DE714982C - Vorrichtung zum selbsttaetigen Einregeln von Hochfrequenzschwingungskreisen auf Resonanz - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zum selbsttätigen Einregeln von Hochfrequenzschwingun.gskreisen, insbesondere von Kreisen, die Induktionsheizeinrichtungen enthalten, auf Resonanz, dadurch gekennzeichnet, daß .ein elektrischer Leistungsmesser von zweielektrischen G@-öß;en des Schwingungskreises gespeist wird, deren Vektoren im Resonanzfall aufeinander senkrecht stehen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leistungsmiesser durch :eine Brückenschaltung mit zwei quadratisch mit der Stärke des durchfließenden Stromes arbeitenden Elementen (z. B. Thermokreuzen 3, .l ) dargestellt sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, - daß im Gleichstromkreise der vom Quadrat der Stromstärke abhängigen Elemente (3, 4.) ein Verstärker (13) liegt, der in seiner Endstufe derart kompensiert ist, daß der Ausgangsanod:enstrom desselben der Größe und Richtung nach der Eingangspotentialdifferenz an ihm proportional. ist und d.aß der Ausgangsanodenstrom zur Steuerung einer die Resonanz bedingenden Größe (L, C, co) benutzt wird.