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Einrichtung zur Einstellung der Phasenverschiebung, insbesondere bei
Richtantennen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Einstellung
der gewünschten Phasenverschiebung zwischen der Spannung an den Klemmen der Quelle
des elektrischen Wechselstromes und der Spannung an den Verbraucherklemmen.
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Die Einhaltung einer bestimmten Phasenverschiebung wird oft in verschiedenen
Gebieten der Elektrotechnik und speziell der Radiotechnik benötigt; insbesondere
ist sie bei einigen Typen von kurzwelligen Radiosenderanlagen mit gerichteter Wirkung
erforderlich. In diesem Fall muß man oft die Phasendifferenz der Spannungen kontinuierlich
ändern können.
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Ein wesentlicher Teil der Einrichtung nach der Erfindung ist ein Doppelkondensator
oder mehrere Doppelkondensatoren, deren Kapazität nach einem bestimmten Gesetz variiert
werden kann. D,ie Bezeichnung Doppelkondensator bedeutet hier einen aus zwei Teilen
bestehenden Kondensator, dessen Kapazität infolge der mechanischen Kopplung der
beiden Teile simultan geändert werden kann.
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Derartige Kondensatoren mit mechanisch gekoppelten steuerbaren Teilen
sind an sich bekannt. Die Erfindung besteht nun darin, daß bei einer Anordnung zur
Einstellung der Phasenverschiebung zwischen der Spannung einer Wechselstromquelle
und der Spannung an dem Verbraucher, die aus einer an die Verbindungsleitungen zwischen
der Quelle und dem Verbraucher angeschaltetem. Reihenimpedanz und aus zwischen den
erwähnten Zuleitungen angeschalteter Parallelimpedanz besteht, die in den erwähnten
Impedanzen enthaltenen Kondensatoren in an sich bekannter Weise mechanisch gekuppelt
sind, und daß die Gestaltung der Kondensatorplatten die Konstanthaltung der Spannung
am Verbraucher bei veränderter Phase gewährleistet.
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Das allgemeine Prinzip, daß der Einrichtung nach der Erfindung zugrunde
liegt, kann am besten an" Hand der Abb. i und 2 der Zeichnung erklärt werden.
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Wie aus der Abb. i zu ersehen ist, sind zwischen der Wechselstromquelle
i und dem Verbraucher 6 Selbstinduktionsspulen 2 und 5. sowie ein gemäß der Erfindung
ausgebildeter Doppelkondensator eingeschaltet. Der letztere besteht aus zwei mechanisch
miteinander gekuppelten Teilen .,3 und q., deren jeder ein Kondensator veränderlicher
und nach einem bestimmten Gesetz variierender Kapazität ist. Der Teil 3 ist in die
Speiseleitungen zwischen der Stromquelle i und dem Verbraucher 6 in Reihe -und der
Teil 4 parallel zum Verbraucher
eingeschaltet. Die Selbstinduktionsspulen
a bzw. 5 liegen in Reihe mit dem Kon-' densator 3 bzw. parallel zum Verbraucher
6 und zum Kondensator 4.
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Bei simultaner Änderung der Kapazitäten von 3 und 4 nach einem bestimmten
Gesetz kann man die Phasenverschiebung zwischen der Spannung E2 an den Verbraucherklemmen
und der Spannung E1 an den Quellenklemmen ändern, ohne daß E. sich ändert, z. B.
so, d,aß E2 dem Betrag nach immer gleich El bleibt.
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Das geht aus der Betrachtung des Diagramms (Abt. z) hervor. E2 ist
hier der Vektor der Verbraucherklemmenspannung, Ei der Vektor der Quellenklemmenspannung,
J der Vektor des Verbraucherstromers, JL der Vektor des Stromes durch die Spule
5, J, der Vektor des Stromes des Kondensators 4 und J" der Vektor des Stromes der
Speiseleitungen.
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Das Diagramm zeigt anschaulich, daß bei der simultanen Änderung der
Kapazitäten 3 und 4 nach einem bestimmten Gesetz der Vektor E, dem Betrag nach gleich-
dem Vektor El bleibt und die Phasendifferenz cp dieser Vektoren von cp=-go° bis
cp=+go° variiert. Auf diese Weise kann die Änderung der Phasenverschiebung des Vektors
E2 gegenüber dem Vektor El innerhalb des Bereiches von i 8o° vor sich gehen.
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Wie sich aus den Berechnungen ergibt, müssen hierbei die Kapazitätsänderungen
nach den Gesetzen verlaufen, die durch die nachstehenden Formeln ausgedrückt werden:
Hier sind C3, C,1, L2, L5 die Größen der Kapazitäten und der Selbstinduktion der
"entsprechenden Kondensatoren und. Spulen der Abb. i ; r^ ist der Widerstand des
Energieverbrauchers 6 und w die Kreisfrequenz.
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Verwendet man mehrere Kondens.atorp,aare 3, 4 und Spulen -z, 5, so
kann man. die Phasenregelung des Vektors E2 auch innerhalb eines größeren Bereiches
als i 8o' bewirken. So stellt z. B. die Abb. 3 eine Schaltung dar, bei der man die
Phase des Vektors E2 innerhalb des Bereiches von 36o° ändern kann. Diese Schaltung
unterscheidet sich von der nach der Abb. i durch Vorhandensein der weiteren Spulen
z', 5' und der Kondensatoren 3', 4; die ähnlich den entsprechenden Elementen a,
5, 3 und 4 geschaltet sind.
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Die Abb.4 zeigt eine andere Schaltungsmöglichkeit, die demselben Zweck
dient wie die Schaltung nach der Abb. i. Sie unterscheidet sich von der Schaltung
nach der Abb. i dadurch, daß die Selbstinduktionsspule a nicht in Reihe mit dem
Kondensator 3, sondern parallel zu diesem liegt.
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Der gestellte Zweck kann auch durch andere Schaltungsvariationen verwirklicht
werden, die im allgemeinen durch ein Schema nach der Abb. 5 dargestellt werden können,
worin die Bezeichnungen i, 6, El und E, dieselbe Bedeutung haben wie bei der Abb.
i und Z1 und Z" bestimmte resultierende Impedanzen, d. h. Kombination aus Kapazitäten
und Selbstinduktionen bedeuten, wobei die in diesen resultierenden Impedanzen enthaltenen
Kondensatoren miteinander mechanisch gekuppelt sind. Jede Variante des Schemas (Abb.5)
kann zur Erzielung einer Phasenverschiebung im Bereich von 36o° benutzt werden,
wenn mehrere resultierende Impedanzen Z1 und mehrere resultierende Impedanzen Z2
verwendet werden in analoger Weise wie bei der Schaltung nach Abb. 3.
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Wenn bei der Schaltung nach der Abb. i die Kapazitäten der Teile 3
und 4 des Doppelkondensators durch Drehung der Platten geändert werden, so müssen
diese Platten zur Erzielung der gewünschten Wirkung (nämlich der Änderung der Phase
der Spannung E2 unter Konstanthaltung ihres Betrages) die Gestalt haben, die in
polaren Koordinaten durch die folgenden Gleichungen gegeben ist: für die Platten
des Kondensators 3
für die Platten des Kondensators 4
Hier sind p bzw. ph die Radiivektor en der Rotorplatten der Kondensatoren 3 bzw.
4, p1 ist der Radius des die innere Begrenzung der .aktiven überdeckungsflächen
bildenden, mit der Rotorachse konzentrischen Halbkreisausschnittes der Statorplatten,
a bzw. b ist die abkürzende Bezeichnung für w2L2 bzw. wy und h bzw.
hl für die Konstanten
bzw.
wo K bzw. 1(' die Kapazitäten pro Einheit der aktiven überdeckungsflächender Kondensatoren
bedeuten. Die Platten von derartiger Gestalt sind in der Abb. 6 daxgestellt, wobei
die Platte i zum Kondensator 3 der Abb. i und die Platte z zum Kondensator 4 gehört.
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-Natürlich können die in der vorstehenden Beschreibung gebrauchten
Ausdrücke Stromquelle und Verbraucher auch im allgemeinen
Sinne
verstanden werden. Somit kann die vorliegende Erfindung überhaupt zur Regulierung
der Phasendifferenz der Spannungen zwischen beliebigen Punktpaaren eines elektrischen
Kreises verwendet werden, wobei das eine Punktpaar als Stromquelle und das andere
als Verbraucher betrachtet werden kann. Selbstverständlich kann der Verbraucher
bzw. Empfänger sowohl ein induktionsloser wie auch ein beliebiger induktiver oder
kapazitiv er Widerstand oder eine zusammengesetzte Impedanz sein.