CH105591A - Verfahren zur Um- und Nachbildung des Scheinwiderstandes von mit Spulen belasteten langen Leitungen. - Google Patents

Verfahren zur Um- und Nachbildung des Scheinwiderstandes von mit Spulen belasteten langen Leitungen.

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CH105591A
CH105591A CH105591DA CH105591A CH 105591 A CH105591 A CH 105591A CH 105591D A CH105591D A CH 105591DA CH 105591 A CH105591 A CH 105591A
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Aktiengesellschaft Siem Halske
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Siemens Ag
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      Verfahren    zur Um- und Nachbildung des Scheinwiderstandes  von mit Spulen belasteten langen Zeitungen.    Die bis jetzt bekannten künstlichen Nach  bildungen von mit Spulen belasteten Leitungen  haben den Nachteil, dass sie aus ziemlich kom  plizierten Gebilden bestehen, die aus Kapa  zitäten,     Induktivitäten    und     ohmschen    Wider  ständen zusammengesetzt sind, deren genaue  Anpassung an die Leitungen ziemliche Schwie  rigkeiten bereitet. Auch ist die erzielte Nach  bildung des Wellenwiderstandes der Leitung  nur unvollkommen. Insbesondere für höhere  Frequenzen ist die Übereinstimmung nicht  genügend, so dass man gezwungen ist, Schalt  mittel, wie z. B.

   Drossel- und Siebketten, in  die Leitung einzuschalten, zur Unschädlich  machung nicht übereinstimmender     Frequenzen.     



  Es ist schon vorgeschlagen worden, zur  Erleichterung der Nachbildung den Schein  widerstand der Leitung umzubilden, indem  vor den Anfang der natürlichen Leitung Kon  densatoren und Spulen von solchen Abmes  sungen und solcher Anordnung geschaltet  werden, dass der resultierende Scheinwider  stand in dem Bereich der Betriebsfrequenzen    praktisch genügend genau mit dem Wellen  widerstand einer homogenen Leitung überein  stimmt, aber einerseits ist auch diese Um  bildung ziemlich kompliziert und anderseits  die erzielte Übereinstimmung auch nicht voll  kommen genug, um von den erwähnten  Schaltmitteln zur     Unschädlichmachung    nicht  übereinstimmender Frequenzen absehen zu  können.  



  Die Erfindung     betrifft    nun ein Verfahren  zur Umbildung des     Scheinwiderstandes    von  mit Spulen belasteten Leitungen in äusserst  einfacher Weise, und zwar derart, dass die  Nachbildung durch Parallelschaltung eines       ohmschen    Widerstandes und eines     Konden-          sators    unter Ausschluss von Spulen derart  vollkommen erfolgen kann, dass selbst die  obigen Schaltmittel überflüssig werden.  



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch er  reicht, dass zur Umbildung des Scheinwider  standes der Leitung am Anfang dieser letz  teren und parallel dazu ein genügend grosser  Kondensator geschaltet wird, um die Charak-           teristik    derselben vorwiegend in das negative  imaginäre Gebiet zu bringen. Zweckmässig  wird der Kondensator durch ein Stück Lei  tung gleicher Kapazität hergestellt, indem  eine gewisse Anzahl der ersten     Spulenpunkte     weggelassen wird.  



  Die Nachbildung des Scheinwiderstandes  der Leitung nach dem erfindungsgemässen  Verfahren bietet den Vorteil, dass sie äusserst  einfach ist und die Übereinstimmung zwischen  Nachbildung und wirklicher Leitung so gut  ist, dass sie selbst für hohe Frequenzen genügt.  



  Durch Herstellung der Parallelkapazität  mit Hilfe einer gewissen Leitungsstrecke wird  ferner eine Anzahl von Spulen erspart und  die Leitungsführung im Amt bedeutend er  leichtert. Man kann direkt an den Verstärker  gehen. Ausserdem wird die durch die zu  sätzliche Kapazität bedingte Dämpfung ver  mindert, die übrigens wegen der vollkommenen  Nachbildung des Wellenwiderstandes der Lei  tung leicht durch einen etwas höheren Ver  stärkungsgrad der Verstärker ausgeglichen  werden kann.  



  Die Erfindung soll anhand der in Deutsch  land üblichen Bauart der     Spulenleitungen     klargelegt werden.  



  Bei diesen lässt sich bekanntlich der Wel  lenwiderstand darstellen durch die     Näherungs-          formel,    die aus der in der schweizerischen  Patentschrift 91983 abgeleiteten Beziehung  (3) hervorgeht:  
EMI0002.0006     
    wobei<I>L, C,</I>     R    die Werte der     Induktivität,     Kapazität und des Widerstandes pro Feld  der Leitung bedeuten,     coo    die Grenzfrequenz  der Leitung und     cu    irgend eine Sprachfrequenz.

    Zur Abkürzung werde gesetzt:  
EMI0002.0011     
    Da     (3    auch bei sehr     dünndrähtigen    Leitungen  in der Grösse von höchstens<B>0,05</B> liegt, ist  es zulässig, zunächst nur den reellen Teil  zu betrachten; die Berücksichtigung der ima  ginären Komponente als     Korrektionsgrösse    er  folgt am besten empirisch durch geringe  Veränderungen der berechneten Nachbildungs  grössen, die man wegen der Ungleichmässig  keiten im     Wellenwiderstande    ohnedies vor  sehen muss.

   Wir setzen also:  
EMI0002.0016     
    und betrachten die Veränderung eines in dieser  Weise von der Frequenz abhängigen Wider  standes beim     Parallelschalten    eines     Konden-          sators    von der Kapazität K     (Fig.    1).

   Der  Scheinwiderstand der Kombination berechnet  sich als der einer Parallelschaltung durch  Erweiterung von Zähler und Nenner mit       1-j        zkcu   <I>zu</I>  
EMI0002.0023     
  
    <I>U_ <SEP> <U>z</U> <SEP> _ <SEP> <U>1-</U>.<U>izlcc)</U></I>
<tb>  1+ <SEP> j <SEP> <I>zlccu-z <SEP> 1-f-z Ic2cu-</I>
<tb>  Mit <SEP> Gleichung <SEP> (3) <SEP> ergibt <SEP> dies
<tb>  <I>U-Z(V <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 1-@=- <SEP> 1- <SEP> + <SEP> ZI <SEP> jZkw<B><U>)</U></B><U> <SEP> Ir.</U> <SEP> cu= <SEP> (4) <SEP> \</I>
<tb>  Wir <SEP> setzen
<tb>  <I>ZcuK=@#x</I>
<tb>  Die <SEP> Bedeutung <SEP> von <SEP> x <SEP> ergibt <SEP> sich <SEP> hieraus
<tb>  durch <SEP> Einsetzen <SEP> der <SEP> Werte <SEP> von <SEP> Z <SEP> und <SEP> <I>i7 <SEP> = <SEP> \</I>
<tb>  <B>(00 <SEP> ,

  </B>
<tb>  worin <SEP> die <SEP> Grenzfrequenz <SEP> <I>cuo</I> <SEP> [als <SEP> solche <SEP> wirkt
<tb>  nach <SEP> Wagner, <SEP> Archiv <SEP> für <SEP> Elektrotechnik,
<tb>  Band <SEP> 8, <SEP> Seite <SEP> 61 <SEP> ff. <SEP> die <SEP> Eigenfrequenz <SEP> eines
<tb>  Kettengliedes <SEP> ] <SEP> durch <SEP> den <SEP> Ausdruck <SEP> <U>2</U>
<tb>  <I>LC</I>
<tb>  bestimmt <SEP> ist, <SEP> zu
<tb>  <I>_<U>ZcvK</U> <SEP> L <SEP> <U>2 <SEP> 2 <SEP> K</U></I>
<tb>  <I>#L <SEP> <B>C</B></I>
<tb>  Durch <SEP> obige <SEP> S/ubtitution <SEP> wird <SEP> aus <SEP> Glei  chung <SEP> (4)
<tb>  U <SEP> Z       Die     Frequenzfähigkeit    von U ist also  wesentlich bestimmt durch die Grösse x.  



  Wird dies von Null beginnend allmählich  vergrössert, so ergeben sich die im folgenden  behandelten Fälle      (1) 0<B><I> < </I></B><I>x<B> < </B></I> 0,6  Der Verlauf ist in     Fig.    2 dargestellt. U als  Ordinate ist der Scheinwiderstand der Gesamt  kombination (siehe     Fig.    1),     V    als     Abscisse    das  Verhältnis der Frequenzen, und Z sind die  Kurven der Scheinwiderstände für bestimmte  Werte von x. Er lässt sich in einfacher  Weise nicht nachbilden, da der imaginäre  Teil negativ ist und der reelle mit wachsen  der Frequenz stark ansteigt. Hierfür ist die  von     Hoyt    angegebene Schaltung mit einer  Nachbildung einer gewissen Kabellänge in  der bekannten Weise möglich.

   Für diesen  Fall wäre jedoch der Kondensator     K    be  deutungslos, da er in der Nachbildung wieder  erscheint. Werte von x unter 0,6 ergeben  also keine Verbesserung der bekannten An  ordnungen.  



  (2)<I>x<B>=:</B></I> 0,6 = 0,66       Fig.    3. Der reelle Teil des Scheinwiderstandes  bleibt weitgehend konstant, der imaginäre ist  negativ und steigt mit der Frequenz stark  an. Ohne weiteres kann dieser Verlauf in  einfacher Weise nicht nachgebildet werden.  Kompensiert man den imaginären Teil durch  einen Schwingungskreis, so erhält man die  Anordnung nach D. R. P. 330964.  



  (3)<I>0,66 < </I> x  <  1  Nach     Fig.    4 fällt hier der reelle Teil des  Scheinwiderstandes mit wachsender Frequenz  stark ab, der imaginäre zu. Es sind keine  einfachen Gebilde bekannt, die diesen Ver  lauf des Scheinwiderstandes aufweisen.  



  (4)<B>x==</B> 1  Der reelle Teil fällt mit wachsender Frequenz,  während der imaginäre linear abnimmt. Diese  Komponente kann daher leicht durch Vor  schalten einer einfachen Spule von der aus  Gleichung (5) zu berechnenden     Induktivität     '/z L kompensiert werden, so dass der ima  ginäre Teil des resultierenden Scheinwider  standes     nahezu;Null    wird. Das entspricht der  amerikanischen Bauart der Kabel. Der Schein  widerstand kann ;nach     Hoyt    nachgebildet  werden.  



  (5) x > 1  Vergrössert man $ und damit x noch weiter,  so nähert sich der Scheinwiderstand der Kom-         bination    stetig demjenigen eines reinen Kon  densators, d. h. der reelle Teil verschwindet  mehr und mehr, während der Verlauf des  imaginären sich durch eine gleichseitige Hy  perbel darstellen lässt.     Fig.6    zeigt diesen  Grenzfall.  



  In den     Fig.    7-10 sind die Scheinwider  stände aufgetragen, die man erhält, wenn  man x=4, 6, 8 und 10 macht.     Es'ist    nun  sehr bemerkenswert, dass man diese Kurven  bereits mit grosser Annäherung nachbilden  kann durch einen     ohmschen    Widerstand mit  Parallelkondensator     (Fig.    11). Macht man       ri        .-   <I>Z</I> und setzt zur Abkürzung       r1        C,   <I>wo = T',</I>  so ergibt sich für den Scheinwiderstand dieser  Anordnung  
EMI0003.0022     
    wobei     e    wie vorhin das Verhältnis
EMI0003.0024  
   bedeutet.

    Man kann die so gewonnene Nachbil  dungsmöglichkeit dadurch vereinfachen, dass  man den Parallelkondensator     .g    durch ein  Stück Leitung gleicher Kapazität ersetzt,  d. h. man hat eine gewisse Zahl der ersten       Spulenpunkte    wegzulassen. Wählt man bei  spielsweise x = 6, so muss man den ersten       Spulenpunkt    erst nach einer Leitungslänge  von 3,5 s statt nach 0,5 s einlegen, wenn mit  s der normale     Spulenabstand    im Kabel     be     zeichnet ist     (Fig.    12).  



  Es ist dann bei     dünndrähtigen    Leitungen  zweckmässig, auch in der Nachbildung den       ohmschen    Widerstand des Kabels durch eine  sogenannte     T-Schaltung    darzustellen. Die sich  hieraus ergebende Anordnung ist in     Fig.    12  gezeigt.  



       ri    stellt die Summe aus dem einen Zweig  der     T-Schaltung,    dessen anderer durch r2 ge  geben ist, und den Wellenwiderstand Z dar.  Es ist also       ri   <I>= Z</I>     -@---   <I>r2.</I>  



  r2 muss bekanntlich gleich dem halben Werte  des Leitungswiderstandes des hinzugeschal  teten Kabelstückes gemacht werden, also       r2=1,5#s#r,     wenn r den Widerstand pro Kilometer Lei-           tung    und s den normalen     Spulenabstand    be  deuten. Dann wird also       ri=Z+1,5        s        r.     Ausserdem       Ci    = 3 C".  Demnach lautet Formel (7)       ri=Z-@--I,b#s#r;        r2=1,5        s#r;        C=SC   <I>(7)</I>  Tür x = 8 ist die Anlauflänge gleich 4,5 s  zu machen.

   Ferner wird       ri=Z+2,00        s-r;        r2=2,00        s#r;        Ci=4C   <I>(8)</I>  Diese Nachbildung hat den Vorteil, dass keine  Anordnungen zwischen Kabel und Verstärker  liegen; ferner ist die Übereinstimmung zwi  schen Nachbildung und wirklicher Leitung  bis zu hohen     Frequenzen    so gut, dass keine  Drosselketten im Verstärker notwendig sein  werden, und man erspart nebenbei für jede  Strecke zwischen zwei Verstärkern 6-8       Spulenkästen.    Die Regulier- und Einstell  fähigkeit ist durch den Kondensator     Ci    und  den Widerstand     ri    gegeben.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Um- und Nachbildung des Scheinwiderstandes von mit Spulen belasteten langen Leitungen, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur natürlichen Leitung am An fang derselben ein genügend grosser Konden- sator geschaltet wird, um die Charakteristik der Leitung vorwiegend in das negative ima ginäre Gebiet zu bringen und die Nachbil dung in einfacher Weise durch Parallelschal tung einer Kapazität und eines ohmschen Widerstandes vornehmen zu können. UNTERANSPRÜCHE: 1.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des den Anfang der Leitung überbrückenden Kon- densators grösser als die Kapazität des zwischen zwei Spulen liegenden Leitungs stückes ist. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Leitung überbrückende Kapazität durch Weglassung einiger Spulenpunkte am Anfang der Leitung hergestellt wird, wobei der ohmsche Widerstand dieser Lei tungsstrecke durch einen in Serie mit der Parallelschaltung von Kondensator und ohmschem Widerstand liegenden ohmschen Widerstand nachgebildet wird.
CH105591D 1921-11-14 1922-10-31 Verfahren zur Um- und Nachbildung des Scheinwiderstandes von mit Spulen belasteten langen Leitungen. CH105591A (de)

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