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Kunstschaltung zur Erzielung eines um 900 gegen die Spannung verdrehten Strom- vektors.
Um zwei um 900 gegeneinander versetzte Ströme zu erhalten, kann man eine Parallelschaltung eines induktiven und kapazitiven Stromweges verwenden. 900 Phasenverschiebung zwischen Stromvektor und Spannungsvektor erzielt man mit der bekannten von Hummel angegebenen Schaltung. Bei dieser liegt eine aus einem induktiven und einem Ohmschen Widerstand gebildete Parallelschaltung in Reihe mit einer Induktivität. Bei bestimmtem Verhältnis der induktiven und Ohmschen Widerstände hat der Strom in der Parallelinduktivität eine gegen die Gesamtspannung um 90 verdrehte Lage.
Dieser Schaltung haftet jedoch der Nachteil an, dass das Spannungssystem nicht durch Vorschaltung einfacher Widerstände für andere Messbereiche umgeschaltet werden kann, weil jeder Vorschaltwiderstand, auch wenn er rein ohmisch ist, die Phasenlage der Ströme beeinflusst. Vielmehr ist man gezwungen, ausser der Zuschaltung eines Vorwiderstandes auch eine Neuabstimmung der die Kunstschaltung bildenden induktiven und Ohmschen Widerstände vorzunehmen.
Im folgenden werden neue Kunstschaltungen angegeben, welche durch Vorschaltung Ohmscher Widerstände auf beliebige Messbereiche umgeschaltet werden können. Sie wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass der Blindwiderstand einer an sich beliebigen 90"-Schaltung durch Parallelschalten bestimmt bemessener Blindwiderstände aufgehoben wird, so dass sich die Kunstschaltung als ganzes wie ein Ohmscher Widerstand verhält, d. h. dass der Gesamtstrom mit der Gesamtspannung in Phase ist. Dann kann die Vorschaltung weiterer Ohmscher Widerstände auf die Phasenlage der in ihr fliessenden
Ströme keinen Einfluss haben.
Die Erfindung wird durch die Abbildungen erläutert. In Fig. 1 ist eine Kunstschaltung dargestellt, bei der die Hummel-Schaltung, bestehend aus der Induktivität Li und L2 und dem parallel zur Induk- tivität L2 liegenden Ohmsehen Widerstand R2 verwendet ist. Dieser von Hummel angegebenen Kunst- schaltung wird erfindungsgemäss eine Kapazität parallelgeschaltet, welche bewirkt, dass die gesamte
Stromverzweigung für die Nennfrequenz wie ein rein Ohmscher Widerstand wirkt, d. h., dass in einem der Kunstschaltung vorgeschalteten Ohmschen Widerstand Bi ein mit der Gesamtspannung phasengleicher
Strom fliesst.
Es ist ohne weiteres einzusehen, dass unter diesen Voraussetzungen die Grösse des Wider- standes Rl ohne Einfluss auf die Wirksamkeit der 90 -Phasenlage des Stromes in der Induktivität. L2 bezogen auf die Gesamtspannung ist. Diese Schaltung kann also durch Vorschaltung Ohmscher Wider- stände jedem Spannungsbereich angepasst werden.
Wenn diese Schaltung auch unabhängig von der Grösse des Vorschaltwiderstandes Rl arbeitet, so ist sie anderseits aber wohl abhängig von der Grösse des Widerstandes s. Wenn dieser beispielsweise unter dem Einfluss der Stromerwärmung seine Grösse ändert, ist die Phasenverdrehung des Stromes gegen- über der Gesamtspannung nicht mehr 90 . Für Präzisionsinstrumente und beispielsweise hochwertige
Netzschutzrelais, wo es sehr darauf ankommt, dass der Strom gegenüber der Spannung um genau 90 verdreht ist, ist diese Anordnung nicht besonders geeignet.
Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist nicht nur umschaltbar für verschiedene Spannungsbereiche, sondern im Gegensatz zu der eben beschriebenen Schaltung auch unabhängig von der Grösse der beiden
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Wirkwiderstände r1 und 'a. Bei dieser Schaltung ist ein induktiver Widerstand x1 in Reihe mit einer Stromverzweigung geschaltet, die in dem einen Ast einen induktiven Widerstand X2 und einen Ohmschen Widerstand r2 besitzt, in ihrem andern Ast einen kapazitiven Widerstand'C3 enthält. Die Widerstände razz und x2 sind für die Nennfrcquenz einander gleich. Der Widerstand X3 hat aber das entgegengesetzte Vorzeichen wie x1 und a : a.
Dieser Schaltung kann, wie die Abbildung beispielsweise zeigt, noch ein Ohmscher Widerstand 1'1 vorgeschaltet sein. Die Wirkung dieser Schaltung kommt gleich der eines Ohmschen Wider- standes, d. h. der von der Klemme A zur Klemme B fliessende Strom ist in Phase mit der angelegten Spannung. Die Grösse des Vorschaltwiderstandes 1'1 ist genau wie beim vorigen Beispiel auf die Phasen-
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Natur ist. Wichtig ist, dass sie auch dann den Ohmschen Charakter beibehält, wenn die Grösse des Widerstandes r2 geändert wird. Darin liegt die Überlegenheit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung vor der in Fig. 1 dargestellten. Der gegen die Spannung um 90 versetzte Strom fliesst in dem Zweig, in dem der Ohmsche Widerstand r2 liegt.
Da aber, wie schon gesagt, die Grösse des Ohmschen Widerstandes r2 auf die Phasenlage des durch ihn fliessenden Stromes ohne Einfluss ist, eignet sieh diese Schaltung ganz besonders
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werden. Anderseits kann man den Widerstand r2 auch zur Einstellung einer Empfindlichkeit benutzen, indem man durch Änderungen seiner Grösse die Stromstärke einstellt. Wenn diese Schaltung bei einem
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Durch den Widerstand 1'2 lässt sich also die Empfindlichkeit des Messgerätes einstellen, während anderseits durch weitere Vorschaltwiderstände 1'1 die Anpassung an verschiedene Spannungen erfolgen kann. Die Kapazität X3 soll keinen zu grossen Fehlwinkel haben.
Am genauesten arbeitet die Schaltung natürlich mit einem verlustfreien kapazitiven Widerstand a ; g, d. h. einem Luftkondensator.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 3 das Vektordiagramm der zuletzt beschriebenen Kunst-
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durch AD wiedergegeben. Er eilt der an dem Kondensator liegenden Teilspannung EI um 90 vor. In dem ändern Zweig fliesst der Strom J durch den Ohmschen Widerstand 11 und den induktiven Widerstand, der ebenfalls die Grösse X besitzt. Dieser Strom eilt der Spannung E1 um den Winkel Tj nach.
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der Strom J durch den Vektor EF gegeben, der unabhängig von der Grösse des Widerstandes r1 senkrecht auf dem Vektor J1 steht.
Die Spannung jSi ist die Summe aus den Teilspannungen J1 1i und J1x, die beide aufeinander
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verzweigung herrschende Spannung E1 zur Gesamtspannung E ergänzt, wird an den Endpunkten des Vektors EI der Ohmsche Spannungsabfall Jr3 in Phase mit dem Strom J von C bis H angetragen und an H senkrecht dazu die Spannung Ja ; bis zum Punkte B. AB ist dann der Vektor der Gesamtspannung, die in Phase mit dem Gesamtstrom J ist. ABHG ist ein Rechteck, da wie schon bewiesen J und J1 aufeinander senkrecht stehen und J1r1 = Ja ist.
Es hat also weder die Grösse des Ohmschen Vorsehaltwiderstandes 3 noch die des Ohmschen Widerstandes r1 in der Stromverzweigung Einfluss auf den Phasenwinkel zwischen J und J1.
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Widerstand r2, kann die Grösse der Ströme der dritten Oberwelle im Vergleich zu den Strömen der Grundwelle auf 1/12, die der fünften Oberwelle sogar auf 1/60 vermindert werden. Die letzte Eigenschaft ist besonders dann von grossem Wert, wenn die Kunstschaltung in hochempfindlichen und sehr genau arbeitenden Netzschutzgeräten angewendet werden soll.
In Fig. 4 ist eine besondere Ausführungsform der Schaltung gemäss Fig. 2 wiedergegeben. Zu dem Ohmschen Widerstand r2 (Fig. 2) ist ein gedämpfter Resonanzkreis parallelgesehaltet, der aus dem induktiven Widerstand r' dem gleich grossen kapazitiven Wider r'und dem Dämpfungswiderstand r'2
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Widerstand r2 der Stromverzweigung gemäss Fig. 2 als auch einem Teil dieses Widerstandes parallelgeschaltet sein wie Fig. 4 zeigt.
Er hat die Wirkung, dass die durch die Kunstschaltung erzielte Phasenverdrehung zwischen Strom und Spannung nicht nur unabhängig von der Grösse des vorgeschalteten Ohmschen Widerstandes ?'i und von der Grösse des Ohmschen Widerstandes 12 (Fig. 2) in der Stromverzweigung, sondern auch gegen Frequenzschwankungen ausserordentlich unempfindlich ist.
Der Amplitudenfehler, der bei Schwankungen der Betriebsfrequenz entsteht, lässt sich für die in Fig. 2 wiedergegebene Schaltung gänzlich zum Verschwinden bringen, wenn 11 und 12 von solcher Grösse sind, dass sie die Beziehung 11. r2 = x2 erfüllen. Diese Forderung lässt sich bei Umschaltung der Kunstschaltung auf eine andere Spannung beispielsweise dadurch erfüllen, dass mit der Grösse von r1 zugleich auch die Grösse von 12'aber im umgekehrten Sinne, geändert wird.
Die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 4 ist an
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Die Abmessungen der Widerstände in der Schaltung gemäss Fig. 4 können beispielsweise folgende Werte erhalten :
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PATENT-ANSPRÜCHE :
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messbereichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Blindwiderstand einer beliebigen 90 -Schaltung durch Parallelschalter eines entgegengesetzten Blindwiderstandes aufgehoben wird.
2. 90 -Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit einer Stromverzweigung, die in einem Zweig einen kapazitiven und im andern Zweig einen gleich grossen induktiven Widerstand in Reihe mit einem beliebigen Ohmschen Widerstand enthält, ein induktiver Widerstand liegt, der so gross wie der induktive Widerstand in der Stromverzweigung ist.