DE513868C - Schaltanordnung zur Erzeugung von Wechselspannungen beliebiger Amplitude und Phase - Google Patents

Description

• Schaltanordnung zur Erzeugung von Wechselspannungen beliebiger Amplitude und Phase Gegenstand vorliegender Erfindung bildet eine Schaltanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung beliebiger Größe und Phase aus zwei aufeinander genau senkrecht stehenden Komponenten, welche in ihrer Größe und ihrem Richtungssinne veränderbar sind.
• Schaltungen zur Erzeugung zweier aufeinander senkrecht stehender Strom- bzw. Spannungsvektoren sind zwar bereits bekannt; 7.B. die Anordnung von G ö r g e s (Brion, Leitfaden zum elektrotechn. Praktikum, T e u b -ner, 1910, S.228). Soll eine solche Schaltung zur Erzeugung von Spannungen beliebiger Größe und Phase in der Meßtechnik verwendet werden können, so muß sie den folgenden Bedingungen entsprechen: Damit die beiden aufeinander senkrecht stehenden Teilspannungen zu einer resultierenden Spannung zusammengesetzt werden können, müssen diejenigen Zweige der Schaltung, in welchen die Teilspannungen entstehen, dauernd miteinander leitend verbunden werden können, ohne daß dadurch die Stromverteilung gestört wird. Ferner muß die Bedingung zur Erzielung der genau rechtwinkligen Phasenlage der Teilspannungen sich durch eine einfache Beziehung zwischen den Größen der Schaltung ausdrücken lassen, damit bei einer gegebenen Frequenz des Wechselstromes sich die go°-Phase leicht erreichen läßt und sich die Spannungskomponenten auf einfache Weise berechnen lassen.
• Während bei den bisher bekannten Anordnungen diese Forderungen nicht erfüllt werden, trifft dies bei der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Schaltung zu, indem zwei veränderliche und abgreifbare Widerstände, deren Mitten 0 leitend miteinander verbunden sind, so in einer Brückenschaltung angeordnet sind, daß diese Widerstände die Diagonalverbindungen bilden, und daß die äußeren Zweige der Brücke, die aus paarweise gleichen, einander gegenüberliegenden Impedanzen bestehen, und zwar aus einer Reihenschaltung von Ohmschen Widerständen und Induktivitäten bzw. Kapazitäten, so bemessen sind, daß die Ohmschen Widerstände der äußeren Zweige gleich groß sind, und daß die Induktivitäten und Kapazitäten die Resonanzbedingung erfüllen, so daß die nach Größe und Phase gewünschte Wechselspannung an veränderlichen Anzapfungen der Diagonalwiderstände zu entnehmen ist.
• Fig. i zeigt das prinzipielle Schaltbild. In einer Brücke liegen in den äußeren Brückenzweigen je zwei gleiche Induktivitäten L bzw. Kapazitäten C einander gegenüber. Induktivitäten und Kapazitäten sind mit Ohmschen Widerständen r, und .r2 von solcher Größe in Reihe geschaltet, daß die totalen Ohmschen Widerstände t der äußeren Brückenzweige je gleich sind. Die Größen der Induktivitäten und Kapazitäten sind so bemessen, daß die Resonanzbedingung: erfüllt ist.
• An je zwei gegenüberliegenden Ecken der Brücke liegen die Ohmschen Wider stände R und p, deren Mitten unter sich im Punkte 0 verbunden sind. Die Widerstände R und p sind so ausgebildet, daß sich mittels der Läufer x und y jeder Widerstandswert zu beiden Seiten des Mittelpunktes 0 abgreifen läßt. Durch eine einfache Rechnung läßt sich zeigen, daß die in den Widerständen R und p fließenden Ströme stets genau um go° -phasenverschoben sind, wenn bei je gleichen äußeren Brückenwiderständen r;die Resonanzbedingung erfüllt ist. Demzufolge setzt sich die zwischen den Läufern x und y bestehende Spannung aus zwei aufeinander senkrecht stehenden Komponenten e., und 0, zusammen, welche den Widerständen p," und R,, proportional sind. In symbolischer Schreibweise berechnen sich diese Komponenten, wenn 19"b die Klemmenspannung des Generators G bedeutet, wie folgt: Die Spannung igad am Widerstande p ergibt sich zu wobei also K .-- wL + ywC,(v 1- p) ist.
• Die zwischen den Läufern x und y bestehende Spannung ergibt sich demnach zu Wählt man R = K, so wird: Ist bei Gleichheit der äußeren Brückenwiderstände die Resonanzbedingung erfüllt, so kann der Widerstand p ,ganz beliebig gewählt werden, ohne daß die go°-Phasenver-Schiebung zwischen den Spannungen. gestört wird. Da die Diagonalspännung (9,d dem Widerstande p angenähert proportional ist, läßt sie sich, wie aus dem Diagramm (Fig. 2) ersichtlich, durch Änderung der Größe von p in weiten Grenzen regulieren und die Schaltanordnung an die zu erzeugenden oder zu messenden Spannungen in, vorteilhafter Weise anpassen.
• Eine zweckmäßige Ausführung der Widerstände p und R ist in Fig. 3 dargestellt. Die Widerstände RS und p, sind in Abstufungen veränderbare Stöpsel- oder Kurbeldoppelwiderstände, deren Mitten im Punkte 0 verbunden sind. An diesen Widerständen sind kalibrierte Widerstandsdrähte a-a', b-b', c-c', d-d' angeschlossen. Über diesen laufen die Schleifkontakte x und y derart, daß sie von den Drähten a-ä' bzw. d-d' leicht zu den Drähten b-b' bzw. a-e hnübergleiten können.
• Zur weiteren Anpassung lassen sich natürlich an den Eckpunkten a b c d nochmals stufenweise veränderliche Widerstände anbringen.
• Die Schaltanordnung kann vorzugsweise zur Messung von Wechselspannungen nach Größe und Phase nach bekannter Kompensationsmethode verwendet werden. Fig. 4 zeigt eine solche vollständige Meßschaltung als komplexen Wechselstromkompensator. Die zwischen. den Läufern x und y bestehende Spannung wird als Kompensationsspannung über ein Meßinstrument V mit dem zu messenden Spannungsabfall am Meßobjekt, das von derselben Stromquelle; an die auch die Brücke angeschlossen ist, gespeist wird, -jedoch im übrigen in einem von der Brücke unabhängigem Stromkreise eingeschaltet ist. Zur Vermeidung von Nebenschlüssen ist der Kompensator oder- das Meßobekt über einen Trenntransformator an die Stromquelle angeschlossen.
• Zur Kompensation werden die beiden Läufer x und y so lange verschoben, bis das in den Kompensationszweig eingeschaltete Anzeigeinstrument V (Vibrationsgalvanometer oder Telephon) Strömlosigkeit anzeigt. Dann ist die zu messende Spannung gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet wie die Kompensationsspannung Leh. Aus der Einstellung der beiden Läufer ergibt sich auf einfache Weise Größe und Phase der zu messenden Spannung, wenn mittels des Spannungsmessers S die Spannung (gab gemessen wird oder wenn der Kompensator durch Kompensation eines bekannten Spannungsabfalls geeicht ist.
• Der beschriebenen Schaltung kann noch ein Wechselstromgenerator zugeordnet werden, welcher verschiedene Frequenzen zu liefern imstande ist. Um bei jeder Meßfrequenz die Resonanzbedingung zu erfüllen, können die Kapazitäten oder die Induktivitäten der Brücke oder beide zugleich stetig oder stufenweise veränderbar gemacht werden, so daß eine einfache Umschaltung genügt, um die Resonanzbedingung zu erreichen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltanordnung zur Erzeugung von Wechselspannungen beliebiger Amplitude und Phase, dadurch gekennzeichnet, daß zwei veränderliche und abgr eifbare Widerstände (1Z, p), deren Mitten (O) leitend miteinander verbunden sind, so in einer Brückenschaltung angeordnet sind, daß diese Widerstände die Diagonalverbindungen bilden, und daß, die äußeren Zweige der Brücke, die aus paarweise gleichen, einander gegenüberliegenden Impedanzen bestehen, und zwar aus einer Reihenschaltung von Ohmschen Widerständen (Y1, r.) und Induktivitäten (L) bzw. Kapazitäten (C), so bemessen sind, daß die Ohmschen Widerstände der äußeren Zweige gleich groß sind, und daß die Induktivitäten und Kapazitäten die Resonanzbedingung erfüllen, so daß, die nach Größe und Phase gewünschte Wechselspannung an veränderlichen Anzapfungen ("x, y der Diagonalwiderstände zu entnehmen ist. a. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten (L) oder Kapazitäten (C) oder beide zugleich zur Abstimmung der Schaltanordnung auf die Gebrauchsfrequenz stufenweise oder stetig veränderbar sind. 3. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei veränderlichen und abgreifbaren Widerstände (R, p) je aus einem Stöpsel- oder Kurbeldoppelwiderstand (RS, p,) bestehen, an welchen je zwei kalibrierte Widerstandsdrähte (c-c', d-d' bzw. a-a', b-b') angeschlossen sind, über welche zwei Schleifkontakte (y bzw. x) derart gleiten, daß je einer von ihnen die beiden zu einem Widerstand gehörenden kalibrierten Drähte bestreichen kann. q.. Schaltanordnung nach Anspruch i, bei welcher die an den Diagonalwiderständen abgegriffene Spannung zur Messung des Spannungsabfalls. eines Meß,-objekts verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt von derselben Stromquelle, an die auch die Brücke angeschlossen ist, gespeist wird, derart, daß die abgegriffene Spannung (Kompensationsspannung) mit der zu messenden Spannung über ein Meßinstrument in Reihe geschaltet ist, welches für den Fall nicht anspricht, daß die Kompensationsspannung der Amplitude nach gleich und dem Spannungsabfall am Meßobjekt entgegengerichtet ist, und daß zur Vermeidung von Nebenschlüssen die Brücke oder das Meßobjekt oder beide über einen Transformator an das Wechselstromnetz angeschlossen sind. 5. Schaltanordnung nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Wechselstromerzeuger mit mehreren konstanten Frequenzen zugeordnet sind, so daß durch eine einfache Umschaltung der Induktivitäten (L), Kapazitäten (C) oder beider zugleich die Resonanzabstimmung auf die verschiedenen Frequenzen der Erzeugungsmittel erreicht ist.