-
Frequenzempfindliche Schaltung, vorzugsweise für Relais. Die Erfindung
betrifft eine Schaltung, vorzugsweise zum Betätigen von Relais in Abhängigkeit von
der Frequenz, die natürlich auch zum Messen von Frequenzen verwendet werden kann.
Ihr Zweck ist hauptsächlich, die gegebene Gesamtspannung nach Möglichkeit auszunutzen,
im Gegensatz zu vielen bekannten Schaltungen, bei denen die in dem Anzeigegerät
wirksamen Spannungen wesentlich kleiner sind als die gegebene Gesamtspannung. Als
Anzeigegerät wird ein dynamometrisches Gerät benutzt, bei dem die durch die Frequenzänderungen
bedingte Änderung in der Phasenverschiebung beider Ströme gegeneinander zur Verstellung
des Zeigers benutzt wird. Es handelt sich also darum, in einem solchen Gerät für
die beiden Spulen die gegebene Spannung möglichst vollständig auszunutzen und zu
gleicher Zeit die günstigste Phasenverschiebung der Ströme beider Spulen zu erzielen,
bei der die kleinste Änderung der Frequenz die größte Änderung des cos <p hervorruft.
Das ergibt für die Normalfrequenz eine Phasenverschiebung der beiden Ströme des
Dynamometers von 9o°. Das Drehmoment ist dann bei normaler Frequenz gleich Null,
so daß Nulleinstellung wegfallen kann. Gemäß der Erfindung wird die eine Spule des
Gerätes an die gegebene Spannung gelegt, die andere Spule dagegen in einen Diagonalzweig
einer Brückenschaltung, deren Seiten abwechselnd aus Wirkwiderstand und Blindwiderstand
bestehen. Entweder also wechseln in den Seiten Ohmscher Widerstand und Kapazität,
die praktisch als reiner Blindwiderstand anzusprechen ist, oder Ohmscher Widerstand
wechselt mit Drosselspulen, die neben dem Blindwiderstand im allgemeinen ein merkliches
Maß von Wirkwiderstand enthalten.
-
Die A'ob. i zeigt die neue Schaltung. An zwei Klemmen i des Netzes,
dessen Frequenz bestimmt werden soll, liegt einmal die eine Wicklung 2 eines dynamometrischen
Anzeigegerätes 3, mit den Klemmen über die Leitungen 4 und 5 verbunden. Andererseits
liegt an den Klemmen i, mit diesen durch die Leitungen 6 und 7 verbunden, eine Brückenschaltung,
von deren Seiten 8, 9, io, ii zwei einander gegenüberliegende Seiten {$ und io)
aus vorzugsweise gleichen Kapazitäten und die anderen einander gegenüberliegenden
Seiten 9 und i i aus vorzugsweise gleichen Ohmsehen Widerständen gebildet sind.
In dem Diagonalzweig 15, 16 der Brücke liegt die zweite Spule 12 des Dynamometers
3.
-
Abb. 2 gibt eine Vektordarstellung der in einer solchen Brücke vorhandenen
Spannungen. Nach der Erfindung ist es zweckmäßig, die Werte der Wirk- und Blindwiderstände
wie in Abb. i für die Normalfrequenz ungefähr gleichzumachen. Der Vektor e stellt
die
an die Brücke gelegte ,\ etzspannung dar, c die Spannung an einer Kapazität als
Brückenseite, r diejenige an einem Ohmschen Widerstand als Brückenseite. Die Spannungen
c und r gehören zu einer Kapazität und ziz einem Widerstand, die hintereinandergeschaltet
an den Netzklemmen liegen. r' und c' sind die entsprechenden Spannungen in der anderen
Brückenhälfte. d ist die Spanung im Diagonalzw eig der Brücke, also an der Spule
2 des Anzeigegerätes 3. Es fragt sich nun, welche Spule des Dynamometers zweckmäßig
von der Gesamtspannung e und welche von der Spannung d gespeist wird. Zur Erhöhung
der Empfindlichkeit wird man im allgemeinen ein eisengeschlossenes Meßgerät verwenden,
bei dem der Strom der festen Wicklung eine erhebliche Phasenverschiebung gegen die
angesetzte Spannung besitzt. Die Verhältnisse der Abb. 2 ergeben, daß der Bedingung,
wonach die Phasen der beiden Ströme des Anzeigengerätes um go° bei Normalfrequenz
verschoben sein sollen, am besten genügt wird, wenn man die feste Spule an die Spannung
d legt. Der Strom i der festen Spule, der durch einen Pfeil angedeutet
ist, hat dann von vornherein bei den gezeichneten Größenverhältnissen eine Lage,
die nahezu senkrecht ist auf der Spannung e der beweglichen Spule, deren Strom mit
der Spannung ungefähr phasengleich ist. Dadurch, daß man das Verhältnis der Kapazitäten
8 und io zu den Widerständen g und i i ändert, verschieben sich die Punkte p des
Diagramms (Abb. 2). Diese Verschiebung kann benutzt werden, um die Phasenverschiebung
des Stromes i gegen den Strom in der an Spannung e liegenden Spule auf den Wert
go° zu bringen. Natürlich kann man auch andere bekannte Mittel benutzen, um die
gewünschte Phasenverschiebung hervorzubringen. Hätte man die feste Spule an die
Spannung e gelegt, so würde der Strom der festen Spule etwa durch den punktierten
Pfeil i' dargestellt. Es ist erkennbar, daß dieser Strom gegen die Spannung d der
beweglichen Spule und ebenso auch den Strom dieser Spule eine sehr ungünstige Phasenverschiebung
haben würde.
-
Bei Verwendung von induktiven Widerständen erhält man ein Diagramm
nach Abb. 3. Die Bezeichnungen sind entsprechend. An Stelle des kapazitiven Widerstandes
c tritt der induktive Widerstand 1. Bei Verwendung induktiver Widerstände ergibt
sich vorwiegend ein Vektordiagramm nach Abb. 3 mit anderer Phasenlage. Bei dieser
ist es zweckmäßig, die feste Spule an die Netzspannung e zu legen, so daß ihr Strom
i die dargestellte Phase hat und von vornherein gegen die Spannung d um etwa 9o°
verschoben ist. Der punktierte Pfeil i' zeigt wieder die ungünstige Lage des Stromes,
wenn man die Feldspule an die Spannung d legt. Die Phasen von i.'
und
e sind dann nur wenig voneinander verschieden, während sie voraussetzungsgemäß um
9o° verschieden sein sollen.
-
Es ist in dieser Schaltung, bei der das Gerät 3 vorzugsweise als Relais
verwendet werden soll, vermieden, Gebrauch von Schwingungskreisen zu machen, weil
in einem Schwingungskreise die Stromstärke beiderseits des Resonanzpunktes schnell
sinkt, wodurch unter Umständen die Tätigkeit des Relais beeinträchtigt wird. Um
die Güte des Kontaktdruckes weiter zu sichern, wird zweckmäßig von einem bereits
vorgeschlagenen Mittel Gebrauch gemacht, nämlich durch eine mit wachsendem Ausschlag
abnehmende, vorzugsweise magnetische Hilfskraft die bewegliche Spule in die Nullstellung
zu bringen. Die Anordnung ist schematisch in Abb. q. dargestellt. 2 und 12 bezeichnen
die festen und, beweglichen Spulen des Anzeigegeräts 3. An der Achse 17 der Spule
12 ist mit einem Arm 18 der Anker i g eines Elektromagneten 20 befestigt, den Abb.
5 in Seitenansicht zeigt. Will das Relais ausschlagen, so bedarf es erst einer gewissen
Kraft, um die Anziehung des Ankers ig durch den Magnet 2o zu überwinden. Diese Kraft
nimmt aber mit dem Ausschlag des Ankers ig schnell ab. In der Lage, bei der der
Kontakt 22 des Relais einen Gegenkontakt 23 oder 24. berührt, ist der Anker ig praktisch
außerhalb des Einflußbereiches des Magneten, der Kontaktdruck wird also mit voller
Stärke ausgeübt. Auf diese Weise ist das Vorhandensein eines Kontaktdruckes bestimmter
Größe beim Ansprechen des Relais gesichert. Die Erregerspule 21 des Magneten 2o
wird zweckmäßig an Punkte des Netzes gelegt, an dem sich die Anschlußklemmen i (Abb.
i) befinden, damit bei sinkender Netzspannung, also z. B. beim Auftreten eines Fehlers,
die Hemmung des Ausschlages durch den Magneten ebenfalls abnimmt und die Frequenzempfindlichkeit
praktisch konstant bleibt. Für die Verwendung in technischen Betrieben wird die
ganze Schaltung in bekannter Weise in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut.