halbleiterdiodentoren
vermieden werden. Die Relaiskontakte stellen die Verbindung vor oder nach der Umschaltung
her, während die Diodentore während der Umschaltung die Durchschaltung gewährleisten.
Diese Schaltung hat den Nachteil, daß Umschaltzeiten, die sehr viel kleiner als
1 ins sein müssen, nur mit erheblichem Aufwand realisiert werden können.
-
Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zur unterbrechungsfreien
Umschaltung von Betriebsgeräten auf Ersatzgeräte zu finden, das sehr kleine Umschaltzeiten
gewährleistet und das ohne Relais arbeiten soll, wobei der Nachteil der Reservierungsschaltung
der gabelentkoppelten Geräte vermieden wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgangswechselspannung
der Geräte, gegebenenfalls nach Umformung in Impulse, eine Gleichspannung, die gleich
oder größer als die Amplitude der Wechselspannung bzw. der Impulse ist, überlagert
und die den Lastwiderstand parallel speisenden Ausgangskreise in bekannter Weise
(s. F i g. 1) mittels Dioden entkoppelt werden.
-
Vorteilhafterweise werden dabei die Gleichspannungen von den Ausgangswechselspannungen
der Geräte über bekannte Schaltungsanordnungen gesteuert, oder aber die Gleichspannungen
werden direkt aus den Wechselspannungen gewonnen.
Anwendungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den F i g. 2 bis 6 dargestellt.
-
Die F i g. 2 zeigt, daß die Wechselstromquellen 8
und
10 mit ihren Innenwiderständen 9 und 11 in Reihe mit den Gleichstromquellen
1 und 6 mit den Innenwiderständen 2 und 5 geschaltet sind.
Die Wechselspannungsquellen 8 und 10 arbeiten über die Gleichrichter
3 und 4 auf den Lastwiderstand 7. Dabei ist die Gleichspannung der,Spannungsquellen
1,und 6 so gewählt, daß die Gleichrichter 3 und 4 in Durchlaßrichtung
gepolt werden, wenn die Wechselftro-m.quellen 8
und 10 gleiche Amplituden
haben.
-
Liefern die Wechselspannungsquellen 8 und 10
schwankende
Amplituden, so werden vorteilhafterweise die Gleichspannungsquellen 1 und
6 über die Steuerglieder 12 bzw. 13 gesteuert.
-
Fällt z. B. im Störunäsfalle die Wechselspannungsquelle
10 aus, so sinkt- auch die Gleichspannung der Quelle 6, wodurch die
Diode 4 gesperrt wird. Somit übernimmt die Quelle 8 die Speisung des Lastwiderstandes
7.
-
In F i g. 3 ist eine Weiterentwicklung der Schaltungsanordnung
gezeigt, bei der das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet. Hier sind die
Steuerglieder 12 und 13 der F i g. 2 weggelassen worden, da die Wechselspannungsquellen
in Form von Gegentakt-B-Verstärkern den Steuergleichstrom in Abhängigkeit von der
Wechselspannungsamplitude selbst liefern können.
-
Die Gleichspannung entsteht hierbei an den Widerständen
29 bzw. 30. Den Eingängen 8 bzw. 10 werden Wechselspannungen
aus nicht dargestellten Generatoren zugeführt, in den Gegentakt-B-Verstärkern, aus
den Transistoren 18, 19 bzw. 20, 21 bestehend, verstärkt, in den Übertragern
22 bzw. 23 ausgekoppelt und über die Übertrager 24 bzw. 25 dem Lastwiderstand
7 zugeführt. Die Gleichrichter 3 und 3' bzw. 4 und 4' dienen
der Entkopplung.
-
Die Mittelanzapfungen von Primär- und Sekundärwicklung sind bei Übertrager
22 und bei Übertrager 23
miteinander verbunden und führen die Emitterströme
über die Gleichrichter 3 und 3' bzw. 4 und 4' und die Mittelanzapfungen
der Primärwicklungen der Übertrager 24 und 25 und die Widerstände
29 und 30. Die Mittelanzapfungen der Übertrager 24 bzw.
25 sind zusätzlich untereinander verbunden.
-
Eine weitere Schaltungsanordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist in F i g. 4 dargestellt. Diese Schaltungsanordnung ist vor allem für
die Zusammenführung nicht phasenstarrer Quellen gedacht. Zu diesem Zweck werden
beide Schwingungen mittels eines Impulsformers mit Schwellwert in Rechteckimpulse'konstanter
Amplitude und gleichen Vorzeichen verwandelt, wobei eine der beiden Impulsfolgen
mit einer Gleichspannung aus der Gleichspannungsquelle 1
überlagert ist, deren
Größe mindestens gleich der Impulshöhe ist.
-
Die strichlinierte Umrahmung der Gleichspannungsquelle 6 soll
andeuten, daß diese nicht in Betrieb ist. Die Gleichspannungsquelle 1 wird
nun von der Impulsquelle 26 so gesteuert, daß die Gleichspannung nur vorhanden
ist, wenn auch die Impulse vorhanden sind. Durch die Dioden-Oder-Schaltung mit den
Gleichrichtern 3 und 4 gelangt nun die von Quelle 26
gelieferte Impulsspannung
über das Filter 28 zum Lastwiderstand 7. Das Filter 28 kann
zur Unterdrückung von Phasensprüngen dienen. Eine entsprechend der _F i g. 4 realisierte
Schaltungsanordnung ist in F i g. 5
dargestellt. Die Impulsspannungen gelangen
über die Klemmen 8 bzw. 10, die Widerstände 33 bzw.
35, die Gleichrichter 3 bzw. 4, über das Filter 38 bzw.
39 zu dem nicht dargestellten Lastwiderstand. Die Gleichspannung, die den
Impulsen überlagert wird, entsteht im dargestellten Fall über den Klemmen l' durch
Aufladung des Kondensators 41. Sie wird also,. aus den Impulsen selbst gewonnen.
Das Netzwerk mit den Widerständen 33, 34, 37 und dem Kondensator 41
ist so dimensioniert, daß die Impulse an der Anode von Gleichrichter 3 so
weit gedämpft sind, daß die Gleichspannung an demselben Punkt gleich der Impulshöhe
ist. Aus Gründen der Austauschbarkeit sind der linke und der rechte Schaltungsteil
gleich ausgeführt, wobei lediglich die Gleichspannung über C40 kurzgeschlossen wird.
Dabei bleibt die Impulsamplitude an der Diode 4 annähernd konstant, da C40 ohnehin
wechselstrommäßig einen Kurzschluß bildet. Die Widerstände 31,
31'
dienen zur Entladung der Koppelkondensatoren.
-
Eine weitere Schaltungsanordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist in F i g. 6 dargestellt. Die zur Entkopplung der Impulsquellen
8 bzw. 10 notwendige Gleichspannung wird hier von den zur Entkopplung
dienenden Gleichrichtern 3 bzw. 4 mit erzeugt. Dadurch, daß die Impulshöhe
bei einer Quelle größer (vorzüglich doppelt so groß) als bei den anderen gemacht
wird, sperrt die über C32 entstehende Gleichspannung den Generator mit der
kleineren Impulsamplitude.
-
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens be-_ stehen also darin,
1. daß keine Kontakte verwendet werden, 2. daß gegenüber den Reservierungsschaltungen
mit Gabeln ein höherer Wirkungsgrad auftritt,
3. daß sehr kleine Übergangszeiten
im Störungsfalle erreicht werden können, 4. daß ungeregelte, aber sehr stabile,
stark gegengekoppelte und daher einfache Verstärker verwendet werden können.
| Bezugszeichenaufstellung |
| l' Klemmen, über denen eine Gleichspannung |
| entsteht, |
| 1 Gleichstromquelle, |
| 2 Innenwiderstand der Gleichstromquelle 1, |
| 31 |
| 31 Gleichrichter, |
| 4 |
| 4f |
| 5 Innenwiderstand der Gleichstromquelle
6, |
| 6 Gleichstromquelle, |
| 7 Lastwiderstand, |
| 8 Wechselspannungs-(Impulsspannungs-)QueUe |
| bzw. Klemmen, |
| 9 Innenwiderstand der Wechselspannungsquelle8, |
| 10 Wechselspannungs-(Impulsspannungs-)Quelle |
| bzw. Klemmen, |
| 11 Innenwiderstand der Wechselspannungs- |
| quelle 10, |
| 12 Steuerglied zur Gleichstromquelle 1, |
| 13 Steuerglied zur Gleichstromquelle 6, |
| 14 Drossel zur Überbrückung der Wechselspan- |
| nungsquelle 8 für Gleichstrom, |
| 15 Überbrückungskapazität der Gleichstrom- |
| quelle 1 für Wechselstrom, |
| 16 Drossel zur Überbrückung der Wechselstrom- |
| quelle 10 für Gleichstrom, |
| 17 Überbrückungskapazität der Gleichstrom- |
| quelle 6 für Wechselstrom, |
| 18 |
| 19 Transistoren eines Gegentakt-B-Verstärkers, |
| 20 |
| 211 |
| 22 # Übertrager, |
| 23 |
| 24 Übertrager zum Lastwiderstand, |
| 251 |
| 26 Impulsquelle, |
| 27 # |
| 28 Filter, |
| 29 # Widerstände für Gleichspannungsabfall, |
| 30 |
| 314 Widerstände zum Schließen der Diodengleich- |
| 31 stromkreise, |
| 32 Kondensator, |
| 33' |
| 34 |
| 35 Wid t" de, |
| 36 1 ers an |
| 37 |
| 38 Filter, |
| 39 |
| 40 Kondensatoren, |
| 41 |
| 42 Widerstände. |
| 43 # |