Anordnung zur Frequenzverdoppelung mittels gleichstromvormagnetisierter Drosseln. Es ist bekannt, dass in der Gleichstrom wicklung vormagnetisierter Drosseln in Rei- henschaftung (Fig. 1) eine Oberwellenspan- nung vorwiegend doppelter Frequenz erzeugt wird. Diese Einrichtung besteht aus zwei Ringkernen K1 und K2, deren Wicklungen P1 und P2 an eine Wechselspannung von bei spielsweise 50 Hz gelegt werden. Die Wick lungen G1 und G2 werden vom Gleichstrom aus der Batterie F gleichsinnig durchflossen.
An den gleichsinnig in Reihe geschalteten Wicklungen A1 und A2 entsteht dann eine Wechselspannung von 100 Hz, deren Effek tivwert beim Übersetzungsverhältnis P1/A1 - 1 und P2/A2 = 1 annähernd gleich dem der angelegten pri mären Wechselspannung ist.. Die Ringkerne K1 und K2 bestehen aus ferromagnetischem Material, dessen Magnetisierungs-Kennlinie schon bei kleiner Feldstärke ihr Maximum erreicht und bei weiterer Erhöhung der Feld stärke nicht mehr ansteigt. Die Ringkerne sind durch den Gleichstrom aus .der Batterie B so vormagnetisiert, da.ss der maximale Fluss schon erreicht ist.
Wenn jetzt an die Wick lungen P1 und P2 die Wechselspannung U angelegt wird, muss sich in den Ringkernen dem Gleichfluss ein Wechselfluss überlagern.
An Hand von Fig. 2 und 3 sei erläutert., welche Verhältnisse sich dabei in den Ring- kernen K1 und K2 ergeben. In der ersten Halbperiode sei die Wechselstrommagnetisie- rung im Ringkern K1 der Gleichstrom- ma.gnetisierung gleichgerichtet, im Ringkern K2 entgegengerichtet. Da im Ringkern K1 infolge der bereits durch den Gleichstrom erreichten Sättigung eine Flusserhöhung nicht mehr stattfinden. kann, ist der Wechselfluss f1 im Ringkern K1 Null.
Damit muss auch die Teilspannung UIN an der Wicklung P1 des Ringes K1 Null sein; die volle Spannung liegt .an der Wicklung P2 des Ringes K2.
In der zweiten Halbwelle ist die Wechselstrom magnetisierung im Ringkern K2 der Gleich strommagnetisierung gleichgerichtet, im Ring kern K1 entgegengerichtet. Jetzt ist der W eehselfluss $2 und damit die Teilspannung UIIN an der Wicklung P2 des Ringkernes K2 Null; die volle Spannung liegt an der Wicklung P1 des Ringkernes K1. Die Teil spannungen UI @@ und UIIN, die auch in den Wicklungen A1 und A2 auftreten, werden durch die Reihenschaltung dieser Wicklungen addiert (Fig. 4).
Man erhält dann als Ge samtspannung die Spannung L,2 mit der Frequenz 100 Hz.
Um diese Wechselspannung U2 von den Gleichstromwicklungen<B>61,</B> G2 oder von den zusätzlichen Arbeitswicklungen A1, A2 ab greifen und nutzbar machen zu können, ist es notwendig, ihren Kurzschluss im Gleichstrom- kreis zu verhindern. Dieses kann durch eine zusätzliche Induktivität im Gleichstromkreis oder durch einen an deren Stelle tretenden Sperrkreis erreicht werden. Diese Sperrein richtung erfordert, da sie vom Gleichstrom vormagnetisiert wird, einen verhältnismässig grossen Materialaufwand.
Ferner hat die be kannte Anordnung den Nachteil, dass sie das speisende Netz nur einphasig belastet, wäh rend in den meisten Fällen eine dreiphasige Belastung des speisenden Netzes vorteilhafter wäre.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Frequenzverdoppelung mittels gleich stromvormagnetisierter Drosseln und ist da durch gekennzeichnet, dass die Speisung aus einem Drehstromnetz erfolgt und die Schal tung der primären Erregerwicklungen sowie die relative Phasenlage der ihnen zugeführten Spannungen derart gewählt ist, dass die Summenspannung der sekundären doppelten Frequenz in den Gleichstromwicklungen gleich Null wird. Dadurch kann eine zusätz liche Sperreinrichtung entfallen.
Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungs beispiele der Erfindung zur Erzeugung einer einphasigen Wechselspannung von doppelter Netzfrequenz. In Fig. 7 und 8 sind die Pri märwicklungen für diese beiden Ausführungs beispiele nochmals gesondert herausgezeichnet.
Fig. 10 und 11 sind Erläuterungsdia gramme. Fig. 9 zeigt eine Abänderung der Ausführungsbeispiele nach Fig. 5 und 6.
Fig. 12 und 13 zeigen zwei Ausführungs beispiele der Erfindung zur Erzeugung eines Drehstromes von doppelter Netzfrequenz.
In Fig. 5 sind mit<I>R, S, T</I> die drei Phasen eines Drehstromnetzes bezeichnet. Es sind zwei Sätze I und II vormagnetisierter Dros seln vorgesehen, von denen jede in entspre chender Weise ausgebildet ist, wie der in Fig. 1 dargestellte Drosselsatz, und für die einzelnen Teile sind die gleichen Bezugs zeichen wie dort gewählt, wobei lediglich die Teile des Drosselsatzes II mit einem Index strich versehen sind. Die Gleichstromwicklun gen G aller Ringkerne sind gleichsinnig hin tereinander in Reihe geschaltet und an die Batterie % gelegt.
Die Arbeitswicklungen A sind ebenfalls sämtliche hintereinander ge schaltet, wobei jedoch die Wicklungen .11 und A2 des Satzes I in entgegengesetzter Richtung gewickelt sind wie die zugehörigen Gleichstromwicklungen G1 lind G2.
Die aus den Teilen P1, P2 und P1', P2' bestehenden Primärwicklungen sind in Seott-Sehaltung an das Drehstromnetz angeschlossen, das sie bei gleicher Seheinleistungsaufnahme symme trisch belasten. Während die Primärwicklung P1, P2 des Satzes I an den Phasen R und S liegt, ist die Primäwieklung P1', P2' des Satzes II mit der
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.fachen Wicklungszahl an die Phase T und an die Mitte eines induk tiven Spannungsteilers P angeschlossen, der zwischen den Phasen R und S liegt.
Die an den Klemmen der Primärwicklung P1, P2 auftretende Wechselspannung ist hierbei gegenüber der an den Klemmen der Primär wicklung P1', P2' auftretenden Wechselspan nung um 90 phasenv ersehoben.
Durch die Verwendung des Spannungs- teilers P und die Gegeneinandersehaltung der primären Wicklungsteile P1 Lind P2 wird. wie aus Fig. 7 erkennbar ist, der Drossel strom JII, der sich im Ansehlusspunkt des Spannungsteilers P in zwei gleiche Teil ströme verzweigt, innerhalb jeder Teildrossel des Satzes I kompensiert.
Nach dein Ausführungsbeispiel in Fig. 6, bei dem die Schaltung bis auf die Anordnung der Primärwicklungen die gleiche wie nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 5 ist, wird der Drosselsatz I unmittelbar als Spannungs teiler benutzt, indem man dafür sorgt, dass der Drosselstrom J Il, der sieh im Anschluss- punkt A nach R und S in zwei gleiche Teil ströme verzweigt. (siehe Fig. 8), innerhalb jeder Teildrossel des Satzes I kompensiert wird.
Das erreicht man beispielsweise durch die in Fig. 6 und 8 dargestellte Aufteilung der primären Wechselstromwieklung des Satzes I in vier gleiche Teile P1, P2 und Hl,<I>112,</I> die so geschaltet werden, dass jeder Teilstrom JII über jede Drossel des Satzes I fliessen muss, wie dies in Fig. 6 und R gezeigt ist. In Fig. 8 sind dabei zur Kennzeichnung des Wicklungs sinnes die einzelnen Wicklungen mit Buch staben<I>r</I> (rechts) und d (links) versehen.
In Abänderung der Schaltung können so wohl in Fig. 5 wie auch in Fig. 6 die Teile Al, A2 der Arbeitswicklung des Satzes I mit den Teilen Al', < 12' des Satzes II statt in Reihe auch parallel geschaltet sein, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist.
In Fig. 10 ist mit U11 die Spannungs kurve der an der Primärwicklung P1, P2 des Satzes I liegenden Wechselspannung und mit UlII die demgegenüber um 90 phasenver schobene Wechselspannung an den Primär wicklungen P1', P2' des Satzes II bezeichnet. Mit U21 ist die zweite Harmonische der Wech selspannung Ull und mit U211 ist die zweite Harmonische der Wechselspannung LT1II be zeichnet.
Wie diese zweiten Harmonischen mit doppelt so grosser Frequenz als die zuge hörige Primärwechselspannung zustande kom men, dürfte auf Grund der an Hand von Fig. 1 bis 4 gegebenen Erläuterungen ohne weiteres klar sein. Die zweite Harmonische U211 im Drosselsatz II ist gegen die zweite Harmonische U21 im Drosselsatz I um 2X90 =180 elektrisch phasenverschoben. Sie tritt daher in der Gleichstromwicklung nicht auf, und daher ist. eine zusätzliche Indukti- vität X oder ein Sperrkreis im Gleichstrom kreis, wie bei der bekannten Ausführung nach Fig. 1, nicht mehr nötig.
Da die sekundäre Arbeitswicklung A1, 12 im Satz I gegen läufig und die Arbeitswicklung A1', A2' im Satz II gleichläufig zu den zugehörigen Gleichstromwicklungen gewickelt ist, so ad dieren sich in der Arbeitswicklung die Teil spannungen der zweiten Harmonischen im vollen Betrag, wie in Fig. 11 dargestellt ist,
in der mit U1I und UHI wieder die um 90 phasenverschobenen Wechselspannungen an den Primärwieklungen der Sätze I und TI bezeichnet sind und in der die sich aus den sich addierenden Teilspannungen Z'21 und plus U2II ergebende Spannungskurve mit doppelter Netzfrequenz gezeichnet ist. Bei einer Belastung der sekundären Arbeitswick lung erfolgt die Rückwirkung auf die Pri- märseite eines jeden Satzes gleichmässig wie beim getrennten einphasigen Anschluss. Die Effektivwerte aller Phasenströme auf der Drehstromseite sind dadurch gleich gross.
Der beschriebene Frequenztransformator, der neben einer Frequenzwandlung auch noch eine Dreiphasen-Einphasen-Transforzna- tion vornimmt, kann sehr vorteilhaft als Schweiss- und Ofentransformator Verwen dung finden. Ebenso wie ein Schweisstrans formator hat er eine hohe innere Reaktanz und kann daher unmittelbar zur Wechsel- stromlichtbogenschweissung dienen. Die Kurz- sehlussstromstä.rke ist der Gleichstromvor- magnetisierung proportional und damit ein fach regelbar.
Auch als Spannungserzeuger für Widerstandschweissanlagen und Schmelz öfen sind derartige Frequenztransformatoren nach der Erfindung vorteilhaft zu verwen den, zumal durch zusätzliche kapazitive Bela stung auf der Sekundärseite (Kondensator C in Fig. 5) die Typenleistung stark herab gesetzt und der Leistungsfaktor erheblich verbessert werden kann. Über die Gleichstrom vormagnetisierung ist eine stufenlose Selbst regelung derartiger Anordnungen mit ein fachen Mitteln möglich.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Anordnung auch zur Erzeugung eines Drehstromes von doppelter Netzfrequenz benutzt werden. Verwendet man drei Sätze vormagnetisierter Drosseln in Stern- oder Dreieckschaltung und schaltet die sekundären Arbeitswicklungen im Dreieck, die Gleichstromwicklungen dagegen nach Art einer offenen Dreieckwicklung, so ist die Summenspannung der zweiten Harmonischen wiederum in der Gleiehstromwicklung gleich Null.
Die Schaltungen von zwei Ausführungs beispielen dieser Art sind in Fig. 12 und 13 dargestellt, wobei die Drosselsätze mit I, II und III bezeichnet sind und die zugehö rigen Primärwicklungen, Gleichstromwicklun gen und Arbeitswicklungen sowie die zuge hörigen Kerne mit denselben Bezugszeichen versehen sind wie in den vorhergehenden Fi- uren. Ferner ist. jede Wieklung zurr Kenn- zeichnung ihres Wicklungssinnes mit einem der Buchstaben<I>r</I> (rechts) bzw.<I>l</I> (links) be zeichnet.
Sowohl in Fig.12 als auch in Fig.13 sind die sekundären Arbeitswicklungen Al, Al', A2, A2' und A.3, A3', deren Klemmen mit _T, V und W bezeichnet sind, in Dreieck schaltung und die Gleichstromwicklungen G1, G2 usw. nach Art einer offenen Dreieckwick- lung geschaltet.
Dagegen unterscheidet sich die Schaltung der Primärwicklungen inso fern, als in Fig. 12 die Primärwicklungen P1, P2 usw. in Dreieckschaltung mit ihren Klem men R, S und T an das Drehstromnetz gelegt sind, während sie in Fig. 13 in Sternschaltung gelegt sind, 'wobei die Wicklungen mit ihren einen Endklemmen R, S und T an die gleich benannten Phasenleitungen des Drehstrom netzes angeschlossen sind, während die an dern Endklemmen <I>X, Y</I> und Z im Stern punkt 0 zusammengefasst sind.
Die Phasenwinkel der Primärspannungen sind 0, 120, 240 ; diejenigen der entsprechen den zweiten Spannungsoberwellen sind dop pelt so gross, also 0, 240, 480 oder 0, 240, 120 o. ä. Es bildet sich also auch für die zweite Harmonische ein symmetrisches Dreh stromsystem aus. Eine derartige Anordnung kann, beispielsweise in Verbindung mit Kon densatoren, als statischer Frequenzverdoppler für schnellaufende Drehstrommotoren dienen, wie sie beispielsweise für Holzbearbeitungs- maschinen gebraucht werden.