Vorrichtung zum selbsttätigen Einregeln von Hochfrequenzschwingungskreisen
auf Resonanz Bei Verbrauchern elektrischer Energie mit im Verhältnis zur Wirklast
großer Blindlast schaltet man meistens zur Verringerung dieser Blindlast kompensierende
Blindlaststromverbraucher in den Stromkreis, also bei kapazitiven Lasten Drosselspulen,
bei induktiven Lasten, z. B. bei Induktionsheizungen, Kondensatoren. Wählt man den
zusätzlichen Blindstromverbraucher -so groß, daß Resonanz auftritt, gekennzeichnet
durch die Gleichung (92 L C = r, wobei o) die verwendete Kreisfrequenz, L
bzw. C die gesamte Induktivität bzw. Kapazität des Stromkreises sind, so kompensieren
sich die Blindstromverbraucher, Kapazität und Induktivität, gegenseitig, und der
gesamte Stromkreis: wirkt wie eine reine Wirklast. Je nach den Verhältnissen wird
entweder die Schaltung der Spannungsresonanz, Drosselspule L und Kondensator C in
Reihe, oder diejenige der Stromresonanz, Drosselspule L und Kondensator C zueinander
parallel, angewandt. Im :ersten Fall steht bei Resonanz der Vektor E der Generatorklemmenspannung
senkrecht auf dem Vektor F_, der Kondensatorspannung, im letzten Fall steht der
Vektor J des Generatorstromes senkrecht auf dem Vektor J, des Kondens:atorstromes,
verlustfreie Kondensatoren vorausgesetzt. Auch bei gemischten Schaltungen lassen
sich immer elektrische Größen, Ströme oder Spannungen, finden oder herstellen, deren
Vektoren bei Resonanz aufeinander senkrecht stehen. Da die genannten Vektoren nur
bei Resonanz
aufeinander senkrecht stehen bzw. -zirngekehrt diese
Vektorlage eben ein Kennzeichen der Resonanz ist, läßt sich mit einem Gerät, das
durch den Phasenwinkel dieser beiden Größen beeinflußt wird, die Resonanz nachweisen
bzw. dadurch einstellen, daß dieser Phasenwinkel eben immer zu- gemacht wird. Ein
Gerät, welches durch den Phasenwinkel zwischen zwei elektrischen Größen berinflußt
wird, ist der :elektrische Leistungsmessier. Speist man gemäß der Erfindung die
beiden Stromkreise eines solchen Meßgeräts durch zwei elektrische Größen, Ströme
oder Spannungen, deren Vektoren im Resonanzfall aufeinander senkrecht stehen, so
spielt der Zeiger des Meßgeräts auf die Nullage ein, und es ist möglich, durch eine
Abweichung des Zeigers aus der Nullage, also durch die Anzeige, daß die betreffenden
Vektoren nicht mehr aufeinander senkrecht stehen oder, mit anderen Worten, der Stromkreis
nicht mehr in Resonanz ist, einen Reglerkreis zu betätigen, der eine der die Resonanz
bedingenden Größen (L, C, «)) so lange verändert, bis der Zeiger des -eIägerätes
wieder in die Nulllage zurückgeht, der Stromkreis also wieder auf Resonanz abgestimmt
ist.Device for the automatic adjustment of high-frequency oscillating circuits to resonance With consumers of electrical energy with a large reactive load in relation to the active load, reactive load current consumers that compensate for this reactive load are usually switched into the circuit, i.e. with capacitive loads, inductive loads, e.g. B. with induction heating, capacitors. If you choose the additional reactive current consumer - so large that resonance occurs, characterized by the equation (92 LC = r, where o) is the angular frequency used, L and C are the total inductance or capacitance of the circuit, the reactive current consumers compensate each other, Capacitance and inductance, mutually, and the entire circuit: acts like a pure real load. Depending on the circumstances, either the connection of the voltage resonance, inductor L and capacitor C in series, or that of the current resonance, inductor L and capacitor C in parallel to one another, is used. In the first case, when there is resonance, the vector E of the generator terminal voltage is perpendicular to the vector F_, the capacitor voltage, in the latter case the vector J of the generator current is perpendicular to the vector J of the capacitor current, assuming lossless capacitors. Even with mixed circuits, electrical quantities, currents or voltages can always be found or produced whose vectors are perpendicular to each other when they resonate. Since the vectors mentioned are perpendicular to each other only at resonance or, in reverse, this vector position is a characteristic of the resonance, the resonance can be detected or adjusted by means of a device that is influenced by the phase angle of these two variables is always closed. A device that is influenced by the phase angle between two electrical quantities is the: electrical power meter. If, according to the invention, the two circuits of such a measuring device are fed by two electrical quantities, currents or voltages, the vectors of which are perpendicular to each other in the case of resonance, the pointer of the measuring device plays on the zero position, and it is possible through a deviation of the pointer the zero position, i.e. through the display that the vectors in question are no longer perpendicular to each other or, in other words, the circuit is no longer in resonance, to operate a control circuit that controls one of the variables ( L, C, «) that determine the resonance ) changed until the pointer of the device returns to the zero position, i.e. the circuit is again tuned to resonance.
Die gewöhnlichen Drehspulenwattmeter sind jedoch für den vorliegenden
Zweck wenig geeignet, und zwar einerseits, weil' bei ihnen die elektrodynamischen
Kräfte zwischen den Drehspulen in der Nähe der Resonanz sehr gering werden, so daß
diese Meßgeräte gerade in dem für die Anzeige erforderlichen Bereich sehr unempfindlich
werden, und anderseits, weil sie bei höheren Frequenzen, wie sie beispielsweise
bei Induktionsöfen verw.end:et werden, groläe Fehler aufweisen, wodurch eine genaue
Einstellung auT' Resonanz nicht gewährleistet ist.However, the ordinary moving coil wattmeters are for the present one
Purpose unsuitable, on the one hand, because 'with them the electrodynamic
Forces between the moving coils in the vicinity of the resonance become very small, so that
these measuring devices are very insensitive, especially in the area required for the display
be, and on the other hand, because they are at higher frequencies, such as them
Used in induction furnaces: they are very flawed, which means that they are accurate
Setting auT 'resonance is not guaranteed.
Gemäß der Erfindung wird daher weiterhin zur Anzeige des Phasenwinkels
bzw. zur selbsttätigen Einstellung desselben auf " eine Brückenschaltung, beispielsweise
gemäß Fig. i, benutzt, die außer zwei gleichen Widerständen i und 2 zwei Elemente,
z. B. Thermokreuze 3, 4., enthält. Diese Schaltung liefert im Gleichstromkreis der
beiden gegeneinandergeschalteten Thermokr.euze 3 und 4 eine Stromstärk e J, die
dem Produkt il, i. cos (il, i.#) entspricht, wobei il und i., wie in Fig. i angegeben,
die der Brückenschaltung zugeführten Wechselsträme sind. Stehen die Ströme il und
z. aufeinander senkrecht, wie es nach obigem dem Resonanzfall :entspricht, so ist
der Gleichtrom J = O; andernfalls führt der Gleichstromkreis einen Gleichstrom J,
der dazu benutzt wird, :ein an die Klemmen a und b angeschlossenes Regelgerät zu
betätigen, das-eine der die Resonanz bediiigetidc» Grölen (L, C, o)) so lange
verändert, bis die Resonanz wiederhergestellt ist, wodurch in dem Augenblick, in
dem der Phasenwinkel zwischen den Strömen il und i, gleich wird, der Gleichstromkreis
stromlos wird, das Regelgerät also seine Arbeit einstellt.According to the invention, a bridge circuit, for example according to FIG. This circuit supplies a current e J in the direct current circuit of the two counter-connected thermocouples 3 and 4, which corresponds to the product il, i. cos (il, i. #), where il and i., as indicated in FIG If the currents il and z are perpendicular to one another, as corresponds to the resonance case: above, the constant current is J = O; otherwise the direct current circuit introduces a direct current J, which is used for: To operate the control device connected to the terminals a and b, which changes one of the resonance conditions (L, C, o)) until the resonance is restored, which means that at the moment the phase angle between the currents il and i, becomes equal, the direct current circuit is de-energized, so the control device stops working.
Die praktische Anwendung auf :eine Induktionsheizung sei nachfolgend
an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Gegeben sei eine Induktionsheizanlage,
deren nacheilender Blindstrom einmal (Fig. i ; durch einen mit ihr in-Reihe geschalteten
Kondensator 5, .das andere Mal (Fig. 2 ) durch einen zu ihr parallel geschalteten
Kondensator 6 kompensiert werde. i o bezeichnet den Wirkwiderstand, i i den induktiven
Blindwiderstand der Induktionsheizvorrichtung, 12 (Fig. i.) einen regelbaren Vorscbaltwiderstand
und c, d die Anschlußklemmen für den Wechselstromerzeuger. Den Anscliluli
der Brücke zeigen für diese beiden Fälle ebenfalls die beiden Figuren, wobei zu
beachten ist, d.aß die benutzten Wandler (Spannungswandler ; in Fig. i, Stromwandler
8 und 9 in Fig.2) keine allzu großen N,\?inkelfehler aufweisen dürfen. Im Fall der
Resonanztritt. wie oben erläutert, zwischen den Klemmen a und h keine Gleichspannung
auf. Gerät der Ofenkreis aus irgendeinem Grund außer Resonanz, so entsteht zwischen
den Klemmen a und b :eine Gleichspannung, die zweckmäßig gemäß Fig.3 auf einen mehrstufigen
Verstärker 13 arbeitet. Dieser, im Anodenkreis der letzten Stufe im: Anodenstrom
kompensiert, liefert, je nachdem der Resonanzkreis nach. der induktiven oder nach
der kapazitiven Seite außer Resonanz gerät, einen Strom in der einen oder anderen
Richtung. Durch Betätigung eines Relais 14. gelangt dieser Strom in den Anker 16
des Verstellmotors 15, dessen Feldwicklung 1 7 durch eine Batterie 18 dauernd gespeist
wird. Der Anker 16 des Verstellmotors 15 dreht sich nun in der einen oder anderen
Richtung und verstellt dadurch eine der die Resonanz bedingenden Größen (L,
C, o». Hierdurch gerät der Ofenkreis @vieder in Resonanz. Die Gleichspannung
zwischen den Klemmen a und b verschwindet und damit auch der Verstärkerstrom.
Im Augenblick der Stromlosigkeit schnellt der Anker n@.' des Relais 1,4 zurück und
schließt dabei deal Anker 16 des Verstellrnotors 15 kurz. Der Verstellmotor kommt
dadurch augenblicklich zur Ruhe, und die Resonanz ist hergestellt.The practical application to: induction heating is explained below using an exemplary embodiment. An induction heating system is given, the lagging reactive current of which is compensated once (Fig. I; by a capacitor 5 connected in series with it, the other time (Fig. 2 ) by a capacitor 6 connected in parallel to it. Io denotes the effective resistance, ii the inductive reactance of the induction heating device, 12 (Fig. i.) an adjustable bias resistor and c, d the connection terminals for the alternator The converter used (voltage converter; in Fig. i, current converters 8 and 9 in Fig. 2) must not have too large N, \? angle errors. In the case of resonance, as explained above, no DC voltage between terminals a and h If the furnace circuit is out of resonance for some reason, then between the terminals a and b there is a direct voltage which, as shown in Fig. 3, works on a multi-stage amplifier 13. D This, in the anode circuit of the last stage in: anode current compensated, delivers, depending on the resonance circuit. the inductive or capacitive side out of resonance, a current in one direction or the other. By actuating a relay 14, this current reaches the armature 16 of the adjusting motor 15, the field winding 1 7 of which is continuously fed by a battery 18. The armature 16 of the adjusting motor 15 now rotates in one direction or the other and thereby adjusts one of the variables that cause the resonance (L, C, o ». This causes the furnace circuit to resonate again. The DC voltage between terminals a and b disappears When there is no current, the armature n @. 'of the relay 1, 4 snaps back and short-circuits the armature 16 of the adjusting motor 15. The adjusting motor comes to a standstill immediately and resonance is established.
Die Erfindung hat besondere Bedeutung zur Regelung von Induktionsheizeinrichtungen,
weil bei diesen die Aufrechterhaltung der Resonanzlage -mit Rücksicht auf eine
möglichst
wirksame Leistungsübertragung besonders wichtig ist. Die Verwendung :einer Brückenschaltung
mit Th ermokreuzen o. dgl. erweist sich .gerade bei Induktionsheizeinüchtungen als
zweckmäßig, da :eine solche Schaltung auch bei wesentlich über Netzfrequenz liegenden
Frequenzen mit großer Genauigkeit arbeitet.The invention is of particular importance for the regulation of induction heating devices,
because with these the maintenance of the resonance position -with regard to a
if possible
effective power transfer is particularly important. The use: a bridge circuit
Crossing with Th ermo or the like turns out to be especially with induction heating
expedient, since: such a circuit even if the frequency is significantly higher than the mains frequency
Frequencies works with great accuracy.