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Einrichtung zum Parallelschalten von Wechselstrommaschinen. Zum Parallelschalten
von Wechselstrommaschinen benötigt man Einrichtungen, welche anzeigen, ob die beiden
Spannungen in Phase und Periode annähernd so gleich sind, daß der Schaltvorgang
erfolgen kann, oder welche die Schaltung im geeigneten Zeitpunkt selbsttätig vornehmen.
Es sind Einrichtungen unter Verwendung von evakuierten oder mit Gas gefüllten Röhren
bekannt, die über Kondensatoren an die Enden der parallel zu schaltenden Leitungen
angelegt werden und bei denen dieKondensatorströme Glimmerscheinungen hervorbringen,
so daß ein optisches Signal zustande kommt. Auch ist ein Meßverfahren vorgeschlagen
worden, bei dem Röhren mit Glühkathode und Steuergitter als sogenannte Phasometer
verwendet werden, nämlich zum Messen von Phasenverschiebungen zwischen Strom und
Spannung eines Wechselstromes gegebener Frequenz.
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Gemäß vorliegender Erfindung werden Hochvakuumgefäße mit Glühkathoden
benutzt, bei denen diejenigen elektrischen Größen, welche den Augenblickswert des
Entladestromes bestimmen, von den Spannungen in den beiden parallel zu schaltenden
Netzen abhängig gemacht werden. Der Entladestrom dient sodann als Arbeitsstrom zur
Betätigung einer Anzeigevorrichtung oder einer selbsttätigen Schaltvorrichtung.
Der Augenblickswert der Entladung ist bei solchen Gefäßen abhängig z. B. von Heizung
oder Anodenspannung oder Gitterspannung. Macht man also eine dieser Größen abhängig
von der Spannung des einen Netzes und eine oder mehrere der anderen Größen abhängig
von der Spannung des anderen Netzes, so kann man erreichen, daß durch das Zusammenwirken
der Größen die Entladung im zur Parallelschaltung geeigneten Zeitpunkt ein Maximum
oder Minimum wird und hiermit eine Anzeigevorrichtung oder ein Zeitrelais oder sonstige
Relais betreiben. Derselbe Zweck wird erreicht, wenn man eine der Größen von der
geometrischen Summe der beiden Spannungen abhängig und die übrigen Größen konstant
macht. Der Einfachheit halber soll im folgenden stets vorausgesetzt sein, daß man
mit dem Maximum der Entladung und nicht mit dem Minimum arbeiten will.
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In Abb. i ist ein Anwendungsbeispiel schematisch dargestellt. Mit
E ist ein Entladungsgefäß, in diesem Fall ein solches mit drei Elektroden, bezeichnet.
Die Heizung der Glühkathode K soll durch eine besondere Heizquelle H erfolgen. Die
Anodenstrecke K-A ist mit der Sekundärwicklung des Spannungswandlers T, verbunden.
Die Anodenspannung entspricht also in Phase und Periode der Spannung im Netz N,
und die Gitterspannung der Spannung im Netz N2, da die Gitterstrecke K-G mit der
Sekundärwicklung des Spannungswandlers T, verbunden ist. Durch den Schalter S sollen
die beiden Netze zusammengeschaltet werden. R ist ein Anzeigeinstrument oder ein
Zeitrelais oder ein sonstiges Relais, das an den Klemmen
einer
Drossel Dr oder eines Transfärtnators liegt und auf den durch Dy fließenden Strom
anspricht. Schließlich könnte Dr oder R auch den Zweig einer Wheatstoneschen Brücke
darstellen.
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Die Abhängigkeit des Entladestromes -i von der Gitterspannung g bei
konstanter Heizung und konstanten Anodenspannungen a ist in Abb. a dargestellt,
die Abhängigkeit von Anodenspannung a hei konstanter Heizung und Gitterspannung
g in Abb. 3. Die Gitterspannung ä möge nun unter dem Einfluß der Spannung in N2
um den Wert m in Abb. 2 zwischen den Grenzen x und 2 pendeln. Den Wert nz kann man
dadurch bestimmen, daß man dem Gitter eine Vorspannung, im vorliegenden Beispiel
eine positive, etwa aus einer in 21b. r angedeuteten Batterie Gv, gibt; deren Voltzahl
von der Größe 0-»z unterhalb der Amplitude der Sekundärspannung von T2 bleibt, welch
letztere j a durch dasÜbersetzungsv erhältnis oder durch Widerstände passend wählbar
ist. Der Entladestrom würde dann periodisch die Werte zwischen den Punkten 3 und
auf der Kurve in Abb.2 annehmen, wenn die Anodenspannung a einen konstanten Wert
hätte. Die Spannung a möge aber ihrerseits nach Abb. 3 unter dem Einfluß der Netzspannung
in N, und einer passend gewählten Anodenvorspannung von der Größe 0-n, entnommen
etwa aus einer Batterie Av (Abb. i), um den Wert iz in den Grenzen 5 und 6 pendeln,
so daß der Entladestrom periodisch die Werte zwischen den Punkten 7 und 8 der Kurve
(Abb. 3) annehmen würde, wenn die Gitterspannung g konstant wäre. Man erkennt, daß
nur bei zeitlichem Zusammentreffen der Werte g = 2 und a - 6 die Amplitude von i
ihr Maximum erreicht. Die Zwischenwerte ergeben sich aus der Kurvenschar der Röhre
für verschiedene konstante Anodenspannungen als Parameter, die in Abb. 2 strichpunktiert
angedeutet ist, und aus dem augenblicklichen Wert der Gitterspannungen.
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Die allgemeine Form des Stromverlaufs ist die eines Schwebungsstroms,
zusammengesetzt aus einem Gleichstromwertl (Abb. 4) und einem überlagerten Wechselstrom
W. Durch richtige Wahl der Polarität bei T1 und T2, ferner der Übersetzung und der
Vorpannungen kann man erwirken, daß der Wechselstrom g' nur dann von gleichbleibender
und maximaler Amplitude ist, wenn die Spannungen in N, und N, in der Periode gleich
und in der Phase gleichgerichtet sind, d. h. wenn die Voraussetzungen für das Parallelschalten
gegeben sind. Nur unter diesen Umständen wird daher auch der Wechselstrom an den
Klemmen der Drossel Dr oder des Transformators (Abb. z) eine maximale Spannung erzeugen,
die von dem Instrument R angezeigt oder zur Ausführung der Schaltung herangezogen
wird.
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Die Gittervorspannungsbatterie Gv in Abb. r kann wegfallen, wenn man
die Anodenwechselspannung aus Tl so- wählt, daß aus der Schar der möglichen Kurven
(Abb. 27) diejenige herausgegriffen wird, die mit der Mitte 111 ihres geraden Teiles
in die Linie für g-o fällt. Der Entladestrom hat dann im allgemeinen immer noch
die Form nach Abb. 4.
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Die Form des Entladestromes ist aber für den Erfindungsgedanken unwesentlich.
Man kann daher auch die Wirkung des Gefäßes E mit einer Gleichrichterwirkung verbinden,
wenn man durch passende neggtive Gittervorspannung dafür sorgt, daß der Mittelwert
zza, um den die Gitterspannung unter dem Einfluß von N2 pendelt, so gelegt wird,
daß der Strom i zeitlich etwa die Form nach Abb. 5 annimmt, in der die Gleichstromkomponente
I unterdrückt ist und die einen Kappenstrorn darstellt, der im Instrument R ebenfalls
nur dann ein Maximum anzeigt, wenn Gleichheit in Frequenz und Phase zwischen N,
und N2 herrscht. Es kann dann auch die -Anodenvorspannung Az, wegfallen und die
Anodenwechselspannung in Abb.3 um den Wert n - o pendeln.
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Wie eingangs schon bemerkt, kann die Parallelschaltvorrichtung auch
mit dem Minimum des Entladestromes arbeiten. Durch passende Wahl der Polarität der
Spannungswandler kann man nämlich erreichen, daß bei völliger Gleichheit zwischen
N, und N2 in Frequenz und Phase die Gitter- und Anodenspannung um r8o° verschoben
sind und der positive Halbwechsel der Anodenspannung zusammentrifft mit dem negativen
Halbwechsel der Gitterspannung und umgekehrt, so daß niemals ein Anodenstrom entstehen
kann, außer bei zeitlicher Verschiebung der beiden Halbwechsel. Das Instrument R
kann dann direkt in den Anodenkreis gelegt werden und muß die Parallelschaltung
veranlassen, wenn sein Ausschlag dauernd oder genügend lange gleich Null geworden
ist.
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Die weiteren Abbildungen zeigen noch eine Reihe von möglichen Anwendungsformen.
Nach Abb.6 kann man Gitter- und Anodenspannung konstant lassen und die Heizung von
der geometrischen Summe der beiden Netzspannungen beeinflussen. Die Abhängigkeit
des Entladestromes i von der Heizung zeigt Abb.7. In gleicher Weise kann man Heizung
und Anodenspannung konstant und die Gitterspannung von der geometrischen Summe der
Netzspannungen abhängig machen. Nach Abb. 8 geschieht die Beeinflussung durch kapazitive
Mittel, etwa
durch die Kapazität der Leitungen gegen die Belegungen
B von Isolatoren.
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Man kann auch eine der die Entladung bestimmenden Größen von der geometrischen
Summe der Netzspannungen, eine zweite Größe von einer einzelnen Netzspannung abhängig
machen. In Abb. 9 ist z. B. die Heizung von der Summenspannung; die Anodenspannung
von der Einzelspannung in N1 abhängig. und als Entladungsgefäß ist ein solches ohne
Gitter verwendet. Abb. i o zeigt umgekehrt die Anodenspannung abhängig von der Summenspannung,
während die Heizung aus einem der beiden Netze erfolgt. Den Fall, daß die Heizung
dem einen, die Anodenspannung dem anderen Netze entnommen wird, zeigt Abb. i i.
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Erfolgt die Beeinflussung durch magnetische Mittel (Spannungswandler),
so kann die vorschriftsmäßige Erdung eines Sekundärpols stets durchgeführt werden,
wie dies in den Abbildungen angedeutet ist. Die Größe desEntladungsgefäßes richtet
sich nach dem Energiebedarf der Anzeige- oder selbsttätigen Schaltvorrichtung. Es
ist selbstverständlich, daß man nicht nur für eine, sondern auch für zwei oder drei
Phasen j e ein Entladungsgefäß mit den nötigen galvanischen, magnetischen oder kapazitiven
Beeinflussungsmitteln vorsehen kann. Bei Verwendung von Kapazitäten empfiehlt sich
sodann, nicht mit der Grundfrequenz, sondern mit einer höheren Harmonischen der
Netzspannung zu arbeiten, wenn nötig, unter Zwischenschaltung von Abstimmitteln.