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Glättungskondensator Es ist bekannt, zur Glättung von Wellenspannungen
Kondensatoren zur Stromquelle des Wellenstromes, meistens einem Gleichrichter, parallel
zu schalten. Da der parallel geschaltete Kondensator für den überlagerten Wechselstrom
einen mit der Frequenz abnehmendem Nebenschlußwiderstand darstellt, so wird durch
den Kondensator die überlagerte Wechselspannung mehr oder weniger kurzgeschlossen,
und @es bleibt nur die Gleichspannung übrig. Diese Anordnung wird um so besser funktionieren,
je größer der Kondensator ist. Es ist also eine Frage der Kosten, bis zu welchem
Grade man de Glättung des Wellenstromes steigern will. Um dem Kondensator nur noch
einen möglichst kleinen Wechselstronn zur Bewältigung auszuliefern, verwendet man
bei der Gleichrichtung, deren Ergebnis im allgemeinen ein solcher Wellenstrom ist,
eine möglichst große Phasenzahl. Durch die folgende Anordnung werden sowohl an der
Größe des Kondensators wie auch an der Gleichrichteranlage durch Verminderung der
Phasenzahl wesentliche Ersparnisse erzielbar. Trotzdem wird eine vorzügliche Glättung
erreicht. Bei dem zu verwendenden Glättungskondensator wird davon ausgegangen, daß
er mit einem Dvelektrikum sehr hoher Dielektrizitätsk:onstante ausgestattet ist
oder etwa als Ele'ktrolytkondensat-or eine hohe Kapazität auf kleinem Raum besitzt.
Es sind in neuerer Zeit Stoffe bekanntgeworden, deren Dvelektrizitätskonstante Werne
von aooo, i o ooo, ja sogar bis 18 ooo aufweisen. Stellt man sich nun vor,
daß .das Dielektrikwm, das aus einem solchen Isolierstoff bestehen möge, an der
einen Belegung des Kondensators haftet, während die andere Belegung, zweckmäßig
haben beide Belegungen die Form einer ebenen Fläche oder auch eines spiraligen Konus
mit axialer
Beweglichkeit gegcacinauder, der Isolierstoffschicht
genähert und von ihr entfernt werden kann, so erzielt man mit solchen Kondensatoren
zusätzliche GVirkungen, die auf Spannungs- -und Ladungsänderungen beruhen. M'enn
nämlich der Abstand beider Belegungen voneinander vergrößert wird, so wird eine
Luft- oder Gasschicht oder ein aus Vakuum bestehender Spalt dazwischengeschaltet,
so daß die Kapazität des Kondensators auch bei nur 'leinen Bewegungen eine erhebliche
Veränderung erfährt und dementsprechend, je nach dem Vorzeichen der ä-uderung, zusätzlicher,
Ladestrom aufnimmt oder elektrische Ladungen abgibt. Bei konstanter Ladung würde
die Kapazitätsänderung von einer entsprechenden Spannungsänderung begleitet sein.
Bei diesem Koindensat,oraufb.au wird es im allgemeinen zweckmäßig sein, an die mit
Isolierstoff bedeckte Belegung den negativen Pol anzuschließen, während der positive
P.ol an die blanke Bt1cgung führt. Es ist selbstverständlich gleichgültig, welche
von den beiden Belegungen man beweglich macht. Man kann sie auch beide beweglich
machen. Ein anderer Kondensatoraufbau ist der, daß man beide Belegtangen imit einer
mehr od°r weniger dünnen Is-olierstoffschicht überzieht und die entsprechenden Kapazitätsänderungen
durch Bewegung der einen oder anderen oder auch beider Halbkondensatoren bewirkt.
Im Hinblick auf die sehr hohe Dielektrizitätskonstante des festen fsolierstoffesergeben
sich erhebliche Kapazitäten und Kapazitätsänderungen, wenn das Dielektrikum recht
dünn ist, so daß mit geringen Bewegungen erhebliche Leistungen umgesetzt werden
können.
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Gemäß der Erfindung "vird nun die Glättung einer elektrischen Wellenspannung
dadurch bewerkstelligt, daß als Glättungskondensator ein Kondensator mit mindestens
einer Isofemstoffschicht von hoher D-ielektrizitätskonstante verwendet wird, der
durch periodische Veränderungen des Abstandes seiner Belegungen in seiner Kapazität
verändert wird. Man katln die Bewegung der Belegungen des Kondensators entweder
durch eine mechanische Einrichtung steuern, oder aber man kanudenKondensator einfach
den in ihm auftretenden elektrostatischen Kräften überlassen und mttß dann nur dafür
sorgen, daß die auf Grund der elektrostatischen veränderlicher Kräfte auftretenden
Schwingungen, welche elastische Lagerung der beweglichen Teile voraussetzt, in der
richtigen Phase erfolgen. Die Energie wird also zum Teil als elastische F,orinändertang,
zum Teil im elektrischen Feld gespeichert. Das bedeutet, daß jedesmal dann, wenn
die Wellenspannung ihren maximalen Wert annimmt, die Kapazität infolge .der größeren
elektrostatischen Anziehung durch möglichste Annäherung der Belegungen aneinander
ihren höchsten Wert erreicht, so daß während dieser Phase der Kondensator infolge
seiner Bewegungen sowohl Ladung .aufnimmt als auch Formänderungsenergie speichert.
Geht die Well.ensparnnung auf den kleinsten Wert über, dann muß die Kapazität infolge
Vergrößerung des Bclegungsabstandes ihren kleinsten Wert annehmen. Der Kondensator
gibt dann entsprechend seiner Kapazitätsminderung Ladungen ab, er wirkt gewissermaßen
als StromdticLle. Bei mechanischem Antrieb der Bewegungen kann man selbstverständlich
die Phase der Bewegungen der Belegungen richtig steuern. Ob-erläßt man den Kondensator
sich selbst, dann muß durch entsprechende Abstimmtung dafür gesorgt werden, daß
er in der richtigen `\'eis-e schwingt. Das kann man im allgemeinen durch
Ab-
stimmung, der mechanischen Eigenschwingung d;s Kondensators auf die Periodenzahl
des U'ellenstromes erreichen. Doch ist es zweokmäißig, die Einflußfaktoren der mechanischen
Schwingung des Kondensators oder mindestens einen davon veränderlich zu machen,
so daß man in gewünschten Bereichen auf das Schwinguiigsvcrlialten des Kondensators
Einfluß nehmen und vor allem auch die Amplitu--lc der Schwingung verändern kann.
Bei nicht phasenrichtiger Schwingung des Kondensators, sei er ntin sich selbst überlassen,
sei er mechanisch gesteuert, kann eine Vergrößerung der Welligkeit der Wellenspannung
eintreten, die nicht immer unerwünscht zu sein braucht. In diesem Falle würde man
selbstverständlich den Kondensator nicht mehr als Glättungskondensator, sondern
als eine Art Zerhacker ansprechen. Ein etwaiger .mechanischer Antrieb des Kondensators
kann durch einen schwingenden Magneten erfolgen, er kann aber auch motorisch durch
einen .auf Synchronismus gebrachten Synchronmotor bewerkstelligt werden. Oberläßt
man die Glätttang dem schwingenden Kondensator, so bestehen verschiedene Möglichkeiten
der Ausgestaltung. Zunächst ist festzustellen, daß mit dem maximalen Wert,der Wellenspannung
auch die elektrostatischen Kräfte den Höchstwert annehmen, so daß eine der Aufgabenstellung
entsprechende Tendenz des Kondensators vorliegt, mit der Maximalspannung auch dein
größten Kapazitätswert anzunehmen. Je nach der Anordnung des Kondensators wird man
nun seine Kapazitätsänderung dadurch bewerkstelligen, daß zusätzlich zwischen die
Belegtingcn ein aus Luft oder aus Gas oder aus Vakuum bestehendes Dielcktrikum gebracht
wird. Es ist selbstverständlich, clal', der Bewegung des Kondensators im Vakuum
die geringeren Hindernisse erwachsen, weil nicht jedesmal die das Zwischendielektrikum
ausmachentlen Luft- oder Gasmengen bewegt werden müssen. Andererseits kann man bei
einem völlig abgeschlossrcnen Aggregat die mechanische Elastizität des Kondensators
dadurch bewerkstelligen, da:ß man die zwischen .den B:elegu.ngen befindliche Luft-
oder Gasschicht komprimiert oderexpandiert. Dias geht jedoch nur dann, wenn die
Kapazitätsverhältnisse gewahrt bleiben, wenn also bei der mit dem höchsten Gasdruck
erzielten maximalen Kapazität die Aufgabe des Kondensators durchgeführt werden 'kann.
Im übrigen gibt es zahlreiche Möglichkeiten einer mechanischen Ausgestaltung des
Glättungslcondensators, wobei entweder die Schwingungen durch die Kondensaüorb-elegungen
als elastische Membran ausgeführt werden können oder aber durch irgendwelche elastischen
Organe, die entweder direkt zum Aufbau, etwa zu seinem vakuumdichten Abschluß, verwendet
werden können oder gcsoadert angeordnet
werden. Es kann. aber ,auch
erforderlich werden, dem Kondensator mit Rücksicht auf den Kurvenverlauf der zu
glättenden Spannung nicht eine rein harmonische Schwingung zu erteilen, sondern
eine komplizierte Schwingung von ihm zu erzwingen, eine Aufgabe, die grundsätzlich
immer möglich ist, die aber möglicherweise nicht immer leicht im voraus zu berechnen
ist. In diesem Falle sind die Gesetze schwingender Membranen .anzuwenden oder auf
andere Weise bestimmte Oberwellen in dein Schwingungsvorgang hineinzubringen.
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Die Verhältnisse seien an den Abbildungen .erläutert. In. Abb. i ist
schematisch der Aufbau :eines solchen Kondensators dargestellt, bei welchem B1 und
B2 die beiden Belegungen darstellen, von denen eine, B2, ,als feststehend angedeutet
ist, während die andere federnde Bewegungen ,auszuführen vermag. Diese federnde
B.efestigungF kann entweder den Kondensator zu eigenen Schwingungen veranlassen
oder aber gestattetes, durch mechanische Mittel um eine Ruhelage herum den. Belegungen
veränderliche Abstände voneinander zu geben. Mit J, und 12 seien die an jeder Belegung
festhaftenden Isolierstoffschichten aus einem Delektrikum sehr hoher Dielektrizitätskonstante
bezeichnet. Es ist aber auch möglich, nur eine der beiden Belegungen mit einer solchen
Schicht zu bedecken und die andere lediglich als Metallschicht, etwa in Formeiner
Platte, so einzurichten, daß der Abstand zu der zweiten Belegeng veränderlich sein
kann. Zugleich ist in Abb. i ein dichter Abschluß A dargestellt, welcher das Innere
des Kondensators nach außen abschließt. Im Kondensator kann nun Luft,oder Gas oder
auch Vakuum sein. Der Abschluß A kann völlig starr sein, so daß etwaige Be@vegungen
durch elastische Verformung der plattenförmigen Belegungen herbeigeführt werden,
es kann aber auch der Abschluß A, der in jedem Falle so bewerkstelligt werden muß,
.daß kein Kurzschluß zwischen den Belegungen eintritt, elastisch sein" während den
Belegungen keine Formänderungen zugemutet werden. Besteht A aus metallischen oder
leitenden Werkstoffen, dann muß für entsprechende Isolation gegenüber den Belegungen
gesorgt werden. In Abb. 2 ist eine Wellenspannun- dargestellt, welche einer dreiphasigem
Gleichrichtung bei sinusförmiger Wechselspannung entspricht. In. diesem Falle muß
der Kondensator so bemessen werden, daß seine Schwingung um die der Gleichspannung
Ug entsprechende Lage .einen vollkommenen Energieausgleich durchführen, indem der
Kondensator bei gegenüber Ug erhöhterer Wellenspannung Energie aufnimmt und bei
gegenüber Ug verringerter Wellenspannung Energie abgibt, wobei dieser Energiefiuß
durch Bewegung der Belegungen so gesteuert werden muß, daß für das Gleichstromnetz
keine Spannungsschwankungen merkbar werden. Durch einen solchen Kondensator kann
der Aufbau einer Gleichrichteranlage wesentlich verbilligt werden durch Einsparung
an Phasenzahlen.
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In Abb.3 ist schließlich noch eine Anordnung schematisch angedeutet,
mittels welcher die Amplitude und gegebenenfalls auch die Eigenschwingungszahl des
veränderlichen Kondensators eingestellt werden kann. In dem Ab@schluß A befindet
sich :eine keilförmige Nut, in welche, elastisches Material für A vorausgesetzt,
ein Keill( mehr oder weniger tief hineingezogen werden kann. Diese Anordnung gilt
nur als Beispiel, da zahlreiche andere Möglichkeiten zur Veränderung -der Kapazität
oder der mechanischen Eigenschwingungszahl des Systems ausgeführt werden können.
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Es ist im übrigen möglich, den Glättungsk ondensatar aus zwei Teilen
zu erstellen, :aus einem unveränderlichen und einem veränderlichen Teil, der die
für die Glättungsaufgabe erforderlichen mechanischen Bedm;gungen erfüllen muß.