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Senderschaltung für Hochfrequenzschwingungen. Im Hauptpatent 333297
ist eine Senderschaltung für Hochfrequenzschwingungen angegeben, die den Zweck hat,
den Eintritt schädlicher Oberwellen in den Verbraucher (Antenne) zu verhindern.
Es wird dies dadurch erreicht, daß parallel zu der Hochfrequenzquelle (Generator,
Transformator usw.) ein auf die Oberwelle abgestimmter Kurzschlußkreis gelegt ist.
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In der Abb. s ist die dort beschriebene Schaltung wiedergegeben. Hier
bedeutet T die Energiequelle (z. B. die Sekundärwicklung eines Spannungstransformators
oder eines ruhenden Frequenzwandlers, eine Hochfrequenzmaschine o. dgl.), S die
Antenne, Ls ihre Verlängerungsspule und L1 bzw. Cl die Selbstinduktion bzw. die
Kapazität des Kurzschlußkreises.
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Ist der Kurzschlußkreis auf eine bestimmte Oberwelle von der Kreisfrequenz
(Winkelgeschwindigkeit) w" abgestimmt, so muß, wie bekannt, die Bedingung bestehen
Dadurch ist das Produkt der beiden Bestandteile L1 und Ci des Kurzschlußkreises
festgelegt, nicht aber ein jeder für sich. In der Beschreibung des Hauptpatentes
ist eine solche Bemessung von Ci ins Auge gefaßt, daß der resultierende Widerstand
des Kreises L1, Cl für die Grundwelle (Nutzwelle) praktisch als unendlich groß betrachtet
werden kann, d. h.; daß praktisch kein Grundfrequenzstrom durch den Kreis Ll, Cl
hindurchgelassen wird. Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine unter Umständen
besonders vorteilhafte Ausführungsform der Schaltung nach dem Hauptpatent, nämlich
eine derartige Bemessung der einzelnen Teile des Kurzschlußkreises, daß er für die
Grundwelle (Nutzwelle) keinen zu großen (kapazitiven) Widerstand bietet und demnach
nicht zu vernachlässigende, auch in bezug auf die E. M. K. der Hochfrequenzquelle
voreilende Grundfrequenzströme durchläßt.
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Es ist nämlich oft nützlich, die Spannung der Energiequelle durch
Entnahme von voreilenden Strömen zu verstärken. Auch aus Stabilitätsgründen ist
es erwünscht, daß die Energiequelle kapazitiv belastet ist, d. h., daß der Schwingungskreis
auf dem aufsteigenden Ast der Resonanzkurve arbeitet. Es ist aber nicht immer möglich
- auch wenn auf dem aufsteigenden Teil der Resonanzkurve gearbeitet wird -, daß
der Antennenstrom die ganze, zur Verstärkung der E. M. K. der Quelle erforderliche,
genügend große voreilende Komponente besitzt. Es tritt vielmehr oft der Fall ein
(z. B. bei langen Zuleitungen zur Antenne oder großer Nutzfrequenz oder großer Antennenkapazität),
daß bereits die induktive Reaktanz der Zuleitungen des Nutzkreises zu groß ist,
so daß nicht nur keine Verlängerungsdrossel nötig ist, sondern auch ohne die Verlängerungsspule
der kapazitive Widerstand der Antenne im Vergleich mit dem induktiven der Zuleitung
nicht ausreicht, um einen voreilenden oder genügend voreilenden Strom zu erzeugen.
Auch ist es möglich, daß man aus Rücksicht auf möglichst steile Resonanzkurve
die
Verlängerungsspule verhältnismäßig groß wählen will, so daß infolgedessen die vorhandene
Kapazität der Antenne wiederum zu groß (also ihr kapazitiver Widerstand zu klein)
ausfällt, um in der Maschine einen voreilenden oder genügend voreilenden Strom zu
erzeugen. Freilich könnte man sich in solchem Fall Abhilfe dadurch schaffen, daß
man zur Vergrößerung des kapazitiven Widerstandes (d. h. zur Verkleinerung der Kapazität)
in Reihe mit der Antenne eine zusätzliche Kapazität schaltet; dies führt aber oft,
nämlich bei stärkeren Antennenströmen, zu einem großen zusätzlichen Volt-Ampereverbrauch
in der vorgeschalteten Kapazität, also zu erhöhten Verlusten.
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In diesem Falle ist es viel vorteilhafter, von der Bemessung der Kurzschlüsse
gemäß der Erfindung Gebrauch zu machen. Die Verluste sind dabei nur unbedeutend.
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Jedenfalls trägt sie - ob der Antennenzweig auf dem absteigenden Ast
oder auf der Spitze oder in der Nähe derselben auf dem ansteigenden Ast der Resonanzkurve
arbeitet -immer zur Stabilisierung der Anlage bei.
Ersetzt man hier das gegebene Produkt L1, Cl durch seinen Ausdruck (als Funktion
der Winkelgeschwindigkeit 9,1 der Oberwelle) aus (i), so erhält man
Da im gegebenen Falle wo kleiner als w1 ist, so ist der Klammerausdruck positiv
und K1 ist in bezug auf die Grundwelle ein kapazitiver Widerstand.
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Damit nun der durch den Zweig L1, Cl fließende grundfrequente Strom
in bezug auf die innere E. M. K. der Hochfrequenzquelle (Hochfrequenzmaschine, Transformator,
Frequenzwandler o. dgl.), deren Selbstinduktion L sein mag, wie gewünscht, ein voreilender
ist und diese E, M. K. verstärkt, muß der aus K1 und aus dem induktiven Widerstand
a,, L der Hochfrequenzquelle zusammengesetzte Widerstand gleichfalls kapazitiv sein,
es muß also die Ungleichheit bestehen K1 > wo L (-1) oder
Um den gewünschten Effekt zustande zu bringen, muß man die einzelnen Teile des Kurzschlußkreises,
z. B. Cl, nicht zu groß, aber auch nicht zu klein bemessen. Bemißt man sie zu groß,
so ist ihr kapazitiver Widerstand für die Grundfrequenz zu klein, der resultierende
kapazitive Widerstand des Kurzschlußkreises wird für die Grundfrequenz im Vergleich
zu dem induktiven Widerstand der Energiequelle zu klein, so daß dieser letztere
überwiegt und der durch den Nebenschluß L1, Cl der Maschine entnommene wattlose
Grundfrequenzstrom wird gegenüber der E. M. K. der Maschine nacheilen, statt, wie
gewünscht, vorzueilen.
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Ist dagegen die Kapazität Cl zu klein gewählt, so wird der resultierende
Widerstand des Kurzschlußkreises praktisch unendlich groß (für die Grundfrequenz)
und läßt keinen Grundfrequenzstrom durch.
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Die obere Grenze für Cl (bzw. die untere für L1) ist leicht zu bestimmen.
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Der resultierende kapazitive Widerstand Er des Kurzschlußkreises für
die Grundwelle, deren Winkelgeschwindigkeit Wo sein mag, ist und da nach (i) die
Kapazität ist, so erhält man
Der Ausdruck (g) bzw. (6) stellt die obere Grenze für die Kapazität Cl bzw. die
untere Grenze für die Selbstinduktion L1 dar. Ist Cl größer als diese obere Grenze
(bzw. L1 kleiner als ihre untere Grenze), so eilt der Grundwellenstrom, welcher
durch den Kurzschlnßkreis fließt, der ihn erzeugenden E. M. K. nach und schwächt
sie ab.
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Was die untere Grenze für Cl (bzw. obere Grenze für L1) anbetrifft,
so hängt sie von jeweiligen Betriebsbedingungen, z. B. von der gewünschten Verstärkung
der E. M. K. durch voreilende Ströme, von der Form der magnetischen Charakteristik
der Energiequelle usw. ab. Jedenfalls darf Cl nicht zu klein (bzw. L1 nicht zu groß)
sein, sonst wird der resultierende Widerstand für die Grundfrequenz zu groß und
die zu erzeugenden voreilenden Ströme so klein, daß sie keine wesentliche Spannungsverstärkung
der Nutzstromquelle bewirken können. Die richtige Bemessung des Kurzschlußkreises
wird am besten auf experimentellem Wege durch Änderung des Variometers L1 bzw. des
Kondensators Cl unter gleichzeitiger Beobachtung des Meßinstrumentes
erzielt.
Falls bei belasteter Antenne und beim Ein- und Ausschalten des Kurzschlußkreises
das parallel zur Nutzstromquelle liegende Voltmeter keine Änderung zeigt, so bedeutet
dies, daß die Kapazität Cl zu klein (bzw. L, zu groß) ist. Man hat dann die Bemessung,
die in der Beschreibung des Hauptpatentes angegeben ist. Um nun zur Bemessung nach
der Erfindung überzugehen, vergrößert man Cl und verkleinert man gleichzeitig L1
so lange, bis die jedesmalige Einschaltung des Kurzschlußkreises die gewünschte
Steigerung der Voltmeterspannung ergibt. Sind mehrere Oberwellen vorhanden, die
man möglichst unschädlich machen will, so muß man auch mehrere entsprechende Kurzschlußkreise
bilden. In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für die Vernichtung von drei Oberwellen
angedeutet.
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Die drei Kurzschlußkreise sind auf die beziehungsweisen Kreisfrequenzen
w1, % und v-3 der zu vernichtenden Oberwellen abgestimmt. Die resultierenden Kapazitäten
C,', Cr" und C,."' der drei Kurzschlußkreise sind, wie aus Gleichung (3) leicht
abzuleiten ist, in bezug auf die Grundfrequenz gleich
so daß die kombinierte resultierende Kapazität C,. der ganzen Gruppe der Kurzschlußkreise
ist
und es muß wiederum, damit der die ganze Gruppe durchfließende Grundfrequenzstrom
keine Schwächung der Grundwelle hervorruft, die Bedingung bestehen
Es kann unter Umständen zweckmäßig sein, wenn der gewünschte voreilende Strom sehr
beträchtlich ist, nur einen Teil desselben durch die Kurzschlußkreise (oder den
Kurzschlußkreis) durchgehen zu lassen und den übrigen Teil durch einen besonderen
Parallelkondensator Co (s. Abb. 3) zu schicken. Bei der Verwendung eines derartigen
Saugkondensators geht die Bedingung (8) über in
wobei C,. wiederum die resultierende Kapazität sämtlicher Kurzschlußkreise in bezug
auf die Grundwelle und Ca die Kapazität des Saugkondensators bedeutet.
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Soll die Spannung E durch den voreilenden Strom um den Betrag ,/\
E erhöht werden, und ist dazu ein wattloser voreilender Strom J", erforderlich,
so hat man
woraus
In allen den bisherigen Fällen ist angenommen, daß der Verbraucherzweig (L,
S) für die Grundwelle vollkommen abgestimmt ist. Ist aber sein resultierender
Widerstand beispielsweise ein kapazitiver in bezug auf die Grundwelle, so muß die
entsprechende Kapazität berücksichtigt werden, und zwar am besten in der Form, daß
man sie als einen Teil der Kapazität Co in Gleichungen (9) und (io) betrachtet.