DE1157308B

DE1157308B - Frequency converter for generating subharmonic frequencies with a non-linear element in the subharmonic generator circuit

Info

Publication number: DE1157308B
Application number: DEN13401A
Authority: DE
Inventors: Simon Duinker
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1952-03-13
Filing date: 1957-03-09
Publication date: 1963-11-14

Description

Frequenzwandler zur Erzeugung von subharmonischen Frequenzen mit einem nichtlinearen Element im Subharmonischen-Generatorkreis Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzwandler zur Erzeugung von subharmonischen Frequenzen mit einem nichtlinearen Element im Subharmonischen-Generatorkreis.Frequency converter for generating subharmonic frequencies with a non-linear element in the subharmonic generator circuit The invention relates to a frequency converter for generating subharmonic frequencies with a non-linear element in the subharmonic generator circuit.

Es ist bekannt, daß beim Anschluß eines Wechselstromgenerators an einen Kreis, der wenigstens ein nichtlineares Element enthält, der durch dieses Element fließende Strom verzerrt wird und unter bestimmten Verhältnissen Harmonische oder Subharmonische des Speisestromes erzeugt werden. Auf dieser Basis arbeitende Frequenzwandler sind bekannt.It is known that when connecting an alternator to a circle that contains at least one nonlinear element passing through it Element flowing current is distorted and under certain conditions harmonics or subharmonics of the supply current are generated. Working on this basis Frequency converters are known.

Hierbei wird in den meisten Fällen eine Induktivität mit einem Kern aus ferromagnetischem Material als nichtlineares Element verwendet. Es ist verhältnismäßig leicht, auf diese Weise Harmonische oder auch geradzahlige Subharmonische zu erzeugen, z. B. mit Hilfe zweier Eingangswicklungen, die mit dem Generator verbunden sind und von denen in verschiedenen Teilen des ferromagnetischen Kernes magnetische Felder von entgegengesetzten Richtungen erzeugt werden, wobei eine Ausgangswicklung derart angeordnet ist, daß darin eine mit dem Unterschied zwischen diesen Feldern im Zusammenhang stehende Spannung erzeugt wird. Zu dem gleichen Zweck wurden auch andere Unsymmetrien benutzt, z. B. eine Gleichstromvormagnetisierung des ferromagnetischen Kernes.Here, in most cases, an inductor with a core is used made of ferromagnetic material used as a non-linear element. It's proportionate easy to generate harmonics or even subharmonics in this way, z. B. with the help of two input windings that are connected to the generator and from which in different parts of the ferromagnetic core magnetic fields from opposite directions, with an output winding such is arranged to include one related to the difference between these fields standing voltage is generated. Other asymmetries were also used for the same purpose used, e.g. B. a direct current bias of the ferromagnetic core.

Ungerade Subharmonische werden meist durch Einschaltstromstöße erzeugt, was größere Schwierigkeiten bereitet, da das Auftreten oder Nichtauftreten der gewünschten Subharmonischen sowohl von der Phase des Einschaltens des Generators gegenüber dem Nulldurchgang des Generatorstromes oder der Generatorspannung als auch vom Wert dieses Stromes bzw. dieser Spannung abhängig ist. Diese Schwierigkeit hat man dadurch vermieden, daß in den Generatorkreis eine Art von selbsttätigem »Starter« eingeschaltet wird, der den Generator ein- und ausschaltet, bis die gewünschte subharmonische Spannung im Ausgangskreis erzeugt wird. Dies bedeutet aber, daß die gewünschte Subharmonische nicht mit Sicherheit im gewünschten Zeitpunkt erzeugt wird. Außerdem ist ein solcher selbsttätiger Starter mit seiner Steuervorrichtung verhältnismäßig kostspielig und verwikkelt, so daß diese Lösung möglichst vermieden wird. Bei den bekannten Frequenzwandlern der obenerwähnten Art wurde ferner festgestellt, daß die erzeugten Subharmonischen in den meisten Fällen verschwinden, sobald eine nennenswerte Belastung an den Ausgangskreis angeschlossen wird und eine Rückwirkung auf den Generatorkreis ausübt. Dieser Umstand macht es nahezu unmöglich, einer solchen Vorrichtung einen wesentlichen Energiebetrag einer bestimmten subharmonischen Frequenz unmittelbar zu entnehmen.Odd subharmonics are mostly generated by inrush currents, which causes greater difficulty as the occurrence or non-occurrence of the desired Subharmonics both from the phase of switching on the generator versus the Zero crossing of the generator current or the generator voltage as well as the value this current or this voltage is dependent. You have this difficulty because of it avoided that some kind of automatic "starter" was switched on in the generator circuit which turns the generator on and off until the desired subharmonic Voltage is generated in the output circuit. But this means that the desired subharmonic will not be generated with certainty at the desired point in time. Besides, there is one automatic starter with its control device and relatively expensive tangled, so that this solution is avoided as much as possible. With the known frequency converters of the type mentioned above, it has also been found that the subharmonics produced in most cases disappear as soon as a significant load is placed on the output circuit is connected and has a retroactive effect on the generator circuit. This condition makes it nearly impossible for such a device to consume a substantial amount of energy can be taken directly from a certain subharmonic frequency.

Zur Umwandlung kleiner Gleichströme in Wechselströme sind auch bereits Anordnungen bekannt, die eine in einem Luftspalt eines Kernes befindliche Hall platte, einen Eingangskreis zum Speisen dieser Platte mit dem umzuwandelnden Gleichstrom, einen Ausgangskreis und Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes enthalten.To convert small direct currents into alternating currents are also already Arrangements known that a Hall plate located in an air gap of a core, an input circuit for feeding this plate with the direct current to be converted, an output circuit and means for generating an alternating magnetic field.

Die Erfindung bezweckt, bei einem Frequenzwandler zur Erzeugung von subharmonischen Frequenzen die angeführten Nachteile zubeseitigen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Abnahme der erzeub ten Subharmonischen, ohne Rückwirkung auf den Generatorkreis bei Belastung, eine in einem Luftspalt des ferromagnetischen Kreises einer im Generatorkreis liegenden Induktivität angeordnete Platte dient, die aus einem Material mit nur in einer Richtung arbeitenden magnetoelektrischen übertragungseigenschaften besteht und an welcher mittels eines an gegenüberliegenden Plattenseiten liegenden Elektrodenpaares eine mit der Größe des magnetischen Feldes zusammenhängende Ausgangsspannung entnommen wird.The invention aims at a frequency converter for generating subharmonic frequencies eliminate the disadvantages mentioned, and is thereby characterized in that the decrease in the generated subharmonics, without retroactive effect on the generator circuit under load, one in an air gap of the ferromagnetic Circuit of a plate arranged in the generator circuit, those made of a material with only one-way magnetoelectric there is transmission properties and at which by means of an on opposite Electrode pair lying on the side of the plate one with the size of the magnetic field related output voltage is taken.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig. 1 ein sehr einfaches Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung, Fig.2 einen Erregerkreis und den Ausgangskreis der feldempfindlichen Platte dieses Ausführungsbeispiels, Fig. 3 die in einer Brückenschaltung liegende feldempfindliche Platte eines zweiten Ausführungsbeispiels und Fig.4 ein polares Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 3 darstellt; Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, Fig. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel und Fig. 7 eine Kurve zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6.The invention is explained in more detail with reference to the drawing, in which Fig. 1 shows a very simple embodiment of the device according to the invention, Fig. 2 an excitation circuit and the output circuit of the field-sensitive plate of this embodiment, 3 shows the field-sensitive plate of a second, lying in a bridge circuit Exemplary embodiment and FIG. 4 is a polar diagram to explain the mode of operation of the embodiments of Figures 1 to 3; Fig. 5 shows a third Embodiment, FIG. 6 a fourth embodiment and FIG. 7 a curve to explain the mode of operation of the exemplary embodiment according to FIG. 6.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besitzt einen Kern 1, 1' aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus einem Material mit rechteckiger Hystereseschleife, z. B. aus Ferrit. Dieser Kern ist zweiteilig, so daß eine Platte 2 aus einem Material mit nur in einer Richtung wirkenden magnetoelektrischen übertragungseigenschaften leicht zwischen den beiden Teilen 1 und 1' angebracht werden kann. Der Teil 1 des ferromagnetischen Kernes hat die Form eines Halbringes, dessen eines Ende um eine Länge gleich der Stärke der Platte 2 abgeschliffen ist, und trägt eine Wicklung 3, die über eine Kapazität 4 mit einem Spannungsgenerator 5 verbunden ist. Die Platte 2 befindet sich also in einem Luftspalt des Kernes 1, 1', so daß der magnetische Fluß dieses Kernes durch die Platte hindurchgeht. Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, sind zwei Elektrodenpaare 12, 12' und 13, 13' auf den Seitenflächen der Platte 2 angebracht. Eine Gleichstromquelle 6 liegt zwischen den Elektroden 12 und 12', und die Elektroden 13 und 13' sind mit Ausgangsklemmen 14 versehen. Die Vorrichtung besitzt ferner einen Schalter 7 und ein Relais 8 mit zwei Arbeitskontakten 9 und 9'. Ein Kondensator 10 wird mittels des Arbeitskontaktes 9' parallel zur Relaiswicklung 8 geschaltet, die über den Schalter 7 und einen Gleichrichter 11 mit dem Generator 5 verbunden ist. Der Eingangskreis der Vorrichtung besitzt noch einen Widerstand 15, der wenigstens teilweise durch den verhältnismäßig niedrigen inneren Widerstand des Spannungsgenerators 5 gebildet ist.The embodiment according to FIG. 1 has a core 1, 1 ' made of ferromagnetic material, preferably made of a material with a rectangular hysteresis loop, e.g. B. made of ferrite. This core is in two parts, so that a plate 2 made of a material with only one-way magnetoelectric transmission properties can easily be attached between the two parts 1 and 1 '. The part 1 of the ferromagnetic core has the shape of a half-ring, one end of which is ground by a length equal to the thickness of the plate 2 , and carries a winding 3 which is connected to a voltage generator 5 via a capacitor 4. The plate 2 is therefore located in an air gap of the core 1, 1 ', so that the magnetic flux of this core passes through the plate. As can be seen from FIG. 2, two pairs of electrodes 12, 12 'and 13, 13' are attached to the side surfaces of the plate 2. A direct current source 6 is connected between the electrodes 12 and 12 ', and the electrodes 13 and 13' are provided with output terminals 14. The device also has a switch 7 and a relay 8 with two normally open contacts 9 and 9 '. A capacitor 10 is connected by means of the normally open contact 9 ′ in parallel to the relay winding 8, which is connected to the generator 5 via the switch 7 and a rectifier 11 . The input circuit of the device also has a resistor 15 which is at least partially formed by the relatively low internal resistance of the voltage generator 5.

Der Generator 5 liefert eine Wechselspannung einer bestimmten Frequenz p. Wenn der Schalter 7 und der Arbeitskontakt 9 geschlossen sind, fließt ein Wechselstrom über die Kapazität 4 durch die Wicklung 3 und durch den Widerstand 15. Der ferromagnetische Kern 1, 1' wird somit derart magnetisiert, daß sich die Permeabilität seines ferromagnetischen Materials mit dem Augenblickswert der an die Wicklung 3 gelegten Wechselspannung wesentlich ändert. Die Wicklung 3 mit dem Kern 1, 1' stellt somit ein nichtlineares Element im Belastungskreis des Generators 5 dar. Infolge des Vorhandenseins dieses nichtlinearen Elementes wird der Strom durch den erwähnten Belastungskreis wesentlich verzerrt, so daß bei geeigneter Wahl der Werte der Kapazität 4, des Widerstandes 15, der Spannung des Generators 5 und der nichtlinearen Induktivität der Wicklung 3 das Magnetfeld durch den Kern 1, 1' eine starke Komponente mit einer subharmonischen Frequenz p/n aufweist, wobei h eine ganze Zahl ist. Die Platte 2 ist dem Einfluß des Feldes durch den Magnetkern 1, 1' unterworfen. Sie besteht aus einem Material, f das nur in -einer Richtung wirkende magnetoelektrische Übertragungseigenschaften, wie einen Hall-Effekt, aufweist, z. B. aus einem Kristall aus Germanium oder Silicium oder aus einer Indium-Antimon-Legierung. Es ist bekannt, daß, wenn ein solches Material in ein Magnetfeld gebracht wird und ein Strom durch das Material praktisch senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes fließt, eine praktisch senkrecht zu den Richtungen des Magnetfeldes und des Erregungsstromes stehende Spannung auftritt. Diese Spannung ist dem Magnetfeld und dem Erregungsstrom proportional und ist ferner der Stärke der Platte umgekehrt proportional und einer sogenannten Hall-Effekt-Konstanten proportional. Von Wichtigkeit sind ferner die Richtungen des Magnetfeldes und des Erregungsstromes gegenüber den Achsen des Kristalles. Es entsteht somit an den Ausgangsklemmen 14 eine Spannung, die dem Magnetfeld durch den Kern 1, 1' proportional ist.The generator 5 supplies an alternating voltage of a certain frequency p. When the switch 7 and the normally open contact 9 are closed, an alternating current flows via the capacitance 4 through the winding 3 and through the resistor 15. The ferromagnetic core 1, 1 ' is thus magnetized in such a way that the permeability of its ferromagnetic material changes with the instantaneous value the alternating voltage applied to the winding 3 changes significantly. The winding 3 with the core 1, 1 'thus represents a non-linear element in the load circuit of the generator 5. As a result of the presence of this non-linear element, the current through the load circuit mentioned is significantly distorted, so that with a suitable choice of the values of the capacitance 4, des Resistance 15, the voltage of the generator 5 and the non-linear inductance of the winding 3, the magnetic field through the core 1, 1 'has a strong component with a subharmonic frequency p / n, where h is an integer. The plate 2 is subjected to the influence of the field through the magnetic core 1, 1 '. It consists of a material that has only one-directional magnetoelectric transmission properties, such as a Hall effect, e.g. B. from a crystal of germanium or silicon or from an indium-antimony alloy. It is known that when such a material is placed in a magnetic field and a current flows through the material practically perpendicular to the direction of the magnetic field, a voltage practically perpendicular to the directions of the magnetic field and the excitation current occurs. This voltage is proportional to the magnetic field and the excitation current and is also inversely proportional to the strength of the plate and proportional to a so-called Hall effect constant. The directions of the magnetic field and the excitation current with respect to the axes of the crystal are also of importance. A voltage thus arises at the output terminals 14 which is proportional to the magnetic field through the core 1, 1 '.

Fig. 3 zeigt einen Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem die Hall-Effekt-Platte 2 durch eine Platte 16 ersetzt ist, deren Widerstand von der Größe eines etwa auftretenden Magnetfeldes abhängig ist (Thomson-Effekt), z. B. eine Platte aus Wismut oder aus einer Indium-Antimon-Legierung. Dieser Effekt wird stärker bei abnehmender Temperatur, so daß die Wicklung 3 mit dem Kern 1, 1' und die Platte 16 vorzugsweise in einem Thermostaten untergebracht und auf einer niedrigen Temperatur, von z. B. 138° K, gehalten werden. In einem bestimmten Bereich, z. B. für Werte des Magnetfeldes größer als 10 000 Gauß, ist dann der Widerstand zwischen zwei auf gegenüberliegenden Seitenflächen der Platte angebrachten Elektroden 17 und 17' eine nahezu lineare Funktion der Feldstärke, so daß der Kern 1, 1' vorzugsweise aus einem Material mit hoher Permeabilität bestehen muß. Die Strecke zwischen den Elektroden 17 und 17' stellt somit einen veränderlichen Widerstand dar. Dieser Widerstand wird mit weiteren Widerständen 18, 19 und 20 in einer elektrischen Brückenschaltung angeordnet und über eine Diagonale derselben von einer Stromquelle 21 gespeist, während die Ausgangsklemmen 14 mit den beiden anderen Diagonalpunkten der Brücke verbunden sind. Wenn sich der Widerstand der Platte 16 ändert, wird das Gleichgewicht der Brücke 16 bis 20 gestört, so daß an den Klemmen 14 eine Spannung auftritt. Diese Spannung steht in direkter Beziehung zum Magnetfeld durch den Kern 1, 1' und durch die Platte 16. Die Wirkungsweise dieses zweiten Ausführungsbeispieles ist im übrigen nahezu identisch mit derjenigen des ersten Ausführungsbeispieles nach den Fig. 1 und 2.Fig. 3 shows part of a second embodiment in which the Hall effect plate 2 is replaced by a plate 16 , the resistance of which is dependent on the size of any magnetic field occurring (Thomson effect), for. B. a plate made of bismuth or an indium-antimony alloy. This effect becomes stronger with decreasing temperature, so that the winding 3 with the core 1, 1 'and the plate 16 are preferably housed in a thermostat and at a low temperature, e.g. B. 138 ° K are held. In a certain area, e.g. B. for values of the magnetic field greater than 10,000 Gauss, then the resistance between two electrodes 17 and 17 'attached to opposite side surfaces of the plate is an almost linear function of the field strength, so that the core 1, 1' is preferably made of a material with a high Permeability must exist. The distance between the electrodes 17 and 17 'thus represents a variable resistance. This resistance is arranged with further resistors 18, 19 and 20 in an electrical bridge circuit and fed via a diagonal of the same from a current source 21 , while the output terminals 14 with the two other diagonal points of the bridge are connected. If the resistance of the plate 16 changes, the balance of the bridge is disturbed 16 to 20, so that a voltage appears at the terminals of the fourteenth This voltage is directly related to the magnetic field through the core 1, 1 'and through the plate 16. The mode of operation of this second exemplary embodiment is otherwise almost identical to that of the first exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2.

Es wurde schon darauf hingewiesen, daß das Magnetfeld durch den Kern 1, 1' eine starke Komponente mit einer subharmonischen Frequenz p/n aufweisen kann. Um dies zu bewirken, ist es vorteilhaft, den Wert der Kapazität 4 derart zu wählen, daß die minimale Eigenfrequenz des aus der Kapazität 4 und der Induktivität 3 mit dem Kern 1, 1' bestehenden Reihenkreises wenigstens 11/2mal kleiner als die Generatorfrequenz p und vorzugsweise höchstens gleich der Frequenz der gewünschten Subharmonischen ist. Bei dieser minimalen Eigenfrequenz ist die Induktivität der Wicklung 3 diejenige, welche mit der maximalen Steigung der Hystereseschleife übereinstimmt. Das polare Diagramm nach Fig. 4 weist z. B. einen schraffierten Bereich auf, in dem die dritte Subharmonische mit Sicherheit erzeugt wird. Dieser Bereich ist durch zwei Werte der effektiven Spannung e an den Klemmen des Generators 5 begrenzt und wurde für bestimmte Werte der maximalen Induktivität der Wicklung 3, der Kapazität 4 und des Widerstandes 15 festgestellt. Man sieht, daß die Grenzwerte von e bei kleinen Werten des Phasenwinkels T' zwischen dem Einschalten des Generators und dem Nulldurchgang der Generatorspannung sich nähern, so daß der schraffierte Bereich für kleine Winkel allmählich schmäler wird und beim Phasenwinkel Null verschwindet. Das Auftreten oder Nichtauftreten der dritten Subharmonischen hängt somit vom Zeitpunkt ab, in dem der Generator eingeschaltet wird. Nach wie vor besteht also eine kleine Unsicherheit über das Auftreten dieser Subharmonischen.It has already been pointed out that the magnetic field passes through the nucleus 1, 1 'can have a strong component with a subharmonic frequency p / n. In order to achieve this, it is advantageous to choose the value of the capacitance 4 in such a way that that the minimum natural frequency of the capacitance 4 and the inductance 3 with the core 1, 1 'existing series circle at least 11/2 times smaller than the generator frequency p and preferably at most equal to the frequency of the desired subharmonics is. At this minimum natural frequency, the inductance of winding 3 is that which corresponds to the maximum slope of the hysteresis loop. The polar one The diagram of FIG. 4 shows, for. B. a hatched area in which the third Subharmonics are generated with certainty. This area is through two values the effective voltage e at the terminals of the generator 5 is limited and became for certain values of the maximum inductance of winding 3, capacitance 4 and of the resistor 15 was determined. It can be seen that the limit values of e for small Values of the phase angle T 'between switching on the generator and the zero crossing approach the generator voltage, so that the hatched area for small angles gradually becomes narrower and disappears at zero phase angle. The appearance or non-occurrence of the third subharmonic thus depends on the point in time in which the generator is switched on. So there is still a little uncertainty about the occurrence of these subharmonics.

Zur Beseitigung dieses Nachteils ist der Generator über den Arbeitskontakt 9 des Relais 8 mit der Kapazität 4 verbunden. Wird der Schalter 7 geschlossen, so wird das Relais 8 mit einer geringen Verzögerung erregt, so daß seine Arbeitskontakte jedenfalls nach dem Nulldurchgang der Generatorspannung geschlossen werden.. Der Arbeitskontakt 9' schaltet dann die Kapazität 10 parallel zur Wicklung des Relais 8, so daß die. Arbeitskontakte 9 und 9' geschlossen bleiben, da das Relais nach dem Schließen des Kontaktes 9' eine verhältnismäßig große Zeitkonstante aufweist. Da ein Gleichrichter 11 mit der Wicklung des Relais 8 und der Kapazität 10 in Reihe geschaltet ist, kann das Relais 8 eine Gleichstromausführung sein. Seine Verzögerung muß naturgemäß kleiner bleiben als eine halbe Periode der vom Generator 5 gelieferten Spannung, so daß die Frequenz p infolge der Trägheit des Relais auf einige zehn Perioden je Sekunde beschränkt wird. Man kann aber auch den aus dem Relaiskreis 8, 9, 9', dem Gleichrichter 11 und der Kapazität 10 bestehenden Starter durch eine ähnliche elektronische Schaltung ersetzen und dadurch das Auftreten einer ungeraden Subharmonischen im gewünschten Zeitpunkt, d. h. praktisch im Zeitpunkt, in dem der Schalter 7 geschlossen wird, auch bei höherer Frequenz p mit Sicherheit erreichen. Bei Abwesenheit einer nennenswerten Belastung oder Belastungsänderung bleibt die erzeugte Subharmonische stabil, und das Magnetfeld durch den Kern 1, 1' ändert sich nahezu sinusförmig mit der subharmonischen Frequenz p/n. Die Platte 2 oder 16 stellt aber keine Belastung des Generatorkreises dar, und den Ausgangsklemmen 14 kann eine diesem Feld proportionale Spannung entnommen werden. Die beschriebenen Vorrichtungen bieten außerdem den Vorteil, daß die Amplitude der subharmonischen Komponente der Ausgangsspannung n-mal größer ist als bei direkter Entnahme der den Flußänderungen proportionalen Spannung, z. B. mittels einer Ausgangswicklung.To eliminate this disadvantage, the generator is connected to the capacitor 4 via the normally open contact 9 of the relay 8. If the switch 7 is closed, the relay 8 is excited with a slight delay, so that its working contacts are closed in any case after the generator voltage has passed through zero. The working contact 9 'then switches the capacitor 10 in parallel with the winding of the relay 8, so that the . Working contacts 9 and 9 'remain closed, since the relay has a relatively large time constant after the closing of the contact 9'. Since a rectifier 11 is connected in series with the winding of the relay 8 and the capacitor 10, the relay 8 can be of a direct current type. Its delay must naturally remain less than half a period of the voltage supplied by the generator 5, so that the frequency p is limited to a few tens of periods per second due to the inertia of the relay. But you can also replace the starter consisting of the relay circuit 8, 9, 9 ', the rectifier 11 and the capacitor 10 by a similar electronic circuit and thereby the occurrence of an odd subharmonic at the desired point in time, ie practically at the point in time when the switch 7 is closed, even at a higher frequency p can be achieved with certainty. In the absence of a significant load or load change, the generated subharmonic remains stable and the magnetic field through the core 1, 1 'changes almost sinusoidally with the subharmonic frequency p / n. The plate 2 or 16 does not, however, represent a load on the generator circuit, and a voltage proportional to this field can be taken from the output terminals 14. The devices described also offer the advantage that the amplitude of the subharmonic component of the output voltage is n times greater than when the voltage proportional to the flux changes is taken directly, e.g. B. by means of an output winding.

Fig.5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, das sich besonders zum Erzeugen geradzahliger Subharmonischer eignet. Nach diesem Beispiel besitzt die Vorrichtung einen Stromgenerator 5' in Reihe mit einem verhältnismäßig hohenWiderstand 15', der wenigstens teilweise aus dem inneren Widerstand des Generators 5' besteht. Dieser Generator 5' liefert einen Strom i mit einer Frequenz p. Mit seinen Ausgangsklemmen ist ein aus einer Kapazität 4 und zwei Induktivitäten 3 und 3' bestehender Parallelkreis verbunden. Diese Wicklungen sind auf den beiden Außenschenkeln eines Dreischenkelkernes 1, 1' angebracht, der aus einem E-förmigen Hauptteil 1, dessen Mittelschenkel etwas kürzer als die beiden anderen ist, und einem stabförmigen Teil 1' besteht. Die Induktivitäten 3, 3' sind derart in Reihe geschaltet, daß der Strom durch diese Wicklungen die beiden Außenschenkel des Kernes in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert. Die Flüsse durch diese beiden Schenkel fließen daher in entgegengesetzten Richtungen durch den mittleren Schenkel des Kernes, so daß letzterer entsprechend dem Unterschied zwischen den beiden Flüssen magnetisiert wird. Der Fluß durch diesen Schenkel geht auch durch den dünnen Luftspalt zwischen seinem Ende und dem Teil 1', in dem eine Hall-Effekt-Platte 2 angebracht ist. Praktisch senkrecht zur Richtung des Flusses durch die Platte 2 wird ein elektrischer Strom an zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Platte angebrachten Elektroden 12 und 12' zugeführt. Der von einer Quelle 6 gelieferte Strom fließt somit durch die Platte 2, praktisch senkrecht zum Magnetfeld, so daß zwischen zwei auf den beiden anderen Seiten der Platte angebrachten Elektroden 13 und 13' (Fig. 2) und zwischen den mit ihnen verbundenen Ausgangsklemmen 14 eine Spannung entsteht. Diese Spannung ist dem Magnetfeld durch den Mittelschenkel des Kernes 1,1 'praktisch proportional und steht somit in direkter Beziehung zum verzerrten Magnetfeld im Kern 1, 1'. Unter bestimmten Verhältnissen und insbesondere für bestimmte Werte der maximalen Induktivitäten 3 und 3' und der Kapazität 4, als auch für bestimmte Werte des vom Generator 5' gelieferten Stromes i und des Widerstandes 15' weist dieses verzerrte Feld eine starke geradzahlige subharmonische Komponente der Frequenz p/2 n auf. Auch in diesem Falle ist die minimale Eigenfrequenz des die Kapazität 4 und die Induktivitäten 3 und 3' enthaltenden Kreises vorzugsweise höchstens gleich der Frequenz p/2 n der gewünschten Subharmonischen und jedenfalls wenigstens 11/2mal kleiner als die Generatorfrequenz p.FIG. 5 shows a third exemplary embodiment which is particularly suitable for generating even-numbered subharmonics. According to this example, the device has a current generator 5 'in series with a relatively high resistance 15' consisting at least partly of the internal resistance of the generator 5 '. This generator 5 'supplies a current i with a frequency p. A parallel circuit consisting of a capacitance 4 and two inductances 3 and 3 'is connected to its output terminals. These windings are attached to the two outer legs of a three-leg core 1, 1 ', which consists of an E-shaped main part 1, the middle leg of which is slightly shorter than the other two, and a rod-shaped part 1'. The inductances 3, 3 'are connected in series in such a way that the current through these windings magnetizes the two outer legs of the core in opposite directions. The fluxes through these two legs therefore flow in opposite directions through the middle leg of the core, so that the latter is magnetized according to the difference between the two fluxes. The flow through this leg also goes through the thin air gap between its end and the part 1 'in which a Hall effect plate 2 is mounted. Practically perpendicular to the direction of flow through the plate 2, an electric current is supplied to two electrodes 12 and 12 'placed on opposite sides of the plate. The current supplied by a source 6 thus flows through the plate 2, practically perpendicular to the magnetic field, so that between two electrodes 13 and 13 '(FIG. 2) attached to the other two sides of the plate and between the output terminals 14 connected to them one Tension arises. This voltage is practically proportional to the magnetic field through the middle limb of the core 1, 1 'and is therefore directly related to the distorted magnetic field in the core 1, 1'. Under certain conditions and in particular for certain values of the maximum inductances 3 and 3 'and the capacitance 4, as well as for certain values of the current i supplied by the generator 5' and the resistor 15 ', this distorted field has a strong even-numbered subharmonic component of the frequency p / 2 n on. In this case too, the minimum natural frequency of the circuit containing the capacitance 4 and the inductances 3 and 3 'is preferably at most equal to the frequency p / 2 n of the desired subharmonics and in any case at least 11/2 times less than the generator frequency p.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 besitzt ebenfalls einen Spannungsgenerator 5, der in Reihe mit einem Widerstand 15 liegt und eine Spannung e einer Frequenz p liefert. Mit den Ausgangsklemmen dieses Generators ist ein aus einer Kapazität 4 und zwei in Reihe liegenden Induktivitäten 3 und 3' bestehender Reihenkreis verbunden. Die Vorrichtung besitzt ferner einen Dreischenkelkern 1, 1', der aus einem E-förmigen Hauptteil aus Ferrit mit einem etwas kürzeren Mittelschenkel und einem stabförmigen Teil 1' aus einem ferromagnetischen Material hoher Permeabalität besteht, auf dem die Wicklungen der beiden Induktivitäten 3 und 3' angebracht sind. Im dünnen Luftspalt zwischen dem Mittelschenkel des E-förmigen Hauptteiles 1 und dem stabförmigen Teil 1' ist eine Hall-Effekt-Platte 2 angebracht. Die Induktivitäten 3 und 3' sind derart geschaltet, daß ein Strom durch diese Wicklungen im stabförmigen Teil 1' entgegengesetzte Flüsse erzeugt, so daß die Flüsse im Mittelschenkel summiert werden. Der Mittelschenkel trägt die Wicklung einer dritten Induktivität 23, die parallel mit einer Kapazität 24 an eine Gleichstromquelle 22 hinreichend hoher Impedanz angeschlossen ist.The embodiment according to FIG. 6 also has a voltage generator 5, which is in series with a resistor 15 and a voltage e of a frequency p yields. With the output terminals of this generator is one of a capacitance 4 and two series inductors 3 and 3 'connected to an existing series circuit. The device also has a three-legged core 1, 1 ', which consists of an E-shaped Main part made of ferrite with a slightly shorter center leg and a rod-shaped one Part 1 'consists of a ferromagnetic material of high permeability on which the windings of the two inductors 3 and 3 'are attached. In the thin air gap between the middle leg of the E-shaped main part 1 and the rod-shaped part 1 'a Hall effect plate 2 is attached. The inductances 3 and 3 'are such connected that a current through these windings in the rod-shaped part 1 'opposite Flows generated so that the flows in the middle leg are summed. The middle leg carries the winding of a third inductor 23, which is in parallel with a capacitance 24 is connected to a direct current source 22 with a sufficiently high impedance.

Infolge der besonderen Form der Magnetisierungskennlinien des Kernes 1, 1' im Bereich, in dem der Arbeitspunkt mittels der Spannung an den Klemmen des Generators 5 und des Vormagnetisierungsstromes durch die Induktivität 23 eingestellt wird, weist das Magnetfeld durch den Mittelschenkel dieses Kernes und durch die Hall-Effekt-Platte 2 eine besonders große Verzerrung auf, wobei es eine starke Komponente mit einer subharmonischen Frequenz pln sehr hoher Rangordnung enthalten kann. Das Auftreten dieser Subharmonischen wird durch eine geeignete Wahl der Kapazität 4, der maximalen Induktivitäten der Wicklungen 3 und 3' und des Widerstandes 15 begünstigt. Die erzeugte Subharmonische wird noch weiter verstärkt durch einen mit dem Magnetkreis des Kernes 1, 1' gekoppelten, aus der Induktivität 23 und der Kapazität 24 bestehenden Parallelresonanzkreis, dessen effektive Eigenfrequenz praktisch gleich p/n ist, d. h. gleich der Frequenz der gewünschten Subharmonischen.Due to the special shape of the magnetization characteristics of the core 1, 1 'in the area in which the operating point is reached by means of the voltage at the terminals of the Generator 5 and the bias current set by the inductance 23 is, points the magnetic field through the middle limb of this core and through the Hall effect plate 2 has a particularly large distortion, being a strong component with a subharmonic frequency pln can contain very high ranking. The appearance this subharmonics is determined by a suitable choice of capacitance 4, the maximum Inductances of the windings 3 and 3 'and the resistor 15 favored. The generated Subharmonic is further amplified by one with the magnetic circuit of the core 1, 1 'coupled parallel resonance circuit consisting of the inductance 23 and the capacitance 24, whose effective natural frequency is practically equal to p / n, i.e. H. equal to the frequency the desired subharmonics.

Es muß betont werden, daß in sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen eine an die Ausgangsklemmen 14 etwa angeschlossene Belastung auf den Eingangskreis der Vorrichtung keine Rückwirkung ausüben kann, so daß die Verzerrung des Magnetfeldes durch den Kern 1, 1' von einer -solchen Belastung unabhängig ist.It must be emphasized that in all of the exemplary embodiments described, a load connected to the output terminals 14, for example, cannot have any retroactive effect on the input circuit of the device, so that the distortion of the magnetic field by the core 1, 1 'is independent of such a load.

Der Spannungsgenerator 5 der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1, 2, 3 und 6 kann naturgemäß durch einen Stromgenerator 5', wie denjenigen nach Fig. 5, ersetzt werden und umgekehrt; - nur muß der Spannungsgenerator einen Reihenkreis speisen, während mit dem Stromgenerator ein Parallelkreis verbunden sein muß.The voltage generator 5 of the exemplary embodiments according to FIG. 1, 2, 3 and 6 can of course by a current generator 5 ', like the one according to Fig. 5, to be replaced and vice versa; - only the voltage generator must have a series circuit feed, while a parallel circuit must be connected to the power generator.

Fig. 7 zeigt den Effektivwert der Spannung e, an den Klemmen einer Kapazität, die wie die Kapazität 4 nach Fig. 6 geschaltet ist, als Funktion des Stromes durch eine Vormagnetisierungswicklung, wie die Induktivität 23, mit dem Effektivwert der Spannung e an den Klemmen eines Generators, wie der Generator 5, als Parameter. Diese Kurven haben einen instabilen Teil (rechts, gestrichelte Linien), während ihr aufsteigender Zweig einen eigentümlichen Höcker aufweist. Durch Versuche wurde festgestellt, daß diese Höcker dem spontanen Auftreten subharmonischer Feldkomponenten einer hohen, von der Wahl des. Arbeitspunktes abhängigen Ordnung entsprechen. Die Kurven nach Fig.7 wurden mit einer Generatorfrequenz von 20 kHz aufgenommen, wobei die Kapazität 4 einen Wert von 0,036 gF hatte und der Kern 1, 1' aus Mangan-Zink-Ferrit bestand. Bei geeigneter Wahl des Arbeitspunktes, z. B. e = 2 V und 4 Amperewindungen Vormagnetisierung, und der Betriebsverhältnisse konnte im Magnetfeld durch den Kern 1, 1' eine subharmonische Komponente einer Frequenz p/n mit einer Amplitude von wenigstens 8011/o der Amplitude des Wechselfeldes festgestellt werden, wobei n gerade oder ungerade und von der Größenordnung von 20 oder sogar größer sein konnte. Infolge dieses unerwarteten Verzerrungseffektes durch Vormagnetisierung kann man daher leicht Subharmonische sehr hoher Rangordnung erzeugen, wobei durch Anwendung einer Platte aus einem Material mit Hall-Effekt, Thomson-Effekt oder mit anderen nur in einer Richtung wirksamen magnetoelektrischen übertragungseigenschaften das erzielte magnetische Wechselfeld in eine Spannung mit einer subharmonischen Frequenz gleicher Rangordnung ohne Rückwirkung auf das Magnetfeld umgesetzt werden kann.Fig. 7 shows the effective value of the voltage e, at the terminals of a Capacitance, which is connected like the capacitance 4 according to FIG. 6, as a function of the Current through a bias winding, such as the inductance 23, with the RMS value of the voltage e at the terminals of a generator, such as generator 5, as a parameter. These curves have an unstable part (right, dashed lines), while its ascending branch has a peculiar hump. Through trials it was found that these bumps are due to the spontaneous occurrence of subharmonic field components correspond to a high order dependent on the choice of the working point. the Curves according to FIG. 7 were recorded with a generator frequency of 20 kHz, with the capacity 4 had a value of 0.036 gF and the core 1, 1 'made of manganese-zinc-ferrite duration. With a suitable choice of the working point, e.g. B. e = 2 V and 4 ampere turns Bias, and the operating conditions could in the magnetic field through the core 1, 1 'a subharmonic component of a frequency p / n with an amplitude of at least 8011 / o of the amplitude of the alternating field can be determined, where n is even or odd and on the order of 20 or even larger. As a result this unexpected distortion effect due to premagnetization can therefore easily be detected Generate subharmonics of very high rank, using a plate from a material with a Hall effect, Thomson effect or with others only in one Direction of effective magnetoelectric transmission properties the achieved magnetic Alternating field in a voltage with a subharmonic frequency of the same order of precedence can be implemented without affecting the magnetic field.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Frequency converter for the generation of subharmonic frequencies with a non-linear element in the subharmonic generator circuit, characterized in that an inductance located in the generator circuit is arranged in an air gap of the ferromagnetic circuit in order to decrease the generated subharmonics without affecting the generator circuit under load Plate (2, 16) is used, which consists of a material with only one-way magnetoelectric transmission properties and on which by means of a pair of electrodes (13, 13 '/ 17, 17') located on opposite plate sides, a magnetic field related to the size of the magnetic field Output voltage (14) is taken.

2. Frequency converter according to claim 1, characterized in that the core (1, 1 ') the inductance is saturated, so that the inductance is the non-linear element forms in the generator circuit of the frequency converter.

3. Frequency converter according to claim 2, characterized in that means for generating a polarizing magnetic Induction in the magnetic circuit of the core are provided.

4. Frequency converter according to claim 1, characterized in that the plate (2) has a Hall effect and is provided with a second pair of electrodes (12, 12 ') arranged on the still free opposite sides of the plate, which is connected to a direct current source ( 6) is connected, the direction from one to the other of these electrodes (12, 12 ') being perpendicular both to the direction of the magnetic field and to the connecting line of the electrodes of the first pair of electrodes (13, 13') (Fig. 2) .

5. Frequency converter according to claim 2 and 3 or 4, characterized in that the core (1, 1 ') consists of one Material with a rectangular hysteresis loop.

6. Frequency converter according to claim 5, characterized in that the core consists of ferrite.

7. Frequency converter according to Claim 1 or 2, characterized in that the plate (16) is made of one material exists, the resistance of which is dependent on the magnetic field (Thomson effect).

8. Frequency converter according to claim 7, characterized in that the core (1, 17 has a high permeability having.

9. Frequency converter according to claim 7 or 8, characterized in that the plate (16) is in a bridge circuit, the excitation current being a of the diagonal of this bridge and an output voltage with subharmonic Frequency is generated over the other diagonal (Fig. 3).

10. Frequency converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the The generator circuit contains a capacitance (4) which is matched to the inductance (3) Circle forms whose minimum natural frequency is at least 11/2 times smaller than the generator frequency and is preferably at most equal to the frequency of the desired subharmonics. 11. Frequency converter according to claim 10, characterized in that the inductance (3) and the capacitance (4) are connected in series with the generator (5), wherein the generator has a low internal resistance. 12. Frequency converter according to claim 10, characterized in that the inductance (3) and the capacitance (4) are connected in parallel with the generator, the generator having a high internal Has resistance. 13. Frequency converter according to one or more of the preceding Claims, characterized in that it is connected to the magnetic circuit of the core (8, 10) contains coupled additional circuit whose effective natural frequency is approximated is equal to that of the desired subharmonics. 14. Frequency converter according to Claims 3 and 13, in which said polarizing means is one mounted on the core Own winding, characterized in that a capacitor (24) with this winding (23) is connected and with it the additional coupled with the magnetic circuit of the core Circle forms (Fig. 6). Publications considered: Swiss patent specification No. 275 601; British Patent No. 558 027; "Radio mentor", 1954, H.

11, p. 589.