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Anordnung zur Abschwächung der Veränderungen von elektrischen Größen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abschwächung der Veränderungen von elektrischen
Größen, insbesondere 'zum Schutz von Relais oder zur Konstanthaltung der Verbraucherspannung,
und besteht darin, daß in Reihe mit dem Abnehmer eine ungesättigte Drosselspule
liegt und zwischen einen Anzapfpunkt dieser Drosselspule und den anderen Endpunkt
des Verbrauchers eine gesättigte Drosselspule geschaltet ist, zu der parallel ein
Kondensator liegt. .
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Es ist bereits eine Anordnung bekannt,. die aus einer Kaskadenschaltung
mehrerer Glieder besteht, @*obei die einzelnen Glieder aus einer ungesättigten Drosselspule
ohne Anzapfung und einer Drosselspule mit Parallelkondensator bestehen. Gegenüber
dieser An= ordnung unterscheidet sich der Gegenstand vorliegender Erfindung dadurch,
daß die ungesättigte Drosselspule mit Anzapfungen versehen ist, an die die gesättigte
Drosselspule und der Kondensator in der erwähnten Schaltung angeschlossen sind.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß man erheblich weniger Kaskadenglieder benötigt,
in den meisten Fällen sogar mit einem einzigen auskommen kann. Zweckmäßig wird bei
der Anordnung nach der Erfindung der' Teil der ungesättigten Drosselspule, der dem
Kondensator und der im Sättigungsbereich arbeitenden Drosselspule vorgeschaltet
ist, bei der Betriebsfrequenz etwa auf Resonanz mit dem Kon-, densator abgestimmt.
Um die Oberwellen, die durch die Sättigungserscheinungen auftreten, zu beseitigen,
kann man parallel zur gesättigten Drosselspule einen oder- mehrere-Spannungsresonanzkreise
schalten, die auf die zu unterdrückenden Oberwellen abgestimmt sind. Man kann zu
diesem Zweck z. B. dem an sich schon vorhandenen Kondensatbr eine kleine Induktivität
vorschalten,. man kann auch diesen Kondensator aus zwei oder drei Einzelkondensatoreu
zusammensetzen und vor jeden eixie Induküvität schalten, wobei. die verschiedenen
Reihenschaltungen auf die verschiedenen zu unterdrückenden Oberwellen abgestimmt
sind.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Bei der in Fig. i dargestellten Anordnung ist mit El die Spannung
am Eingang bezeichnet, mit E2 die konstant zu haltende Spannung am Relais i. 2 ist
eine Luftdrosselspule, an deren Anzapfung 3 die Eisendrossel q. und der Kondensator
5 in Parallelschaltung angeschlossen sind. Die gemeinsame Spannung an dem durch
Drossel q. und Kondensator 5 gebildeten Resonanzkreis ist mit E' bezeichnet. Die
bereits erwähnte Luftdrosselspule :2 ist durch die Anzapfung 3 in zwei Teile geteilt,
den links von der Anzapfung 3 liegenden Teil 7 mit der Spannung E7 und den rechts
von der Anzapfstelle 3 liegenden Teil 8 mit der Spannung Ee.
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Die Wirkungsweise der Anordnung geht aus Fig. 2 hervor. Dort sind
die verschiedeneu
Spannungen in Abhängigkeit vom Strom J aufgetragen,
und zwar zeigt die Kurv e a den Verlauf der Spannung E' im`
| Resonanzkreis in Abhängigkeit vom Stroin.l-" |
| Diese Kurve erzibt sich in bekanntereisw |
durch Zusammensetzung der Charakteristik der im' Sättigungsbereich arbeitenden Drossel
4 und des Kondensators 5. Die Kurve b zeigt den Verlauf der Spannung E7 am Teil
7 der Drosselspule 2. Da es sich um eine Luftdrosselspule handelt, ist der Zusammenhang
zwischen Strom und Spannung linear, d. h. b ist eine Gerade. Da die Abstimmung so
getroffen ist, daß Kondensator 5 und Teil 7 der Luftdrosselspule 2 bei der Betriebsfrequenz
etwa in Resonanz sind (die am Anfang der Magnetisierungskurve zwar zusätzliche,
aber geringe Kapazitätsverringerung durch die Induktivität der Eisendrossel ¢ ist
zu berücksichtigen), schmiegt sich die Kurve b sehr gut an den unteren Ast der Kurve
ca an. Da die Spannung El gleich der Summe der Spannung E, am Teil 7 der Drosselspule
2 und der Spannung E' am Resonanzkreis ist, kann man die Größe der Spannung El ohne
weiteres aus dem Diagramm entnehmen, wie es in Fig: 2 auch eingezeichnet ist.
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In Fig. 2 ist außer den Kurven a und b
noch eine weitere Kurve,
nämlich die Kurve c, eingetragen, die die induzierte Spannung Es
im rechten
Teil 8 der Anzapfdrossel2 darstellt und die, weil 2 eine Luftdrossel ist, ebenfalls
linear verläuft. , Die konstant zu haltende Verbraucherspannung E2 kann nun unmittelbar
aus dem Diagramm entnommen werden, und zwar als Differenz der Spannungen E' und
Es, wie es in der. Figur eingezeichnet ist. Wie die Figur zeigt, bleibt E2
in weiten Grenzen konstant.
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An Stelle der Luftdrosselspule 2 könnte man auch beispielsweise eine
Eisendrossel mit Luftspalt verwenden. Man 'muß nur dafür sorgen, daß innerhalb des
Arbeitsgebietes die Drosselspule ihre Induktivität wenig ändert. Die Induktivität
der Drosselspule 4 muß dagegen so sein, daß die Drosselspule 4 bei steigender Spannung
in den Sättigungsbereich kommt, 4. muß also beispielsweise eine Drosselspule mit
geschlossenem Eisenkern oder eine andere Drosselspule, bei der der Kern aus einem
Material besteht, dessen Permeabilität bei Steigen des Stromes zunimmt, dann wieder
abfällt, sein. Will man die durch die Sättigung der Drosselspule 4 hervorgerufenen
Oberwellen vom Relais fernhalten, so kann, z. B. wie punktiert angedeutet, dem Kondensator
eine kleine Induktivität 9 vorgeschaltet werden, die mit dem Kondensator zusammen
auf die zu unterdrückende Oberwelle abgestimmt wird. Gegebenenfalls kann man auch
den Kondensator aus zwei und drei Einzelkondensatoren zusammensetzen und vor jeden
eine Induktivität schalten, wobei die v er-'s.chiedenen Reihenschaltungen auf die
ver-,4chiedenen zu unterdrückenden Oberwellen ?,bgestimmt werden. Man kann außerdem
äuch Drosselketten, Oberwellenkurzschlüsse oder Sperrketten zur Beseitigung der
höheren Harmonischen vorsehen. -In Fig.3 ist ein weiteres Anwendungsgebiet dargestellt.
Es liegt häufig die Aufgabe vor, bei asynchronen Wechselstrommaschinen, insbesondere
bei asynchronen Phasenschiebern, selbst bei starkem Zusammenbruch der Netzspannung
die Erregerspannung noch aufrechtzuerhalten, unter Umständen sogar bei Fallen der
Spannung die Erregung zu steigern, damit der Phasenschieber mit sinkender Spannung
möglichst viel Blindleistung abgibt. Verwendet man nun als Zwischenglied io; wie
in Fig. 3 dargestellt, zwischen der Netzspannung und dem Frequenzwandler i i -eine
Schaltung gemäß Fig. i, so wird die Erregermaschine 12 stets konstant erregt und
somit auch der Phasenschieber 13, so daß es gelingt, in weiten Grenzen der Asynchronmaschine
13 das Verhalten einer fremderregten Maschine aufzuzwingen, obwohl sie .in Selbsterregerschaltung
arbeitet.
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Da die Spannung, die am Ausgang bei der Schaltung nach Fig. i herrscht,
abhängig von der Frequenz ist, kann man die Sekundärspannung auch als Frequenzrnaß
benutzen und z. B. ein angeschlossenes Spannungsmeßgerät als Frequenzmesser eichen.
Schließt man, wie Fig@4 darstellt, ein Relais oder Meßinstrument 14 an eine solche
Anordnung über einen Gleichrichter 15 und einen Transformator 16 an, so kann man
auch Frequenzänderungen als meßbare Größe erhalten. Dabei muß man dafür Sorge tragen
(durch entsprechende Ausbildung des Relais oder der Meßvorrichtung oder durch Anwendung
bekannter Mittel), daß die Vorrichtung auf die Wechselstromkomponente des gleichgerichteten
Stromes nicht anspricht. Bei der Anordnung nach Fig. 4 fließt im Gleichrichterkreis
ein Gleichstrom, welcher der Spannung E2 proportional ist. Solange dieser Gleichstrom
konstant bleibt, ist die an der Sekundärwicklung des Transformators induzierte Spannung
eine reine Wechselspannung von der Frequenz der dem Gleichstrom überlagerten Pulsationen,
und das Relais bleibt unerregt, da es gegen Wechselströme unempfindlich ist. Steigt
aber der Strom durch Änderung der Frequenz an, so wird eine Gleichspannung in der
Selrundärwicklung des Transformators induziert. Infolgedessen wird das Relais erregt.
An Stelle der induktiven Kopplung könnte-auch eine kapazitivc Kopplung treten
z.13.
in der Weise, daß die Relaiswicklung von dem Ladestrom eines Kondensators erregt
wird, der parallel zu einem im Gleichr ichterkreis liegenden Widerstand geschaltet
ist. Man kann auch das Gerät auf die relative Änderungsgeschwindigkeit der Wechsel-
. spannung ansprechen lassen, indem man in. den Gleichrichterkreis einen Ohmschen
Widerstand und einen Transformator in Reine einschaltet und so auf das Relais zwei
Spannungen einwirken läßt, von denen die eine der Änderungsgeschwindigkeit und die
andere der Größe der Spannung proportional ist.
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Die Anordnungen nach der Erfindung eignen sich insbesondere zum Schutz
von Relais, Nullvoltmetern an Stelle der sonst.üblichen -Metallfadenlampen. Ferner
können sie auch verwendet werden für Regelungen aller Art, insbesondere auch mittels
Elektronenröllren, bei denen eine konstante Vergleichspannung erforderlich ist,
oder z. B. zur Eichung von Zählern.
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Mit der in Fig. q. dargestellten Anordnung zur Konstanthaltung läßt
sich eine auf annähernd i °/o konstante Sekundärspannung erzielen, während sieh
die. Primärspannung im Verhältnis z. B. i : 6 ändert. Für Kleinverbrauchsstellen,
z. B. Glühlampen, die in den Ausläufern großer Netze angeschlossen sind und deshalb
nicht unbeträchtliche Spannungsschwankungen erhalten, , könnte man auch diese Anordnungen
verwenden. Da es aber bei solchen Kleinverbrauchsstellen nur notwendig ist, die
gleiche Unempfindlichkeit in etwa einem Spannungsbereich von etwa 2o % zu
erreichen, kann man auch die in Fig.6 und 7 angegebenen Schaltungen benutzen,'bei
denen der Eigenverbrauch wesentlich herabgesetzt ist. In Fig.2 war das Spannungsdiagramm
der Anordnung nach Fig. i gezeichnet und zeigt, daß Ei sich in weiten Grenzen verändern
kann, ohne daß sich. E2 ändert. Um aber den höheren Eigenverbrauch zu verringern,
ist es erforderlich, auch der Änderung von Ei bei dem Durchlaufen des gleichen Arbeitsbereichs
des . Eisenresonanzkreises eine kleinere Änderungsmöglichkeit aufzuzwingen: Dies
erreicht man dadurch, daß man die- Charakteristika des Eisenresonanzkreises in die
in Fig.5 dargestellte Form bringt. Man sieht, daß dann die Spannung zwischen Ei
und E2 entsprechend der notwendigen Verlegung der Geraden c durch Spannungsteilung
der an der Vordrossel2 zum Eisenresonanzkreis q, 5 auftretenden Spannung gewonnen
werden muß, damit wieder E2 konstant bleibt, während Ei in mäßigen Grenzen verändert
wird. Fig. 6 und 7 zeigen die Schaltungsmöglichkeiten, und zwar ist in Fig..6 die
Charakteristik dadurch erzielt, daß vor dem gesamten Eisenresonanzkreis der Vorkondensator
1q. geschaltet wird, während in Fig. 7 der Vorkondensatör_-z5 vor der Eisendrossel
liegt.