Einrichtung zur Verringerung der Frequenz. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein richtung zur Verringerung der Frequenz eines niederfrequenten Wechselstromes, ins besondere zur Signalerzeugung in Fern sprechanlagen. Zu diesem Zweck hat man schon vorgeschlagen, in dem niederfrequen ten Wechselstrom, dessen Frequenz für Si gnalzwecke noch herabgesetzt werden soll, unter Einschaltung einer nicht linearen In duktanz mit einem Kondensator Schwin gungen von niederer Frequenz zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, dass in den Schwingungsstromkreis niederer Frequenz eine zum Schwingungs anstoss dienende selbsttätige Anlassvorrich- tung durch den im Schwingungsstromkreis fliessenden Strom derart überwacht wird, dass diese Anlassvorrichtung wirksam wird, wenn der Strom in dem Schwingungsstromkreis niederer Frequenz aussetzt. Zu diesem Zweck kann die Anlassvorrichtung zum Beispiel ein Relais und einen Gleichrichter, sowie eine Impedanz aufweisen. Letztere können selbst tätig in den Schwingungsstromkreis einge- schaltet werden, wenn der Stromkreis strom los wird.
Das Relais der Anlassvorrichtung ist zweckmässigerweise ein Relais, welches nur langsam erregt . wird, wenn der Schwin gungsstromkreis unterbrochen wird. Infolge der langsamen Erregung des Relais wird bei Unterbrechung des Schwingungsstromkreises die in dem Relais während der langsamen Erregung angehäufte Energie so gross, dass schliesslich der Stromstoss die Anlassvorrich- tung mit Sicherheit plötzlich wirksam macht.
Die Kapazität des Schwingungsstrom kreises wird vorteilhaft durch eine zweite Induktanz überbrückt, so dass ein stabilisie render Nebenschluss entsteht, der induktiv mit dem Belastungsstromkreis gekuppelt ist. Die Induktanz in dem Hauptstromkreis oder Hauptschwingungsstromkreis hat zweck mässigerweise ein solches Verhältnis zur Induktanz des stabilisierenden Zweiges, dass selbst bei starken Schwankungen in der Belastung nur geringe Schwankungnen im Schwingungsstromkreis sich bemerkbar machen.
Cm das Verständnis der Erfindung zu er leichtern, sollen zuerst zwei bekannte Ein richtungen besprochen werden und hierauf zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung er läutert werden.
Fig. 1 zeigt ein Schema einer bekannten Anordnung mit einem einfachen Anlass- stromkreis; Fig. 2 zeigt ein ähnliches, ebenfalls be kanntes Schema, das Stabilisierungsmittel für die erzeugten niederfrequenten Schwin gungen aufweist; Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einer selbsttätigen Anlass- vorrichtung für die Schwingungen im Be lastungsstromkreis und einer Einrichtung zur Überwachung der Frequenz in dem äussern vom Schwingungsstromkreis ge speisten Stromkreis;
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
Die Selbstinduktion 2 in Fig. 1 besteht aus einer Spule mit einem Eisenkern, der bis zur vollen Sättigung magnetisiert wer den kann. Der Wert der Selbstinduktion schwankt je nach dem Stromwert in der Spule oder je nach der Spannung an der Spule. Diese Selbstinduktion kann demnach als nichtlineare Impedanz betrachtet werden. Infolge dieser nichtlinearen Eigenschaft der Impedanz wird die Wellenform des im Stromkreis fliessenden Stromes verändert. Es entstehen neben der Grundschwingung har monische Schwingungen.
Wird der Schalter 9 geschlossen und der auf eine Grundsehwin- gung von 20 Perioden abgestimmte Schwin- gungsstromkreis 2, 3 erregt, so fliesst darin ein Strom, der infolge der veränderlichen Impedanz der Induktionsspule 2 auch eine dritte harmonische Schwingung von 60 Pe rioden aufweist. Hat nun die Wechselstrom quelle 1 die gleiche Frequenz wie diese dritte Harmonische, so wird die Wechselstrom quelle 1 das Bestreben haben, diese dritte Harmonische beständig aufrecht zu erhalten, und dadurch wird dem Schwingungsstrom kreis 2,
3 beständig Energie zugeführt und die Grundschwingung in diesem Stromkreis von 20 Perioden ebenfalls aufrecht erhalten. Dieser Zustand hält an, solange der Schal- tere 9 geschlossen ist.
In der Einrichtung nach Fig. 1, die, wie auch Fig. 2, den bisherigen Stand der Tech nik zeigt, kann der Wechselstrom mit der Periodenzahl von 20 entweder an den Lei tern 6 oder an den Leitern 7 abgenommen werden. Nun sei bemerkt, dass bei Ab stimmung des Schwingungskreises 2, 3 auf 20 Perioden die Kapazitätsreaktanz des Kon- densators 3 bei 60 Perioden oder selbst bei höherer Frequenz geringer ist, als die Induk- tionsreaktanz der Selbstinduktion 2.
Es würde also in den Leitern des Stromkreises 6, welche sich an die Klemmen der Kapazität 3 anschliessen, mehr Strom von 60 Perioden bezw. einer höheren Frequenz fliessen, als durch die von den Klemmen der Induktanz abzweigenden Leiter 7.
Soll der Strom von 20 Perioden für den Anruf von Sprechstellen in einem Fern sprechsystem benutzt werden, so kann die Einstellung des hörbaren Signals leicht da durch herbeigeführt werden, dass man ver schieden grosse Teilwerte der Ströme in den Leitungen 6 und 7 benutzt. Man legt an den Belastungsstromkreis 6 (Fig. 2) die Wecker In diesem Belastungsstromkreis wird <B>i</B> ,in.
dann entschieden ein Wechselstrom von ge ringer Wechselzahl fliessen. Wenn die Si gnalwecker in dem Belastungsstromkreis 6 bei einer Prüfung ihrer Wirksamkeit nicht richtig ansprechen sollten, so werden prüf weise die Anzapfstellen der Induktanz, von welcher die Leiter 7 ausgehen, verschoben und dadurch wird das Verhältnis der Induk- tanz zur Kapazität 3 geändert, bis bei dieser Prüfung gefunden wird, dass jeder Wecker im Belastungsstromkreis 6 zum Ansprechen kommt. Man prüft also, ob das Signal hörbar ist und bestimmt die Wahl der Leiter 7, 7a je nach der deutlichen oder weniger deut lichen Hörbarken des Signals.
Wenn aus irgend einem Grunde der Strom in dem Belastungsstromkreis 6 zu klein wer den oder ganz verschwinden sollte, so wird sich der Stromkreis der niederen Schwin# gungszahl nicht wieder von selbst herstellen, es sei denn, dass, wie erwähnt, durch einen Stromstoss ein Anlass für den Schwingungs stromkreis der niedrigeren Frequenz geliefert wird. Die Anlasserregung für einen solchen Schwingungsstromkreis kann auf verschie dene Weise erfolgen.
Man kann beispiels weise den Schalter 9 schliessen und wieder öffnen; Versuche haben jedoch gezeigt, dass ein solches Verfahren nicht zuverlässig ist. Die Anlassung des Schwingungsstromkreises erfolgt vielleicht nur bei jedem fünften Schluss des Schalters 9. Es sei hier auf das amerikanische Patent Nr. 1633481 vom 21. Juni 1927 hingewiesen, in dem ein anderes Anlassverfahren für einen Schwin gungsstromkreis gezeigt ist; aber auch die ses Verfahren ist im besten Fall nur in 50 bis 75 % der Schaltersühlüsse wirksam.
Wenn jedoch der zum Anlassen des Schwingungsstromkreises dienende greis eine Gleichstromquelle 5 enthält, so findet der Schwingungsanstoss regelmässig bei jeder Öffnung des Schalters 4 in diesem Gleich stromkreis statt. Dieser Anstoss unter Be nutzung -einer Gleichstromquelle eignet sich selbst in den ungünstigsten Verhältnissen, das heisst wenn unter andern Bedingungen die Anlassung des Schwingungsstromkreises nur sehr schwierig ist.
Als Gleichstromquelle kann eine einfache Batterie, ein Sammler, ein Gleichstromerzeu ger oder eine Netzleitung benutzt werden. Auch kann die Gleichstromquelle eine ein seitig oder asymmetrisch wirkende Vorrich tung, wie beispielsweise einen Gleichrichter, enthalten, der die Selbstinduktion oder einen Teil derselben überbrückt. Eine solche An ordnung ist beispielsweise in Fig. 3 mit dem Gleichrichter 15, der einen Teil der Selbst induktion überbrückt, dargestellt. Dieser Stromkreis umfasst demnach mit dem Gleich richter auch einen Teil der Wicklung 2.
Wird in einem solchen Anlassstromkreis der Schalter 4 geschlossen, so fliesst Gleich strom durch den Stromkreis. Es entsteht ein magnetischer Fluss im Kern der Selbstinduk tion 2, und bei Öffnung des Stromkreises durch Öffnung des Schalters 4 verschwindet dieser Fluss plötzlich. Die Selbstinduktion er zeugt einen Strom, der nunmehr im Schwin gungsstromkreis fliesst, und zwar würde dieser Strom auch unabhängig von der Wech- selstromquelle 1 entstehen.
Infolge der Ab stimmung des Schwingungsstromkreises ist die darin erzeugte Schwingungszahl die Grundschwingungszahl, wobei diese Schwin gungen von harmonischen Schwingungen be gleitet sind. Die Wechselstromquelle- erhält nun diese harmonischen Schwingungen auf recht, da sie ja die gleiche Schwingungszahl hat wie diese harmonischen Schwingungen, und dadurch wird nun dem Schwingungs stromkreis die Energie zur Aufrechterhal tung der ungedämpften Schwingungen der Grundschwingungszahl zugeführt.
Es braucht also in dem Gleichstromkreis die von der Gleichstromquelle gelieferte Energie nur so gross zu sein, um im gern der Selbstinduk tion eine solche Sättigung herbeizuführen, dass beim plötzlichen Verschwinden dieser Sättigung, also bei Öffnung des Schalters 4, die in dem Schwingungsstromkreis ausge löste Energie gerade gross genug ist, um solche Schwingungen der Grundschwingungs zahl einzuleiten.
Die Fig. 3 zeigt nun als erste Ausfüh rungsform der Erfindung eine selbsttätige Anlassvorrichtung, die ein Relais 12 in Ver bindung mit dem Gleichrichter 15 aufweist. Bei Schluss. des Schalters 9 fliesst der Wech selstrom von der Quelle 1 durch die Selbst induktionsspule 2 in die untere Wicklung des Relais 12 zum Umwandler 8 und zurück Durch die rechte Hälfte der Selbstinduktions- spule 2 fliesst dann sowohl der eben erwähnte Wechselstrom, wie auch der durch den Gleichrichter 15 gleichgerichtete Strom.
In der obern Wicklung des Relais 12 fliesst demnach sowohl ein Gleichstrom, als auch ein Wechselstrom, nämlich die Komponenten des pulsierenden Gleichstromes, der durch den Gleichrichter erzeugt wird. Diese Ströme gehen zum Ruhekontakt des Ankers oder Schalters 4 in die Drosselspule 10 und durch den Gleichrichter 15.
Infolge der Bewick- lang der beiden Hälften des Relais nach ent gegengesetzten Richtungen hin fliessen in diesen beiden Wirklungen Ströme. deren mag netische -\Vf irkimgen auf den Kern des Re la i- 12 sich gegenseitig aufheben, so dass kein Fluss im Kern dieses Relais 12 vorhanden ist. Ist das Relais aberret-t. so ist der Schal ter 4 geschlossen. Wenn jedoch durch den vom Gleichrichter 15 herrührenden pulsieren der.
Gleichstrom das Relais 12, welches träge arbeitet, genügend stark erregt ist, öffnet es den Kontakt 4 plötzlich und unterbricht da mit den Strom durch den Gleichrichter. Die von diesem Gleichstrom herrührende @lagne- tisierung des Kernes ? wird unterbrochen;
dadurch entsteht ein Strom der Selbstinduk tion in der Spule 2, unabhängig von dem Weohselstrom der )Ärecbselstromquelle 1, und die freien Schwingungen im Schwingungs stromkreis setzen mit der Grundschwin- ;gungszahl und den harmonischen Über- schwingungen ein.
Die Frequenz des Wech selstromes der Quelle 1 entspricht der Fre quenz der harmonischen Schwingungen im Schwin-,ungsstromkreis, so dass wieder durch Aufrechterhaltung der harmoniselien ','-,cli@c-iii- gimgen auch die @riindsehtvi:)gungeil der niedrigen Frequenz aufrecht erhalten wei-((len. Das Relais 1? bleibt im erregten Zustand infol;
-e der im Schwin-,unasstroml@reis flie ssenden Ströme. Der Kontakt 4 bleibt also offen während des eientliehen Betriebes und der Gleichrichter 15 führt also während des Betriebes keinen Strom. Hören aus irgend einem Grund die Schwingiiu"en des @e@nvin- gungsstroml@reises auf, so wird wieder der Kontakt 4 infolge Aberregung des Relais 12 geschlossen, und damit fliesst wieder Gleichstrom durch den Anstoss stromkreis infolge der Einschaltung des Gleichrichters 15.
Die Erfindung hat dem nach den Vorteil, dass die Schwiii--luigen des Schwingungsstromkreises, die ausgenutzt ,#i erden sollen, selbsttätig wieder einsetzen, falls sie unterbrochen werden sollten, da durch den vom Gleichrichter 15 durchgelasse nen Gleichstrom der Kern der Selbstinduk tionsspule 2 immer genügend stark gesättigt -ircl,
um bei Öffnung des Schalters 4 und U nterbreehung dieses Stromes die Schw in- gimgen der Grundschwingungszahl ins Leb, --n zii rufen.
Sollte also aus irgend einem Grund im Seliwingung.sstromkreis oder in dem Be lastungsstromkreis der Leitungen 6, i eine Störung vorkommen, welche die Erregung des Schwingungsstromkreises verhindern würde, so würde das Relais 12 wiederholt er regt und a.berregt werden und der Schalter 4 wiederholt sich öffnen oder schliessen. Eine derartig häufig wiederholte Erregung würde eine Abnutzung des Kontaktes 4 und viel leicht auch eine Überhitzung des Gleichrich ters 15, der Induktanz 2. des Relais oder an derer Teile im Stromkreis herbeiführen.
Um dies zii vermeiden, kann irgend eine Schutz- vorrichtung mit einem der Stromkreise ver bunden sein. Dazu gehört beispielsweise eine Sicherung oder Heizspule 16. In Fig. 3 ge- statfet der Heizdraht<B>16</B> den Durchgang, eines Stromes in diesem Anlassstromkreis unter einem bestimmten Wert. um plötzlich das Relais zu erregen und die Schwingungen an zulassen.
Bei häufi,--er Wiederholung wird clann dieser Heizdraht 16 infolge seiner Er- -,vä.rmung den Anlass.stromkreis mit seinem Gleichrichter öffnen und es wird ein Hilfs stromkreis erregt. der bei I l angedeutet ist und beispielsweise ein Signal oder eir_en Stö- rungsanzeiger enthält. Dieser Stromkreis ist nicht weiter gezeichnet.
Die Drosselspule 10 und der Kondensator 11 stellen Schutzmittel dar, welche das Ent stehen von Hochfrequenzschwingungen beim Offnen des Schalters 4, die in der Nähe be findliche Radioempfänger stören könnten, verhindern.
Fig. 4 zeigt eine Eilrichtung, bei der das Relais 12 nur mit; Wechselstrom arbeitet. Es ist ein langsam arbeitendes Relais und gestattet also dein Gleichstrom. der in der Induktanz \_? fliesst.
den Wert der Sättigazug des Kernes ziemlich weit hinaufzutreiben, um bei Unterbrechung dieses Anlassstrom- kreises sicher zii gehen, dass' damit die Schwingungen der Grundschwingungszahl im Grundstromkreis einsetzen. Diese Ünter- brechung hängt von der Öffnung des Kon taktes 4 am Relais 12 ab.
Auch hier sind die Schutzvorrichtungen, der Kondensator 11 und die Drosselspule 10, im Anlassstromkreis vorhanden, um oben genannte, hochfrequente Ströme zu unterdrücken.
In Fig. 3 befindet sich, wie oben er wähnt, im Anlassstromkreis ein Gleichrichter 15 und der Kondensator 3 ist, ähnlich wie in Fig. 2, mit dem Belastungsstromkreis 6 unter Einschaltung einer Induktanz verbun den, welche in Fig. 3 als Primärwicklung eines Transformators gezeigt ist. Dieselbe Verbindung ist für den Schwingungsstrom kreis nach Fig. 4 gewählt.
Durch passende Wahl der Werte des Kondensators und der Induktanz wird die Wellenform im Schwin gungsstromkreis, wie weiter unten beschrie ben, vergleichmässigt und man kann demnach aus einer bestimmten Induktanz und Kapa zität eine bessere Leistung erreichen. Der Umwandler 8 kann gleichzeitig als Umwand- ler für den Belastungsstromkreis 6, 7 benutzt werden.
In Fig. 3 und 4 ist der Kondensator 3 mit der Wicklung des Umwandlers 8 so verbun den, dass, er mit höherer Spannung betrie ben wird als jener Spannung, die zur Ver fügung stünde, wenn er einfach in Brücke zur Wechselstromquelle 1 gelegt wäre, wie in Fig. 1 und 2. Infolge dieser Erhöhung der Spannung am Kondensator wird sein Wirkungsgrad erhöht und in dem Be lastungsstromkreis 6 steht demnach eine ver hältnismässig grosse Energie zur Verfügung.
Anders ausgedrii,ckt: Will man in dem Be lastungsstromkreis 6 eine bestimmte Lei stung haben, so kann bei dieser Anordnung der Kondensator 3 und die Induktanz 2 klei ner gewählt werden, als wenn der Konden sator 3 nicht infolge seiner Verbindung mit dem Umwandler 8 an eine höhere Spannung gelegt würde.
Praktisch wird der gern des Transforma tors bis zu einem Wert in der Nähe des Knies der Sättigungskurve gesättigt. Da durch werden die Spannungshöchstwerte an dem Kondensator 3, wie sie von plötzlichen Spannungsschwankungen und vorübergehend fliessenden Strömen herrühren, beschränkt.
Diese Anordnung gestattet die Benutzung des betreffenden Kondensators mit einem höheren Wirkungsgrad. Wie oben erwähnt, kann demnach bei einem Kondensator einer bestimmten Kapazität und einer Selbstinduk tion bestimmter Induktanz im Schwingungs stromkreis eine viel grössere Leistung aus diesem Schwingungsstromkreis abgenommen werden, solange die Schwingungen anhalten.
Der Umwandler 8 dient auch zur Sta bilisierung des Schwingungsstromkreises und macht dadurch diesen Stromkreis weniger von Iden Belaslungsbedingungen abhängig. Werden in einer Einrichtung zur Reduktion der Schwingungszahl, wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt, die Konstanten so gewählt., dass der Schwingungsstromkreis bei Leerlauf zufriedenstellend weiterschwingt,
so kann man aus diesem Schwingungsstromkreis kaum irgend welche Energie für Überwindung einer Last ableiten. Werden anderseits die Konstanten so gewählt, dass der Schwin- gungsstromkreis auf einer bestimmten Last zufriedenstellend schwingt, so werden die Schwingungen ungleichmässig und hören auf, wenn die Belastung verringert wird.
Diese Ungleichmässigkeit geht selbst so weit, dass die Schwingungszahl des Schwingungsstrom- kreises von der ursprünglich beabsichtig ten Grundschwingungszahl abweicht. Soll beispielsweise diese Grundschwingungszahl 20 Perioden je Sekunde bedeuten, so springt bei Entfernung der Belastung diese Schwin gungszahl auf 30 je Sekunde.
Die Einschal- tung des Umwandlers 8 in den Schwingungs- stromkreis hat den grossen Vorteil, dass inner- halb weiter. Belastungsgrenzen die Schwin gungen gleichmässig und ununterbrochen auf recht erhalten werden.
Eine weitere Vergleichmässigung oder Stabilisierung des Schwingungsstromkreises kann auch durclx Einschaltung eines Wider standes in Reihe mit der Induktanz 2 und dem Kondensator 3 erreicht werden. Der Widerstand dämpft den Strom, wenn keine äussere Belastung vorhanden ist, so dass der Wert der Induktanz nicht so weit herunter geht, dass Resonanzerscheinungen mit dem Kondensator 3 bei höherer Schwingungszahl bemerkbar werden. Der Nachteil des Wider standes ist jedoch, dass; er die Leistung her abdrückt, die abnehmbar ist, solange die Schwingungen anhalten.
Es kann nun eine Anordnung getroffen werden, um den Reihenwiderstand mit der Belastung zu ver ändern, beispielsweise durch Einschaltung einer Lampe im Schwingungsstromkreis. Aber selbst dann ist die Änderung des Wi derstandes nicht ebenso rasch wie die Ände rung der Belastung. Auch diese Anordnung mag wohl eine Vergrösserung der Leistung verhindern, sie genügt jedoch nicht. um den Schwingungsstromkreis vollständig zu sta bilisieren.
Iim die Wirkung des Transformators besser würdigen zu können, sei noch einmal die bekannte Einrichtung nach Fig. 2 zuin Vergleich herangezogen. In Fig. 2 ist eine Induktanz 8 in Briicke zur Wechselstrom- quelle 1 gelegt. Der Kondensator 3 ist jedoch an diese Induktanz nicht so angeschaltet, dass damit die Spannung an seinem Ende erhöht wird; auch findet keine Erhöhung der kapa- zitiven Wirkung dieses Kondensators statt.
Werden in diesem Stromkreis der Fig. 2 die Konstanten so gewählt, dass der Schwin- gungsstromkreis gleichmässig weiterarbeitet, wenn die Belastung im äussern Stromkreis eine Vollbelastung ist, und wird die Spule 8 so eingestellt, dass ihr Eisenkern gerade un gefähr gesättigt ist, so wird bei der Abschal tung der Last im äussern Stromkreis und bei der damit zusammenhängenden Vergrösserung des Stromes die Spannung an den verschie denen Teilen des Stromkreises ebenfalls er höht.
Die Spannung am Kondensator 3 und an der Spule 8 führt nun zu einer Verringe rung der Impedanz der Spule 8, und infolge dieser Verringerung der Impedanz wird das Anwachsen der Spannung und des Stromes über einen bestimmten zulässigen Wert un möglich gemacht, auch wenn die Belastung im äussern Stromkreis verringert ist.
Die Spule 8 hat also schon bei dieser Anordnung den Zweck, jede übermässige Zunahme des Stromes im Schwingungsstromkreis. herbei- gefÜhrt durch Abschaltung der Last, zii be- seitigen, und damit ist also schon eine Ver- gleiclimässigung des Betriebes gewährleistet.
Prüfungen haben ergeben, dass z\visehen wei len Grenzen der Belastung schon dadurch eine genü"ende Vergleiehmässigung des Sch -ingungsstromkreises erreicht wird. Es "eht dies darauf zuriick, dass das Eisen der Spule 8 bis zu einem Wert nahe dem Knie der Sii,ttigungskurve magnetisiert ist und dem nach eine sehr genaue Überwachung zulässt.
Die luduktanz der Spule 8 kann so gewählt werden, dass selbst Resonanzerseheinungen finit dem Kondensator 3 entweder bei der Grundschwingungszahl oder einem grösseren oder kleineren Vielfachen der Grundschwin gungszahl der Induktanz 2 und des Kon densators 3 wahrgenommen werden. Man kann also den Schwingungsstromkreis, der die Induktionsspule 8 oder den Umwandler 8 mid den Kondensator 3 enthält, so einstellen. dass die Schwingungszahl dieses Stromlueises die Grundschwingungszahl ist.
Die dabei er zeugten harmonischen Schwingungen mögen nun eine Schwingungszahl umfassen, die gleich ist der Grundschwingungszahl des Schwingungsstromkreises, welcher nur die Induktanz 2 und den Kondensator 3 enthält. Bei dieser Anordnung kann man also an den Leitern 6 Strom einer Frequenz abnehmen, die gleich ist der Grundschwingungszahl des ersterwähnten Schwingungsstromkreises, um fassend den Kondensator 3 und die Spule B. und man kann auch einen Strom abnehmen.
dessen Frequenz gleich ist der Grundschwin- guiiTszahl des zweiten Schwingungsstrom hreises, welcher die Induktanz 2 und den Kondensator 3 enthält. Aucli hat diese An ordnung die Wirkung, dass die Wellenhöhe der Schwingungen im Schwingungsstrom kreis unabhängiger von dem Belastungs stromkreis wird.
Falls die Belastung an eine Wicklung der Spule oder des Umwandlers 8 angeschlossen ist, kann nian auch diesen Umwandler als eine Vorrichtung zur Abtrennung der beiden Stromkreise voneinander auffassen, so dass der Schwingungsstromkreis gewissermassen unabhängiger von den Belastungsänderungen im äussern Stromkreis wird.
Die Induktanz oder die Primärwicklung des Umformers können als Nebenschluss auf gefasst werden und es ist bekannt, dass durch Wahl von passenden Induktanzen und Kapa zitäten in einem Nebenschluss zu einem Schwingungsstromkreis die Schwingungen dieses Schwingungsstromkreises vergleich mässigt werden können, also steile Wellen formen oder unregelmässige Wellenformen vermieden werden.
Die Beeinflussung dieses den Schwingungsstromkreis vergleichmässi- genden Nebenschlusses kann folgendermassen ausgenutzt werden: In Anlagen, in welchen diese Einrichtung einen Rufstrom von 20 Perioden je Sekunde erzeugen soll, kann diese Frequenz zur Abgabe von hörbaren Signalen verwendet werden, wenn man eine zusätzliche kleine, aber veränderliche Induk- tanz 18 in Reihe mit dem Kondensator legt.
Diese Anordnung stellt ein sehr einfaches und wirksames Mittel zur Überwachung des Stromes hoher Frequenz in dem äussern Stromkreis dar und dient auch gleichzeitig zur Veränderung der Wellenform des abzu gebenden Stromes.
In den dargestellten Ausführungsbeispie len wird der Schalter 9 im Stromkreis der Wechselstromquelle 1 durch ein Relais über wacht, das entweder durch einen gewöhn lichen Schalter erregt wird oder das bei spielsweise seine Erregung erhält, wenn im Amt der Rufschalter auf Rufstellung um gelegt wird, wie dies bekannt ist.
Bei. der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurden viele Versuche gemacht, und zwar mit einem gewöhnlichen Wechsel stromnetz einer gewöhnlichen Spannung von 120 Volt und 60 Perioden. Die Grösse der verschiedenen Stromkreisteile, wie sie bei spielsweise in Fig. 3 benutzt werden, hängt natürlich von der Leistung, der Spannung und dem Strom ab, der durch diesen Um- wandler abgegeben werden soll;
sie hängt je- doch auch von -der Spannung der Wechsel stromquelle ab. In einer Ausführungsform wurde beispielsweise als Induktanz 2 eine Spule benutzt, die auf einen gern eines Quer- schnittes von 29 cm' gewickelt war; der Kondensator 3 hatte eine Kapazität von 20 Mikrofarad. Mit diesen Abmessungen bezw. Werten arbeitet das System sehr zu friedenstellend.
Benutzte man in dem Strom kreis nach Fig. 1 eine Induktanz 2 mit einem Kern von 14,5 cm@ .Querschnitt und einen Kondensator von 20 Mikrofarad, so ergab sich eine Höchstleistung von 25 Watt mit einem Strom von 20 Perioden. Dabei war jedoch die Spannungsregelung keine sehr gute. Es ist zu bedenken, dass die Span nung im Belastungsstromkreis häufig 40 % schwankt zwischen einem belastungslosen Zustand und der vollen Belastung von unge fähr 25 Watt.
Bei der Einrichtung nach Fig. 3 wurde die gleiche Induktanz und der gleiche Kon densator benutzt. Man konnte im Belastungs- stromkreis bei einer Frequenz von 20 Perio den eine Leistung von '/g PS herausnehmen. Bei dieser Einrichtung ist jedoch die Span nungsregelung viel besser, und die ganze Spannungsschwankung zwischen den Leitern 6 ist höchstens 7 % zwischen belastungslosem Zustand und der Normalbelastung von 1/8 PS.
Device for reducing the frequency. The invention relates to a device for reducing the frequency of a low-frequency alternating current, in particular for generating signals in telephone systems. For this purpose, it has already been proposed, in the low-frequency alternating current, the frequency of which is still to be reduced for Si signal purposes, to generate vibrations of a low frequency using a non-linear inductance with a capacitor.
The present invention consists in the fact that in the low-frequency oscillation circuit an automatic starter device serving to trigger the oscillation is monitored by the current flowing in the oscillation circuit in such a way that this start-up device becomes effective when the current in the low-frequency oscillation circuit fails. For this purpose, the starting device can have, for example, a relay and a rectifier, as well as an impedance. The latter can be actively switched into the oscillation circuit when the circuit loses power.
The relay of the starting device is expediently a relay which only excites slowly. is when the oscillation circuit is interrupted. As a result of the slow excitation of the relay, when the oscillation circuit is interrupted, the energy accumulated in the relay during the slow excitation becomes so great that finally the current surge makes the starting device suddenly effective.
The capacity of the oscillating current circuit is advantageously bridged by a second inductance, so that a stabilizing shunt is created that is inductively coupled to the load circuit. The inductance in the main circuit or main oscillating circuit expediently has such a ratio to the inductance of the stabilizing branch that even with strong fluctuations in the load, only small fluctuations are noticeable in the oscillating circuit.
Cm to facilitate understanding of the invention, two known A directions will first be discussed and then two embodiments of the invention he will be explained.
1 shows a diagram of a known arrangement with a simple starting circuit; Fig. 2 shows a similar, also be known scheme, the stabilization means for the generated low-frequency vibrations has conditions; 3 shows a first embodiment of the invention with an automatic starting device for the oscillations in the loading circuit and a device for monitoring the frequency in the external circuit fed by the oscillating circuit;
Fig. 4 shows a second embodiment of the invention.
The self-induction 2 in Fig. 1 consists of a coil with an iron core which is magnetized to full saturation who can. The value of the self-induction fluctuates depending on the current value in the coil or depending on the voltage across the coil. This self-induction can therefore be viewed as a non-linear impedance. As a result of this non-linear property of the impedance, the waveform of the current flowing in the circuit is changed. In addition to the basic oscillation, harmonic oscillations arise.
If the switch 9 is closed and the oscillation circuit 2, 3, which is tuned to a basic oscillation of 20 periods, is excited, a current flows therein which, due to the variable impedance of the induction coil 2, also has a third harmonic oscillation of 60 periods. If the alternating current source 1 now has the same frequency as this third harmonic, the alternating current source 1 will endeavor to maintain this third harmonic constantly, and as a result, the oscillating current circuit 2,
3 is constantly supplied with energy and the fundamental oscillation in this circuit of 20 periods is also maintained. This state continues as long as the switch 9 is closed.
In the device according to FIG. 1, which, as well as FIG. 2, shows the prior art, the alternating current with the number of periods of 20 can either be removed from the Lei tern 6 or from the conductors 7. It should now be noted that when the oscillating circuit 2, 3 is tuned to 20 periods, the capacitance reactance of the capacitor 3 at 60 periods or even at a higher frequency is lower than the induction reactance of the self-induction 2.
So it would be in the conductors of the circuit 6, which connect to the terminals of the capacitance 3, more current of 60 periods. flow at a higher frequency than through the conductors 7 branching off from the terminals of the inductance.
If the current of 20 periods is to be used for calling intercoms in a telephone system, the setting of the audible signal can easily be brought about by using differently large partial values of the currents in lines 6 and 7. The alarm clock is applied to the load circuit 6 (FIG. 2). In this load circuit, <B> i </B>, in.
Then an alternating current with a low number of alternations will flow. If the signal alarm clock in the load circuit 6 should not respond correctly when testing their effectiveness, the inductance taps from which the conductors 7 start are shifted and the ratio of inductance to capacitance 3 is changed until In this test it is found that every alarm clock in the load circuit 6 is triggered. So one checks whether the signal is audible and determines the choice of the conductor 7, 7a depending on the clear or less clear audibility of the signal.
If, for whatever reason, the current in the load circuit 6 becomes too small or disappears completely, the circuit with the lower number of oscillations will not re-establish itself unless, as mentioned, there is a cause by a current surge is supplied for the oscillation circuit of the lower frequency. The starter excitation for such an oscillating circuit can be done in different ways.
You can, for example, close the switch 9 and open it again; However, tests have shown that such a method is not reliable. The starting of the oscillation circuit occurs perhaps only with every fifth circuit of the switch 9. It should be noted here on the American patent no. 1633481 of June 21, 1927, in which another starting method for an oscillation circuit is shown; But even this procedure is effective in the best case only in 50 to 75% of the switch bases.
If, however, the old person used to start the oscillating circuit contains a direct current source 5, the vibration impulse occurs regularly every time the switch 4 is opened in this direct current circuit. This impetus using a direct current source is suitable even in the most unfavorable conditions, that is, when starting the oscillation circuit is very difficult under other conditions.
A simple battery, a collector, a DC generator or a power line can be used as the direct current source. The direct current source can also contain a one-sided or asymmetrical device, such as a rectifier, which bridges the self-induction or a part of it. Such an arrangement is shown, for example, in FIG. 3 with the rectifier 15, which bridges part of the self-induction. This circuit therefore also includes part of the winding 2 with the rectifier.
If switch 4 is closed in such a starting circuit, direct current flows through the circuit. A magnetic flux arises in the core of the self-induction 2, and when the circuit is opened by opening the switch 4, this flux suddenly disappears. The self-induction generates a current which now flows in the oscillation circuit, and this current would also arise independently of the alternating current source 1.
As a result of the tuning of the oscillating circuit, the number of vibrations generated therein is the fundamental number, with these vibrations being accompanied by harmonic vibrations. The alternating current source now maintains these harmonic oscillations, because it has the same number of oscillations as these harmonic oscillations, and as a result, the energy to maintain the undamped oscillations of the fundamental number is now fed to the oscillation circuit.
In the direct current circuit, the energy supplied by the direct current source only needs to be so great in order to bring about such saturation in the self-induction that when this saturation suddenly disappears, i.e. when switch 4 is opened, the energy released in the oscillating circuit is just large enough to initiate such vibrations of the fundamental number.
Fig. 3 now shows as the first Ausfüh approximately form of the invention, an automatic starting device which has a relay 12 in connection with the rectifier 15 Ver. At the end. of the switch 9, the alternating current flows from the source 1 through the self-induction coil 2 into the lower winding of the relay 12 to the converter 8 and back. Through the right half of the self-induction coil 2, both the above-mentioned alternating current flows through the Rectifier 15 rectified current.
In the upper winding of the relay 12, therefore, both a direct current and an alternating current flow, namely the components of the pulsating direct current that is generated by the rectifier. These currents go to the normally closed contact of the armature or switch 4 in the choke coil 10 and through the rectifier 15.
As a result of the winding length of the two halves of the relay in opposite directions, currents flow in these two effects. their magnetic - \ Vf irkimgen on the core of the relay 12 cancel each other out, so that there is no flow in the core of this relay 12. Is the relay out of sequence. so the scarf ter 4 is closed. If, however, the pulsating caused by the rectifier 15 of the.
Direct current the relay 12, which works sluggishly, is sufficiently energized, it opens the contact 4 suddenly and there interrupts the current through the rectifier. The @lagne- tization of the core resulting from this direct current? will be interrupted;
this creates a current of self-induction in the coil 2, independent of the alternating current of the Ärecbselstromquelle 1, and the free oscillations in the oscillation circuit start with the fundamental frequency and the harmonic overshoots.
The frequency of the alternating current of the source 1 corresponds to the frequency of the harmonic oscillations in the oscillation circuit, so that again by maintaining the harmoniselien ',' -, cli @ c-iiigimgen also the @riindsehtvi:) guneil the low frequency maintained white - ((len. The relay 1? remains in the energized state infol;
-e of the currents flowing in the Schwin-, unasstroml @reis. The contact 4 therefore remains open during normal operation and the rectifier 15 therefore does not carry any current during operation. If, for whatever reason, the vibrations of the energizing current circuit stop, the contact 4 is closed again as a result of the de-energization of the relay 12, and direct current flows through the impulse circuit again as a result of the rectifier 15 being switched on.
The invention has the advantage that the volatile oscillations of the oscillating circuit, which are to be used and grounded, automatically start again if they should be interrupted, since the core of the self-induction coil 2 is caused by the direct current passed by the rectifier 15 always sufficiently saturated -ircl,
in order to bring the vibrations of the fundamental number to life when switch 4 is opened and this current is interrupted.
If, for any reason, a disturbance should occur in the Seliwendung.sstromkreis or in the loading circuit of the lines 6, i, which would prevent the excitation of the oscillation circuit, the relay 12 would repeatedly be excited and a.be excited and the switch 4 repeated open or close. Such frequently repeated excitation would wear out the contact 4 and perhaps also overheating of the rectifier 15, the inductance 2. of the relay or other parts of the circuit.
In order to avoid this, any protective device can be connected to one of the circuits. This includes, for example, a fuse or heating coil 16. In FIG. 3, the heating wire 16 allows the passage of a current in this starting circuit below a certain value. to suddenly energize the relay and allow the oscillations on.
If it is repeated frequently, this heating wire 16 will, as a result of its warming, open the starting circuit with its rectifier and an auxiliary circuit is excited. which is indicated at I l and contains, for example, a signal or a fault indicator. This circuit is not drawn any further.
The choke coil 10 and the capacitor 11 represent protective means which prevent the Ent of high-frequency vibrations when the switch 4 is opened, which could interfere with radio receivers in the vicinity.
Fig. 4 shows a rapid direction in which the relay 12 only with; AC works. It is a slow working relay and so allows your direct current. the one in inductance \ _? flows.
to drive up the value of the saturation train of the core quite far, in order to be sure, when this starting circuit is interrupted, that the oscillations of the fundamental number of oscillations start in the basic circuit. This interruption depends on the opening of the contact 4 on the relay 12.
Here, too, the protective devices, the capacitor 11 and the choke coil 10, are provided in the starting circuit in order to suppress the above-mentioned high-frequency currents.
In Fig. 3 is, as he mentioned above, in the starting circuit, a rectifier 15 and the capacitor 3, similar to Fig. 2, verbun with the load circuit 6 with the switching of an inductance, which in Fig. 3 as the primary winding of a transformer is shown. The same connection is selected for the oscillation circuit according to FIG.
By suitable choice of the values of the capacitor and the inductance, the waveform in the oscillating circuit is, as described below, evened out and you can therefore achieve better performance from a certain inductance and capacitance. The converter 8 can simultaneously be used as a converter for the load circuit 6, 7.
In Fig. 3 and 4, the capacitor 3 is connected to the winding of the converter 8 so that it is operated with a higher voltage than the voltage that would be available if it were simply placed in a bridge to the AC source 1, As in Fig. 1 and 2. As a result of this increase in the voltage across the capacitor, its efficiency is increased and in the loading circuit 6 is therefore a relatively large amount of energy available.
In other words: If you want to have a certain performance in the loading circuit 6, the capacitor 3 and the inductance 2 can be selected smaller in this arrangement than if the capacitor 3 is not connected to the converter 8 due to its connection a higher tension would be placed.
In practice, the transformer's fond is saturated to a value near the knee of the saturation curve. Since the maximum voltage values on the capacitor 3, as they arise from sudden voltage fluctuations and temporarily flowing currents, are limited.
This arrangement allows the capacitor in question to be used with a higher efficiency. As mentioned above, therefore, with a capacitor of a certain capacity and a self-induction certain inductance in the oscillation circuit, a much greater power can be drawn from this oscillation circuit as long as the oscillations continue.
The converter 8 also serves to stabilize the oscillating circuit and thereby makes this circuit less dependent on Iden Belaslungsbedingungen. If the constants are chosen in a device for reducing the number of oscillations, as shown for example in FIG. 1, so that the oscillating circuit continues to oscillate satisfactorily when idling,
so one can hardly derive any energy from this oscillating circuit to overcome a load. If, on the other hand, the constants are chosen so that the oscillating circuit oscillates satisfactorily on a certain load, the oscillations become uneven and stop when the load is reduced.
This unevenness goes so far that the number of oscillations of the oscillation circuit deviates from the originally intended fundamental number of oscillations. If, for example, this fundamental number of vibrations is to mean 20 periods per second, this number of vibrations jumps to 30 per second when the load is removed.
Switching the converter 8 into the oscillation circuit has the great advantage that it continues within. Load limits the vibrations are maintained evenly and uninterrupted.
A further equalization or stabilization of the oscillating circuit can also be achieved by switching on a resistor in series with the inductance 2 and the capacitor 3. The resistor dampens the current when there is no external load, so that the value of the inductance does not go down so far that resonance phenomena with the capacitor 3 are noticeable at a higher number of oscillations. The disadvantage of the resistance, however, is that; it depresses the power that can be removed as long as the vibrations continue.
An arrangement can now be made to change the series resistance with the load, for example by switching on a lamp in the oscillating circuit. But even then, the change in resistance is not as rapid as the change in load. This arrangement may also prevent the output from being increased, but it is not sufficient. to completely stabilize the oscillating circuit.
In order to better appreciate the effect of the transformer, the known device according to FIG. 2 should be used again for comparison. In FIG. 2, an inductance 8 is placed in a bridge to the alternating current source 1. However, the capacitor 3 is not connected to this inductance in such a way that the voltage at its end is thus increased; there is also no increase in the capacitive effect of this capacitor.
If the constants in this circuit of FIG. 2 are selected so that the oscillating circuit continues to work evenly when the load in the outer circuit is full, and if the coil 8 is set so that its iron core is just about saturated, it becomes when switching off the load in the external circuit and the associated increase in current, the voltage on the various parts of the circuit also increases.
The voltage across the capacitor 3 and the coil 8 now leads to a Verringe tion of the impedance of the coil 8, and as a result of this reduction in impedance, the increase in voltage and current is made beyond a certain permissible value impossible, even if the load in outer circuit is reduced.
The purpose of the coil 8 with this arrangement is to prevent any excessive increase in the current in the oscillating circuit. brought about by switching off the load, eliminating it, and thus already a comparison of the operation is guaranteed.
Tests have shown that two load limits are already sufficient to achieve a sufficient comparison of the oscillation circuit. This is due to the fact that the iron of the coil 8 is up to a value close to the knee of the circuit. activity curve is magnetized and allows very precise monitoring.
The conductance of the coil 8 can be chosen so that even resonance devices finite the capacitor 3 either at the fundamental frequency or a larger or smaller multiple of the fundamental frequency of the inductance 2 and the capacitor 3 are perceived. So you can adjust the oscillation circuit that contains the induction coil 8 or the converter 8 and the capacitor 3. that the frequency of this current flow is the fundamental number.
The harmonic oscillations generated in the process may now include a frequency that is equal to the fundamental number of the oscillating circuit, which contains only the inductance 2 and the capacitor 3. In this arrangement, you can take from the conductors 6 current of a frequency that is equal to the fundamental number of the first-mentioned oscillation circuit, to summarize the capacitor 3 and the coil B. and you can also take a current.
its frequency is the same as the fundamental frequency of the second oscillating current circuit, which contains the inductance 2 and the capacitor 3. This arrangement also has the effect that the wave height of the oscillations in the oscillation circuit becomes more independent of the load circuit.
If the load is connected to a winding of the coil or the converter 8, nian can also regard this converter as a device for separating the two circuits from each other, so that the oscillating circuit becomes more independent of the load changes in the external circuit.
The inductance or the primary winding of the converter can be understood as a shunt and it is known that by choosing suitable inductances and capacities in a shunt to an oscillating circuit, the oscillations of this oscillating circuit can be smoothed out, i.e. steep waves or irregular wave shapes can be avoided will.
The influence of this shunt, which balances the oscillation circuit, can be exploited as follows: In systems in which this device is to generate a ringing current of 20 periods per second, this frequency can be used to emit audible signals if an additional small but variable Laying inductance 18 in series with the capacitor.
This arrangement is a very simple and effective means of monitoring the high-frequency current in the external circuit and also serves to change the waveform of the current to be delivered.
In the illustrated Ausführungsbeispie len the switch 9 in the circuit of the AC power source 1 is monitored by a relay that is either energized by an ordinary union switch or that receives its excitation in example when the call switch is placed in the office to call position, like this is known.
At. Many attempts have been made to develop the present invention with an ordinary AC power system having an ordinary voltage of 120 volts and 60 cycles. The size of the various parts of the circuit, as used for example in FIG. 3, naturally depends on the power, the voltage and the current that is to be delivered by this converter;
However, it also depends on the voltage of the alternating current source. In one embodiment, for example, a coil was used as inductance 2, which was wound on a cross section of 29 cm '; the capacitor 3 had a capacity of 20 microfarads. With these dimensions respectively. The system works very satisfactorily with values.
If you used an inductance 2 with a core of 14.5 cm @. Cross-section and a capacitor of 20 microfarads in the circuit according to FIG. 1, a maximum output of 25 watts with a current of 20 periods resulted. However, the voltage regulation was not very good. It should be noted that the voltage in the load circuit often fluctuates 40% between a no-load state and a full load of around 25 watts.
In the device of Fig. 3, the same inductance and the same capacitor Kon was used. In the load circuit, at a frequency of 20 periods, an output of 1 g PS could be obtained. In this device, however, the voltage regulation is much better, and the total voltage fluctuation between the conductors 6 is at most 7% between the no-load condition and the normal load of 1/8 PS.