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Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung von niedriger oder sehr niedriger Frequenz
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Erzeugen einer elektrischen Spannung von niedri- ger oder sehr niedriger Frequenz, d. h. ungefähr im Bereich von 0, 01 - 100 Hz, wobei dieser Bereich na- türlich in geeigneter Weise verkleinert oder vergrössert werden kann.
Die Mehrzahl der bisher verwendeten Anordnungen zur Erzeugung niederfrequenter Spannungen ar- beiten auf dem Prinzip der elektronischen RC-Generatoren, wobei die Werte R und C die Spannungsfre- quenz bestimmen. Es sind jedoch auch auf andern Prinzipien beruhende Anordnungen bekannt, z. B. Ka- pazitäts- photoelektrische und andere Generatoren. Die meisten der bisher verwendeten Anordnungen weisen zahlreiche Nachteile auf, die in die folgenden Punkte zusammengefasst werden können :
1. Die Ausgangsspannung ist unbeständig und ändert sich je nach der Ausgangsfrequenz.
2. Die Ausgangsspannung weist nicht den erforderlichen harmonischen Verlauf auf.
3. Im Verlauf der Ausgangsspannung sind Spannungen höherer Harmonischer enthalten.
4. Die Frequenz der Ausgangsspannung kann nur stufenweise und nicht kontinuierlich geändert werden.
5. Die Amplitude der Ausgangsspannung ist schwer zu stabilisieren.
6. Die Gleichrichtindikation der Amplitude ist schwierig.
Für bestimmte Anwendungen können manche der angeführten Nachteile behoben werden, doch machen sich dann die andern in erhöhtem Masse bemerkbar.
Sämtliche in den vorhergehenden Punkten angeführten Nachteile können durch die Anordnung gemäss der vorliegenden Erfindung beseitigt werden, die überdies noch weitere Vorteile aufweist. Sie ist nämlich in der Herstellung sowie in ihrer Wirkungsweise einfach und anspruchslos, wobei sie die Möglichkeit einer kontinuierlichen Veränderung der Frequenz bei Erhaltung einer konstanten Amplitude bietet. Sie gewährleistet einen rein harmonischen Verlauf der Ausgangsspannung, deren Sinusform nicht einmal bei hoher Belastung eine Änderung erfährt.
Die erfindungsgemässe Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung von niedriger oder sehr niedriger Frequenz (etwa im Bereich von 1/3600 bis 100 Hz) nach dem Prinzip der Mischung zweier Wechselspannungen gleicher Frequenz in einem Phasendiskriminator, wobei eine dieser Wechselspannungen mit einer weiteren Wechselspannung mit der zu erzeugenden Frequenz moduliert ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Modulation ein Drehtransformator od. dgl. Maschine vorgesehen ist, dessen Rotor von einem Elektromotor mit einer der niedrigen Frequenz der zu erzeugenden elektrischen Spannungen entsprechenden, veränderbaren Drehzahl angetrieben wird.
Ein AusfUhrungsbeispie1 der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. In dieser ist ein bekannter Phasendiskriminator 1 veranschaulicht, der aus einem Symmetrierungstransformator 11, zwei Dioden 12, 13 und zwei Widerständen 14, 15 in üblicher Schaltung besteht. An die Primärwicklung des Transformators 11 ist die Sekundärwicklung 21 eines Drehtransformators 2, gegebenenfallseinesandern harmonischen Alternators angeschlossen, dessen Anwendung den Hauptgedanken der Erfindung bildet.
Über einen Anpassungstransformator 3 wird an die Klemmen 16, 17 des Phasendiskriminators 1 ein in einer geeigneten Quelle oder im Generator 4 entstehendes Signal ei mit einer Trägerfrequenz w zugeführt. Aus derselben Quelle 4 wird mit einer Spannung e von der gleichen Frequenz w die Primärwicklung 22 des Drehtransformators 2 gespeist.
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Im dargestellten Fall befindet sich die Sekundärwicklung 21 des Drehtransformators an einem Stator, während die Primärwicklung 22 in einem Rotor 20 eingebaut ist. Diese Wicklung ist an den Generator4 angeschlossen. Der Rotor 20 ist an einer Welle 51 befestigt, die mit einer konstanten Drehzahl von H U/ ec umlauft und. seine Bewegung z. B. von einem Elektromotor 6 ableitet, dessen Drehzahl in einem bestimmten Bereich mittels eines Serienwiderstandes 61 geregelt werden kann. Damit die Umlaufzahlen des Rotors in einem weiten Bereich geändert werden können (0, 01 - 100 U/sec bzw. noch mehr), ist zwi- schen die Welle 50 des Motors 6 und die-Welle 51 des Rotors 20 ein Übersetzungsgetriebe 5 eingeschal- tet.
Bei der Drehung des Rotors 20 wird in der Statorwicklung 21 eine Spannung e mit einer Trägerfre- quenz w induziert, die durch die Frequenz 100'ig moduliert wird, welch letztere den Umlaufzahlen des Rotors 20 entspricht. Nach dem Mischen dieser Spannung mit der Spannung el in dem Phasendiskri- minator und nach Abfiltrieren der Trägerfrequenz I. ù durch das Filter 7, entsteht an den Ausgangsklemmen
71 und 72 eine Spannung mit einer Frequenz a, die im Falle einer gleichmässigen Drehung des Rotors 20 einen rein harmonischen Verlauf aufweist. Die Frequenz a wird natürlich durch die Umlaufzahlen des
Rotors 20 in einer Sekunde bestimmt und kann auch ganz gering sein, z. B. l Zyklus in der Stun- de.
Die eigentliche Anordnung des Drehtransformators 2 kann natürlich von der Ausführung gemäss dem dargestellten Beispiel abweichen. So kann z. B. die Primärwicklung als Statorwicklung und die Sekundärwicklung am Rotor angeordnet werden. Den Rahmen der Erfindung überschreitet keine Ausführung eines Generators harmonischer Spannung, bei welchem eine Vorrichtung verwendet wird, die die Trans- formatorkopplung in harmonischer Abhängigkeit von dem Drehungswinkel des Rotors ändert.
Die Hauptvorzüge der erfindungsgemässen Anordnung wurden bereits in der Beschreibungseinleitung angeführt. Im Hinblick auf diese Vorteile findet die beschriebene Anordnung eine weitgehende Verwendung in Laboratorien und an Arbeitsstätten, insbesondere wo das Prüfen, Messen oder Eichen von Geräten durchgeführt wird. Zur Illustration dieses Bereiches kann die Verwendung bei den folgenden Arbeiten angeführt werden : a) Analyse und Kontrolle der Stabilität von elektrischen, elektromechanischen, gegebenenfalls auch mechanischen Regelvorrichtungen ; b) Kontrolle und Einstellung von Systemen zur Fernlenkung und Fernmessung ; c) Prüfung und Eichung von Verstärkern für besonders niedrige Frequenzen zu ärztlichen Zwecken (z. B. Encephalographen u. dgl.) ; d) Eichung von Registriervorrichtungen. wie z. B.
Schleifenoszillographen und direkt registrierenden In- dikatoren ; e) Erregung von niederfrequenten Schwingungen zur Prüfung und Analyse von mechanischen Brückenbauten, Flugzeugen, Waggons, Lokomotiven usw. - ; f) Messung der Starrheit und Eigenfrequenzen von schweren Werkzeugmaschinen ; g) Auswuchtung von schweren Rotoren ohne Rotation ; h) Ausführung von Ermüdungsprüfungen an Maschinenteilen sowie von grösseren Einheiten mittels niederfrequenter Schwingungen.