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Einrichtung zur Erzeugung von Hochfrequenzströmen, insbesondere für die drahtlose
Telegraphie.
Die vorliegende Erfindung soll dazu dienen, Wechselströme von hoher Frequenz insbesondere für die drahtlose Telegraphie oder für abgestimmte Zeichengebung zu erzeugen.
Wird in einem gewöhnlichen eini- oder mehrphasigen Induktionsmotor (I in Fig. l) der Rotor R1 mit synchroner Geschwindigkeit entgegen der Drehrichtung des rotierenden Feldes PI umgetrieben, so ist die Weehselzahl der im Rotor erzeugten strume doppelt so gross wie die Wechselzahl des Statorstromes. Diese bekannte Erscheinung hat ihre Ursache darin, dass das rotierende Feld gegen den - rückwärts - umlaufenden Rotor eine doppelt so grosse Geschwindigkeit hat, wie gegen den Stator S1 (Fig. 1).
Würden wir nun den im Rotor erzeugten Strom in den Stator S2 eines zweiten Mehrphasen-Induktionsmotors (II in Fig. 1) schicken und den Rotor R2 dieser Maschine ebenfalls-rückwärts-d. h. entgegen der Drehrichtung des Feldes F2 umlaufen lassen, so würde die Frequenz in dem zweiten Rotor 7P noch höher werden
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Diese eben skizzierte Einrichtung mittels einer Kaskadenschaltung und eines von der Geschwindigkeit des Drehfeldes abweichend rotierenden Ankers die Frequenz umzuformen, wird als bekannt vorausgesetzt. Die Erzeugung von Hochfrequenzströmen, wie sie in der drahtlosen Telegraphie Verwendung finden, ist dagegen mit diesen bereits bekannten Mitteln nicht ohne weiteres möglich, weil eine grosse Zäh ! von Frequenzumformungen stattfinden müsste.
Die Anwendung dieser Einrichtung für die Zwecke der drahtlosen Telegraphie, wie auch ganz allgemein für die Zwecke der abgestimmten Zeichengebung. Auslösung von Fernschaltern usw. wird erst durch die im folgenden beschriebenen wesentlichen Vereinfachungen der Schaltung wie auch der ganzen Anordnung ermöglicht, die den Gegenstand des vorliegenden Patentes bilden sollen. Zu diesem Zwecke wird der dem Rotor entnommene Strom wieder in den Stator S1 zurückgeführt (Fig. 2), sei es in eine besonders auf dem Stator befindliche Wickelung oder in die ursprüngliche, für den Strom von 1000 Perioden benutzte.
Die letztere kann sehr wohl zwei Ströme von verschiedener Wechselzahl führen und es können zwei rotierende Felder im Motor einander überlagern, ohne sich gegenseitig zu stören. Eine Schutzvorrichtung, z. B. eine Drosselspule (Fig. 2), ist natürlich vorzusehen, so dass der Strom von 3000 Perioden nur in geringem Grade in die ursprüngliche Stromquelle von 1000 Perioden eindringt. Der Strom von 3000 Perioden erzeugt im Stator S1 ein sehr schnell umlaufendes Feld, das im Rotor RI Stri) me von 4000 Perioden
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Macht man den primären Teil der zweiten Maschine zum rotierenden, su kann man die rotierenden Teile ohne Zuhilfenahme von Schleifringen und Bürsten miteinander verbinden.
Dann können auch Käfigrotoren benutzt werden.
Alsdann kann die zweite Maschine ausgeschaltet werden und eine einzige Maschine Verwendung finden. Wir brauchen nur den Rotor R derselben elektrisch mit dem Stator or 8 in Verbindung zu bringen, so dass die in Rotor erzeugten Ströme erhöhter Frequenz wieder in den Stator zurückfliessen und sich von hier aus weiter umformen können (Fig. 3). Natürlich finden auch Ströme vom Netz ihren Weg in den Rotor, die dann auch in Hoehfrequenzströme um gewandelt werden. Diese Ströme kann man entweder fliessen lassen oder sie mittels Abstimmungselementen abdrosseln.
Anstatt die Energie durch elektrische Ableitung aus dem Rotor zu entnehmen und sie dem Stator wieder zuzuführen, und umgekehrt, kann diese Rückführung natürlich auch nach
Umformung in einem Transformator erfolgen. Lässt man weiter diese Transformation in dem Motor selbst stattfinden, so ergibt sich der Vorteil. dass eine elektrische Verbindung (Stromleitung) zwischen Stator und Rotor nicht zu bestehen braucht. Dies wird erreicht bei der nachfolgenden Anordnung.
Der Induktionsmotor erhält einen Rotor mit einphasiger Wicklung. Der Stator wird. \\enn
Ströme höherer Frequenz erzeugt werden sollen, auch einphasig gewählt. Unter einer einphasigen
Wickelung soll eine Wickelung verstanden sein, die nur einen einzigen Stromkreis oder mehrere elektrisch gleichwertige parallele Stromkreise bildet, so dass ein rotierendes Feld nur einphasig'' elektromotorische Kräfte in ihr erzeugen kann. Eine gewöhnliche Zweiphasen\\ ickelung, bei der eine Phase unterbrochen wird. wird zu einer einphasigen. Auch kann die Einphasenwickeiung als Resultante zweier Drehstromwickelungen angesehen werden (Fig. 2).
In unserem Fall kann die einphasige Rotorwickelung in sich geschlossen sein, wenn er- forderlieh unter Einschaltung einer Doppelspule oder eines Kondensators. Der Rotor möge mit synchroner Geschwindigkeit umlaufen. Schicken wir nun in die Statorwickelung 83 (Fig. 4) einen Wechselstrom von 1000 Perioden, so wird ein Wechselfeld erzeugt, dessen induzierende Wirkung auf den Rotor aber wie bekannt, zwei Drehfeldern gleich zu achten ist, die mit gleicher
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Felder mit Fa und Fb bezeichnen (Fig. 5) und annehmen, dass der Rotor R3 in derselben Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit umläuft wie Feld Fb.
Dann ist die Relativgeschwindigkeit des Rotors R3 gegen Feld Fb Null; Feld Fa aber rotiert mit der doppelten synchronen Ge- schwindigkeit gegen den Rotor/ (3 und erzeugt in demselben einen Strom von doppelt so grosser
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du'von dem Generator erzeugte.
Die zweite Drehfeldkomponente hat aber relativ zum Rotor zweifache Synchrongeschwindig-
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künstlich ges haffenen Nebenschluss (Fig. 6)-z. B. Drosselspule oder Kondensator-kreisen. theser Strom dreifacher Frequenz formt sich wieder um, indem er im Rotor einen Strom vier- facher Frequenz erzeugt, der wieder mit fünffacher Frequenz auf den Stator zurückwirkt.
Auf diese Weise würden also'theoretisch durch selbsttätige fmformung Ströme von unendlich hoher Frequenz erzeugt werden können.
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Hei dieser Art der Frequenzumformung, d. h. beim einphasigen Motor mit einphasigem Rotor, ist mechanischer Antrieb nicht erforderlich, da der Einphasenmotor von selbst in bekannte ! Weise zum synchronen oder nahezu synchronen Rotieren gebracht werden kann.
Wird die Maschine durch äussere Kraft angetrieben, so kann der Wechselstromgenerator wegfallen und eine Gleichstromquelle (Wechselstrom von der Frequenz Null) zur Erregung in den Stator eingeschaltet werden.
Als charakteristisch für den Erfindungsgedanken möge hervorgehoben werden, dass es sich nicht um Erzeugung von Oberschwingungen handelt, wie sie wohl bei anderen Wechselstrommaschinen aus verschiedenen Ursachen als Nebenerscheinuingen auftreten, sondern dass
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- abgesehen von den unvermeidlichen Verlusten-tatsächlich bei jeder Umformung annähernd die volle Energie niedriger Frequenz in solche der in der Stufenfolge nächsthöheren Frequenz umgewandelt wird.
Natürlich treten Ohmsche und Eisenverluste auf, die wie bei jeder anderen Maschine unvermeidlich sind, und die den Betrag der jedesmal übertragenen Energe vermindern. Besonders macht sich aber der induktive Spannungsabfall infolge der Selbstinduktion der Wickelungen (magnetische Streuung) bei der mehrfachen Umsetzung geltend, so dass die Ströme sehr hoher Frequenz schliesslich sehr schwach werden. Diesem Übelstand kann durch Einfügen von Kondensatoren in Stator oder Rotor oder parallel zum Generator entgegengewirkt werden.
Am wirkungsvollsten dürfte eine Zusammenstellung von Kondensatoren und Dnssel- spulen sein, die unter entsprechender Berücksichtigung der Selbstinduktion der Maschine selbst für die verschiedenen Frequenzen in Resonanz sind.
Fig. 6 zeigt eine solche Anordnung.
Parallel zum Generator und Umformungsmotor sind Gruppen von Drosselspulen und Kondensatoren geschaltet. Ist die Selbstinduktion der Maschine vernachlässigbar, so wird Gruppe l so bemessen, dass sie etwa für die dreifache Grundfrequenz Resonanz (induktiver und Kapazitätswiderstand = Null) zeigt, 8'1 dass der aus dem Motor herauskommende Strom von dieser Wechselzahl einen bequemen Weg über Gruppe l findet. In ähn ! icher Weise würde Gruupe 1 auf Resonanz bei fünffacher, Gruppe 3 auf Resonanz bei siebenfacher Grundfrefluenz abgeglichen werden. Die Drosselspule und Kondensatoren werden im allgemeinen nur sehr klein ausfallen, da gewöhnlich die Frequenz sehr hoch ist.
Durch Hintereinznderschaltung oder partielle Parallelschaltung des Verbrauchsapparates P, der mit Strom der betreffenden Frequenz gespeist werden soll, mit der betretenden Gruppe (Gruppe 5 in Fig. 6) kann man wahlweise der Maschine verschiedene Frequenzen entnehmen und sie sumit für Fernschaltungen und ähnliche Zwecke benutzen. Der Verbrauchsapparat kann natürlich auch auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt werden.
Die Kondensatoren und Drosselspulengruppen brauchen nicht alle paral] pl geschaltet zu werden. Scrienparallel-. Brückenschaltung tun dieselben Dienste.
Sie können in den Rotorkreis an Stelle des Statorkreises eingefügt werden.
In allen Fällen können natürlich Rotor und Stator ihre Rollen vertauschen, d. h. der umlaufende sowohl als der stillstehende Teil der Maschine kann zum primären oder sekundären werden.
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PATENT-ANSPRÜCHE:
1. Einrichtung zur Erzeugung von Hochfrequenzströmen, insbesondere für Zwecke der drahtlosen Telegraphie. dadurch gekennzeichnet, dass die in der Rotorwickelung eines Generators erzeugten Ströme oder elektrischen Energiemengen zur weiteren Frequenzänderung wieder dem Stator zugeführt werden und bei jeder weiteren, beliebig oft zu wiederholenden Übertragung zwischen Stator und Rotor eine jedesmalige Frequenzsteigerung erfahren.