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Einrichtung, um mechanische oder elektrische Wirkungen auszulösen,
wenn die Frequenz eines Wechselstromes eine Normalfrequenz über- oder unterschreitet
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, um mechanische oder elektrische Wirkungen
auszulösen;- insbesondere eine Einstellung zu ermöglichen, wenn die Frequenz eines
Wechselstromes eine Normalfrequenz über- oder unterschreitet. Die Einrichtung ist
besonders dazu geeignet, bei Hochfrequenzmaschinensendern zur Konstanthaltung der
Drehzahl Verwendung zu finden.
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Bekannte Einrichtungen dieser Art machen meist vom Phasensprung bei
- Frequnzänderung in der Weise Gebrauch, daß entweder die zu prüfende Wechselspannung
als Anodenspannung dient, während die von einem Schwingungskreis abgeleitete Spannung
dem Gitter einer Elektronenröhre aufgedrückt wird, oder aber. daß beide vorgenannten
Spannungen dem Gitter zugeführt werden.
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Es ist ferner bekannt, eine für die Normalfrequenz abgeglichene Brückenschaltung
zu benutzen, wobei die durch Frequenzänderung eintretende Störung des Brückengleichgewichts
das Ansprechen einer Regelvorrichtung bewirkt.
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Diesen bekannten Einrichtungen haften, wie die Praxis gezeigt hat,
verschiedene Nachteile an. Um nämlich die für eine genaue Regelung erforderliche
hohe Ansprechgeschwindigkeit der Anordnung zu erreichen, muß bei den bisherigen
Einrichtungen mit großen Gittzrspannungsamplituden gearbeitet werden; dadurch werden
entsprechend dimensionierte Röhren erforderlich, so daß, der gesamte Aufwand an
Mitteln recht beträchtlich ist.
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Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung durch eine neuartige Schaltungsanordnung
vermieden, bei der im Falle :einer Frequenzänderung zwei im Normalzustand gleich
große, annähernd gegenphasige Wechselspannungen in ihrer Phasenlage derart verschoben
werden, daß die resultierende, zur Regelung oder Kontrolle benutzbare Spannung sich
um ein Vielfaches stärker ändert. Bezogen auf die Größe der Frequenzänderung ist
diese Spannungsänderung bedeutend größer als bei den bisher bekannten Verfahren,
so daß jetzt die Verwendung normaler Röhren möglich wird.
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Es ist ferner lohnend, zur Lieferung der Prüfwechselspannung in bekannter
W ,eise eine besondere kleine Maschine, z. B. eine Tachometermaschine, zu benutzen,
die auf die Achse des Hochfrequenzgenerators ges;etztwird. Dies hat den doppelten
Vorteil, daß die Regeleinrichtung mit einer besonders günstigen Frequenz arbeiten
kann und daß, sich die beim
Tasten im Hochfrequenzkreis auftretenden
Stromstöße nicht wie sonst störend bemerkbar machen.
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Ausführungsformen der Erfindung und diese näher erläuternde Spannungsdiagramme
sind auf der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
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Die Abb. i zeigt eine prinzipielle Anordnung, aus der sich der Grundgedanke
der Erfindung ergibt. Die zu prüfende Wechselspannung, von der irgendwelcher Schalt-
oder Regelvorgang abhängig sein kann, wird durch die Wechselstromquelle W, z. B.
:eine Tachometermaschine, erzeugt, in deren Stromkreis I eine Induktivität L1, eine
Kapazität Cl und ein Ohmscher Widerstand & liegen. An diesen Widerstand R:,
ist nun der Normalschwingungskreis Il angeschlossen, der eine Kapazität C2, eine
Induktivität L2 und gegebenenfalls einen Widerstand & enthält. Der Kreis läßt
sich, beispielsweise mittels eines Dreihkondensators C2, auf die gewünschte Normalfrequenz
abstimmen.
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Im Resonanzfall stellt die Reihenschaltung von L, und C2 .einen rein
Ohmschen `Viderstand (Spannungsresonanz) dar, da die Ströme in Kreis I und II in
Phase sind. Bei richtiger Abgleichung aller Widerstände läßt sich erreichen, daß
die Spannungen E'1 und E'2 an der Induktivität L1 bzw. der Kapazität C2 einander
entgegengesetzt gleich sind. .In diesem Fall ist die Spannung Eabb zwischen den
Punkten a und b gleich Null.
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Im Vektordiagramm gemäß Abb. z sind die Vektoren E, und E., gleich
lang, aber um i 8o° phasenverschoben, während 11 und J2 in Phase sind.
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Ändert sich jetzt die Frequenz der zu prüfenden Spannung um einen.
geringen Betrag, so werden die Spannungen E'1 und E'2 nicht nur, wie bei einfacher
Reihenschaltung, in ihrer Größe verändert, sondern auch sehr wesentlich in ihrer
gegenseitigen Phasenlage, weil infolge der Verstimmung gleichzeitig auch eine Phasenverschiebung
zwischen den beiden in den Kreisen I und II fließenden Strömen J, und J2 eintritt.
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Das entsprechende Vektorschaubild zeigt Abb.3. J1 und J;; sind infolge
der Verstimmung um den Winkel cp phasenverschoben; dadurch drehen sich auch die
zu J1 bzw. J,> senkrecht stehenden Vektoren E, und E#2 unter gewisser, jedoch
verhältnismäßig unbedeutender Veränderung ihrer Länge. Der resultierende Vektor
E'ab stellt die zwischen den Punkten a und b auftretende Spannung
dar, die zur Kontrolle oder Wiedereinstellung der Frequenz benutzt wird. Der Anstieg
dieser resultierenden Spannung ist nun infolge der gestreckten Lage von
EI und E@ äußerst steil, wie leicJit zu erkennen ist. In der auf diese a
Weise erreichten erheblichen Empfindlichkeit liegt der Fortschritt gegenüber allen
bekannten Einrichtungen.
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Grundsätzlich wird nichts geändert, wenn man in die Kreise Lund II
je einen Transformator legt, deren Sekundärseiten gegeneinandergeschaltet werden.
Durch richtige Abgleichung läßt sich dann ebenfalls erreichen, daß die resultierende
Spannung im Normalzustand gleich Null ist.
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In der einfachen Schaltungsanordnung nach Abb. ¢ gelangt der besprochene
Grundgedanke zur Anwendung. Der Prüfstromkreis I wird durch die Wechselstromquelle
W, den Kondensator Ci, den Widerstand 12, in dem die Widerstände I21 und I22 gemäß
Abb. i enthalten sein können, und die Primärwicklung t1 eines Transformators T,
gebildet, der gegebenenfalls noch als Siebkreis für eine bestimmte Frequenz ausgestaltet
sein kann. Mit dem Kreis I ist nun wieder der Normalschwingungskreis II gekoppelt,
der sich als Meßkreis eichen läßt.. Außer dem Koppelwiderstand ,R enthält der Kreis
II zur Erzielung geringer Dämpfung zweckmäßig nur Kapazitäten und Induktivritäten,
z. B. einen Kondensator C2 und die Primärwicklung 13 eines Transformators T.. Die
Sekundärwicklungen t2 und t, sind gegeneinandergeschaltet, und die an ihnen auftretende
resultierende Spannung wird dem Gitter g, einer VerstärkerröhreVl zugeführt. Um
den durch die Gitterspannung erzeugten Anodenwechselstrom feststellen zu können,
ist in den Anodenkreis beispielsweise ein Transformator T3 mit der Primärwicklung
t5 eingeschaltet, dessen Sekundärwicklung tg. am Gitter g , einer Gleichrichterröhre
V2 liegt. Die für das richtige Arbeiten der Röhren erforderlichen Gittervorspannungen
werden von den Batterien R1 und B. geliefert.
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Das im Anodenkreis der Gleichrichtorröhre V. liegende Meßgerät d spricht
an, sobald eine Wechselspannung an das Gittergl gelangt, läßt also dadurch erkennen,
daß die zu prüfende Frequenz von der Normalfrequenz abgewichen ist. Zur Erhöhung
der Anzeigeempfindlichkeit kann das Gerät d in bekannter Weise derart kompensiert
werden, daß es bei normaler Frequenzlage auf Null zeigt.
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Es besteht zunächst nur die Möglichkeit, die Anordnung nach Abb. ¢
zur Kontrolle und bei genauer Eichung des Kondensators C2 auch zur absoluten Messung
der Frequenz zu verwenden; bei Tonfrequenzen ist dann auch ein Telephon als Meßgerät
brauchbar, das in den Anodenkreis von V1 gelegt wird.
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Es soll aber erreicht werden, daß, auch die Richtung der Frequenzänderung
zu erkennen ist, denn nur dann ist es möglich, das bloße Anzeigegerät durch ein
Relais zur Wiedereinstellurig
der richtigen Frequenz zu ersetzen.
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Um die Einrichtung nach Abb. 4. in dieser Weise verwenden zu können,
ist es lediglich notwendig, in den Kreis I einen kleinen Ohmschen Widerstand einzufügen,
der gleichzeitig auch in den Gitterkreis gelegt wird, so daß eine zusätzliche Kopplung
zwischen beiden Kreisen hergestellt wird. Die 'Wechselspannung von Gitter ä, erhält
auf diese Weise einen bestimmten konstanten Ruhewert, zu dem sich die bei Verstimmung
auftretende Spannung vektoriell addiert. Die Größ° der Ruhespannung ist natürlich
dem größten erforderlichen Regelbereich anzupassen; sie wird am besten so gewählt,
daß, die beiden aus den Kreisen I und II entnommenen Teilspannungen um etwa i; o
phasenverschob,-n sind. Dann ist die Spannungsänderung bei Frequenzabweichung noch
nahezu eb.-nso steil wie vorher, so daß die hohe Empfindlichkeit der Anordnung erhalten
bleibt.
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Eine solche einfache Schaltung, b°i der die Abhängigkeit von den Betriebsdaten
der Röhren nicht zu vermeiden ist, wird durch eine Symmetrieschaltung wesentlich
verbessert, in der alle Störspannungen und Störströme sich durch Gegenschaltung
aufheben und nur die Regelspannungen zur Wirkung kommen.
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Die beschriebene zusätzliche Widerstandskopplung zwischen dem Kreis
I und dem Gitterkreis läßt sich allerdings aus Isolationsgründen nur schwer verwenden.
An ihrer Stelle werden entweder Stromwandler mit Ohmscher Belastung benutzt, die
die gewünschte Isolation herbeiführen, oder aber man ersetzt die Transformatoren
einschließlich der Zusatzkopplung im Kreis I durch Drehfeldvariometer mit an sich
bekannter Schaltung, die eine beliebige Einstelhuig des Phasenwinkels gestatten.
Ferner läßt sich statt der Widerstandskopplung zwischen Kreis I und II auch beispielsweise
eine i'bertragerkopplung verwenden, die mit Rücksicht auf die Forderung geringster
Dämpfung im Kreis II sehr geeignet ist.
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Ein Ausführungsbeispiel dieser Art zeigt Abb. 5. Im Kreis I liegen
die Wechselstromquelle W, die Spulen L, und L. des Drehfeldvariometers, ein Kondensator
Cl und der Widerstand R. In einem Nebenschluß, dazu sind die Spulen L3 und L@ sowie
die Drosselspule Dp eingeschaltet. Dutch die Spulen L, und L3 bzw. L. und L, werden
Drehfelder erzeugt, in denen die Drehspulen Dl und D,, verstellbar angeordnet sind.
Diese sind mit den Gittern g; bz«-. ä i der Verstärkcrröhren V3 bzw. V, verbunden,
während sie am anderen Ende gemeinsam über die Sekundärwicklung t, eines im Normalkreis
I I liegenden Transformators T,; und die Gittervorspannungsb.atterie B3 an die Kathoden
der Röhren V3, V, angeschlossen sind. Im Anodenkreis der gegeneinandergeschalteten
Röhren liegen die Batterie B4 und das Differentialgerät bzw. -relaisd. Der Kreis
I ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels des Übertragers T, mit dem Normalkreis
11 gekoppelt.
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Die Spannungsverhältnisse ergeben sich aus dem Vektordiagramm gemäß
Abb.6. ep ist die dem hormalschwingungskreis entnommene Spannung, die den beiden
Gitterspannungen gemeinsam ist. er und ell sind die Spannungen an den DrehspulenDi
und D., die im Normalzustand genau symmetrisch zu eF liegen müssen, und zwar
unter dem Phasenwinkel a, der praktisch zu etwa 17o° gewählt wird. Durch Drehen
der Spule Dl und D. läßt sich jeder beliebige Phasenwinkel leicht einstellen. Die
resultierenden Gitterspannungen ee3 und e,i sind bei richtiger Einstellung im Normalzustand
gleich groß-, so daß das Gerät d auf Null zeigt. Bei der geringsten Frequenzabweichung
verändert sich die Phase des Stromes im Kreis II, und infolgedessen dreht sich der
Vektor e", wobei sein Endpunkt angenähert auf einem Kreis wandert. Da demgegenüber
die Veränderung von er und ell vernachlässigbar klein ist, vergrößert sich
in Abhängigkeit von eF die eine Gitterspannung, während die andere sich verkleinert,
bzw. umgekehrt. Diese _lnderung ist nun wieder, wie eingangs erläutert, infolge
der ziemlich gestreckten Lage der beiden Teilspannungen eF und er bzw. eF
und ell sehr erheblich, so daß die gesamte Einrichtung schon auf äußerst kleine
Verstimmungen sicher anspricht.
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Es ist klar, daß. bei Verwendung von Transformatoren in Verbindung
mit den beschl-iebenen Stromwandlern an Stelle der Drehfeldvariometer sich die gleichen
Spannungsverhältnisse erzielen lassen. Feiner kann die Transformatorkupplung TL
gemäßAbb. 5 ohne weiteres durch eine Widerstandskopplung nach Abb. 4. ersetzt werden.
Die Empfindlichkeit der Anordnung bleibt in beiden Fällen erhalten.