DE266202C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 266202 -' KLASSE 21«?. GRUPPE - M 266202 - 'CLASS 21' ?. GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Juli 1912 ab.Patented in the German Empire on July 12, 1912.

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen, durch welche die Frequenz von Wechselströmen vermittels statischer, in besonderer Weise geschalteter Transformatoren erhöht oder erniedrigt und auch die Spannung gleichzeitig verändert werden kann. Bisher wurde öfter z. B. eine Frequenz von ■ 25 Perioden wegen der geeigneteren Umformung in Gleichstrom durch Rotationsumformer gewählt. Allein mit der Ausdehnung der Stromlieferung wäre es sehr erwünscht, aus einem derartigen Netz von 25 Perioden auch Wechselstrom direkt für Lichtzwecke, also mit etwa doppelter Frequenz, ohne Zuhilfenahme von Gleichstromumformern verwenden zu können.The present invention relates to devices by which the frequency of alternating currents increased by means of static transformers switched in a special way or lowered and the tension can be changed at the same time. So far, z. B. a frequency of ■ 25 periods because of the more suitable conversion into direct current Rotary converter selected. With the expansion of the electricity supply alone, it would be great desired, alternating current directly for lighting purposes from such a network of 25 periods, So use with about twice the frequency, without the aid of DC converters to be able to.

Auch wäre es im Hinblick auf die Verwendung von einphasigem Wechselstrom für Bahnzwecke von großem Vorteil, wenn die erforderliche Frequenz von etwa 16 Perioden so hoch gesteigert werden könnte, daß der Strom aus der gleichen Zentrale auch für Lichtzwecke entnommen werden könnte. Femer könnte für drahtlose Telegraphie die Frequenz eines gewöhnlichen Wechselstromsystems für Lichtzwecke auf die zum Betrieb der Induktionsspulen erforderliche Höhe gebracht werden. Es ist nun bekannt, mit einem Transformator oder mit einem Transformatorpaar, das von einphasigem Wechselstrom gespeist wird, Zwei-It would also be with a view to the use of single-phase alternating current for railway purposes of great advantage if the required frequency of around 16 periods is increased so high it could be that the electricity from the same control center is also taken for lighting purposes could be. Furthermore, the frequency of an ordinary one for wireless telegraphy could be used AC system for lighting purposes are brought to the height required to operate the induction coils. It is now known to use a transformer or a pair of transformers that are single-phase Alternating current is fed, two-

So und.Dreifachfrequenzstrom zu erzeugen, indem bei den Transformatoren verschiedene Sättigungsgrade verwendet werden, oder indem die Transformatoren noch eine zusätzliche, von Gleichstrom gespeiste Wicklung erhalten.So and. To generate triple frequency current by different degrees of saturation are used in the transformers, or by the Transformers received an additional winding fed by direct current.

Wird dagegen eine Drosselspule mit gesättigtem Kern in Serie zu einem Transformator mit ungesättigtem Kern geschaltet, und ein sinusförmiger Wechselstrom durch die beiden Spulen geführt, so findet sich zu einem gewissen Zeitmoment jeder Periodenhälfte ein schnell ansteigendes und wieder abfallendes Strommaximum, das um so stärker ist, je größer das Verhältnis der Spannung der Spule mit dem gesättigten Kern zu der Spannung des Hauptstromkreises ist. Der Zeitmoment dieses Strom-Sturzes fällt zusammen mit dem Moment des magnetischen Kraftflußmaximums, und die in der Sekundärspule des Transformators mit ungesättigtem Kern induzierte Spannung geht schnell von einem Maximalwert in der einen Richtung bei gleichzeitiger Stromzunahme in genannter Primärspule zu einem Maximalwert in der anderen Richtung über, wenn der in den Hauptstromkreis fließende Strom abnimmt. Es kann ferner aus nachstehendem ersehen werden, daß die in der Spule des Transformators erzeugte Spannung in den übrigen Zeitmomenten der Periodenhälfte so gut wie 0 ist. Auch geht aus nachstehendem hervor, daß infolge der in der Spule mit dem ungesättigten Kern erzeugten Spannung der Spannungsuriterschied verringert wird, welcher durch die Drosselspule mit gesättigtem Kern entsteht, und die Spannungswelle so deformiert wird, daß sie keine Sinus- If, on the other hand, a choke coil with a saturated core is used in series with a transformer unsaturated core switched, and a sinusoidal alternating current through the two coils led, at a certain moment in time there is a rapidly increasing one in each half of the period and again decreasing current maximum, which is the stronger, the larger the ratio the voltage of the coil with the saturated core to the voltage of the main circuit is. The moment of this current fall coincides with the moment of magnetic flux maximum, and those in the secondary coil of the transformer with unsaturated Core induced voltage goes quickly from a maximum value in one direction with a simultaneous increase in current in said primary coil to a maximum value in the other direction when the in the Main circuit current flowing decreases. It can also be seen from the following, that the voltage generated in the coil of the transformer in the remaining moments of the Half of the period is as good as 0. It also emerges from the following that as a result of the The voltage generated by the coil with the unsaturated core reduces the voltage difference which is created by the choke coil with saturated core, and the voltage wave is deformed so that it does not have a sinusoidal

—r—R

¹ form mehr besitzt. Die in der Sekundärspule " des Transformators mit dem ungesättigten Kern induzierte Spannung besitzt natürlich gleiche Phase und die gleiche Sinusform, wie die gegenelektromotorische Kraft, welche in der Primärspule des Transformators induziert wird. Die in beiden Fällen induzierten Spannungen sind direkt proportional zu den entsprechenden Windungszahlen. Die Erfindung besteht nun darin, ¹ form has more. The voltage induced in the secondary coil "of the transformer with the unsaturated core naturally has the same phase and the same sinusoidal shape as the counter electromotive force which is induced in the primary coil of the transformer. The voltages induced in both cases are directly proportional to the corresponding number of turns. The invention now consists in

ίο Gebrauch von den zwei kurzen Spannungsimpulsen zu machen, welche in der Sekundär- . spule auf genannte Weise am Anfang und Ende jeder Viertelperiode des in seiner Frequenz zu erhöhenden Systems induziert werden. Wird nun obige Anordnung dreimal wiederholt und wird jede Apparatengruppe zwischen die drei Phasen eines Drehstomsystems geschaltet, so können die kurzen Spahnungspulsationen, welche in den Sekundärspulen mit den unge-ίο Make use of the two short voltage pulses that are in the secondary. coil in said manner at the beginning and end of each quarter period of the in its frequency to be induced to increase system. The above arrangement is now repeated three times and if each group of devices is switched between the three phases of a three-phase system, see above the short spahning pulsations, which in the secondary coils with the un-

ao. sättigten Kernen erzeugt werden, so gruppiert werden, daß ein Einphasenstrom von dreifacher Frequenz entsteht. Wenn die Frequenz nur verdoppelt werden soll, etwa von 25 auf 50 Perioden, wird ein Eisen nach dem Manteltyp verwendet mit je einer Drosselspule auf den beiden äußeren Gliedern und einer, stark gesättigten Erregerspule auf dem mittleren Glied. Zu jeder der beiden Drosselspulen schaltet man einen Transformator in Serie, bestehend aus Primär- und Sekundärspulen, welche auf einen ungesättigten Kern gewickelt sind, und verbindet eine Drosselspule und eine Primärspule des Transformators parallel mit der anderen Drosselspule und der Primärspule des anderen Transformators.ao. Saturated nuclei are generated, are grouped so that a single-phase current of three times Frequency arises. If the frequency is only to be doubled, e.g. from 25 to 50 periods, an iron according to the jacket type is used with a choke coil on each of the two outer ones Links and a highly saturated excitation coil on the middle link. To each of the two reactors, a transformer is connected in series, consisting of primary and Secondary coils, which are wound on an unsaturated core, and connects one Choke coil and a primary coil of the transformer in parallel with the other choke coil and the primary coil of the other transformer.

Endlich, verbinde man die beiden Sekundärspulen der Transformatoren mit dem zu speisenden einphasigen Hochfrequenzstromkreis. Ferner wiederholt man die ganze Anordnung, jedoch mit dem Unterschied, daß in diesem Falle die beiden parallelgeschalteten Primärstromkreise von einer Stromquelle gespeist werden, deren Phase um 90 ° von der Phase der Stromquelle der erstgenannten Stromkreise abweicht. Die beiden Sekundärspulen in den beiden letzteren parallelen Stromkreisen werden parallel (oder in Serie) geschaltet und speisen ebenfalls den Hochfrequenzstromkreis.Finally, connect the two secondary coils of the transformers to the one to be fed single phase high frequency circuit. Furthermore, one repeats the whole arrangement, but with the difference that in this case the two primary circuits connected in parallel are fed by a current source whose phase deviates by 90 ° from the phase of the current source of the first-mentioned circuits. The two secondary coils in the latter two will be parallel circuits connected in parallel (or in series) and also feed the high-frequency circuit.

Da die Dauer jedes Spannungsimpulses von dem Sättigungsgrad des Kernes der Drosselspule abhängt, so kann die für jede Frequenzerhöhung erforderliche Periode verkürzt und die Zwischenräume durch Impulse von weiteren Transformatoren und Drosselspulen ausgefüllt werden.Because the duration of each voltage pulse depends on the degree of saturation of the core of the choke coil depends, the period required for each frequency increase can be shortened and the Gaps filled with pulses from other transformers and reactors will.

Fig. ι stellt die Elementarverbindungen für eine Einphasenanordnung dar, um einen Wechselstromimpuls von kurzer Dauer zu erhalten. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie derselbe zustande kommt.Fig. Ι shows the elementary connections for a single-phase arrangement to an alternating current pulse short-lived. From Fig. 2 it can be seen how the same comes about.

Fig. 3 zeigt die Anwendung der Methode bei einem Drehstromsystem, um die dreifache Frequenz zu erhalten.Fig. 3 shows the application of the method in a three-phase system, around three times the frequency to obtain.

Fig. 4 erklärt die Wirkung, welche unter diesen Bedingungen stattfindet.Fig. 4 explains the effect which takes place under these conditions.

Fig. 5 zeigt die Kurve des "Stromes von dreifächer Frequenz nach der Anordnung von Fig. 3.Fig. 5 shows the curve of the "current of triple Frequency according to the arrangement of FIG. 3.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung, wobei ein einziger Transformator zur Erzeugung eines Stromes von dreifacher Frequenz verwendet wird.Fig. 6 shows an arrangement in which a single transformer is used to generate a current of triple frequency is used.

Fig. 7 zeigt die Schaltung zur Erzeugung eines Stromes von doppelter Frequenz.Fig. 7 shows the circuit for generating a current of double frequency.

Fig. 8 erklärt die. Wirkung der Anordnung nach Fig. 7.Fig. 8 explains the. Effect of the arrangement according to FIG. 7.

Aus Fig. 9 ist zu ersehen, wie die Ausgangsspannungen und Phasen in vier gesonderten Stromkreisen angeordnet werden müssen, um eine symmetrische Spannungswelle von doppelter Frequenz durch Kombination der Sekundärspannungen zu erhalten.From Fig. 9 it can be seen how the output voltages and phases are separated into four Circuits must be arranged to double a symmetrical voltage wave Frequency obtained by combining the secondary voltages.

Fig. 10 stellt die hierdurch erzielte kombinierte Stromkurve von doppelter Frequenz dar.Fig. 10 shows the resulting combined current curve of double frequency.

Fig. 11 ist das Schaltschema für Erzeugung eines Stromes von doppelter Frequenz mit der Charakteristik nach Fig. 10.Figure 11 is the schematic for generation of a current of double frequency with the characteristic according to FIG. 10.

Aus Fig. 12 ist ersichtlich, wie die in Fig. 11 angewandte Phasenverschiebung erreicht wird.From FIG. 12 it can be seen how that in FIG. 11 applied phase shift is achieved.

Fig. 13 zeigt eine Anordnung, wobei vier Primärspulen mit vier ungesättigten Transformatoren nach Fig. 11 auf einen einzigen Kern gewickelt sind, um Strom von doppelter Frequenz von einer einzigen auf diesen Kern gewickelten Sekundärspule zu erhalten.Fig. 13 shows an arrangement wherein four primary coils with four unsaturated transformers 11 are wound on a single core to double current Frequency from a single secondary coil wound on this core.

Fig. 14 ist ein Schaltschema für die Erzeugung von Strom dreifacher Frequenz, wobei die Primärspulen und Drosselspulen * in Stern geschaltet sind.Fig. 14 is a circuit diagram for the generation of triple frequency power, where the primary coils and choke coils * are star-connected.

Fig. 15 ist ein Schaltschema für Erzeugung von Drehstrom aus einphasigem Hochfrequenzstrom, wobei die Frequenz ein zweites Mal verdreifacht wird.15 is a circuit diagram for the generation of three-phase current from single-phase high-frequency current, whereby the frequency is tripled a second time.

Fig. 16 erklärt die Funktion der vorhergehenden Anordnung vermittels eines Vektordiagramms. Fig. 16 explains the function of the foregoing arrangement by means of a vector diagram.

Fig. 17 zeigt ein Schaltschema zur Bewirkung einer Compoundierung, um einen etwaigen Spannungsabfall beim Einschalten des Hochfrequenzstromkreises auszugleichen.FIG. 17 shows a circuit diagram for effecting compounding to produce a possible Compensate for voltage drop when switching on the high-frequency circuit.

Fig. 18 erklärt die Vorgänge, welche hierbei stattfinden.Fig. 18 explains the processes which take place here.

Es möge nun in nachstehendem auf die einzelnen Figuren näher eingegangen werden:The individual figures should now be discussed in more detail below:

Fig. I. A ist ein gesättigter Magnetkern vorzugsweise nach der Manteltype, mit einer Drosselspule α auf seinem mittleren Glied, welche mit der Primärspule d eines Transformators Z mit ungesättigtem Eisen in Serie geschaltet ist. Das mittlere Glied .des Drosselspuleneisens kann vorteilhaft mit einem Luftspalt versehen werden, um Symmetrie zwischen dem oberen und unteren steilsten Teil der Stromkurve zu erreichen. 12cFig. I. A is a saturated magnetic core, preferably of the jacket type, with a choke coil α on its middle member, which is connected in series with the primary coil d of a transformer Z with unsaturated iron. The middle link of the reactor iron can advantageously be provided with an air gap in order to achieve symmetry between the upper and lower steepest part of the current curve. 12c

Das gleiche Resultat kann jedoch durch stärkere Sättigung des Drosselspulenkerns erreicht werden. Auf denselben Transformator ist eine Sekundärspule f gewunden.
Die Sinuskurve E (Fig. 2) stellt die von der Stromquelle gelieferte Spannung dar, die Kurve C den Strom in der Drosselspule a, welcher in der Spule d die Spannung e_x (s. die untere Kurve) erzeugt, letztere stellt auch die in der Sekundärspule f erzeugte Spannung dar. Die Dauer dieser Spannung kann durch Verringerung der Sättigung des Drosselspulenkerns erhöht und- durch Verstärkung der Sättigung abgekürzt werden. Die verzerrte Kurve e₂ stellt die Spannung an den Enden der Spule α dar und ergibt sich dieselbe durch Subtraktion der Ordinaten der Kurve e_x von denjenigen der Kurve E. However, the same result can be achieved by increasing the saturation of the inductor core. A secondary coil f is wound on the same transformer.
The sine curve E (Fig. 2) represents the voltage supplied by the power source, the curve C the current in the choke coil a, which generates the voltage e _x in the coil d (see the lower curve), the latter also represents the in the voltage generated by the secondary coil f . The duration of this voltage can be increased by reducing the saturation of the inductor core and shortened by increasing the saturation. The distorted curve e ₂ represents the voltage at the ends of the coil α and is obtained by subtracting the ordinates of curve e _x from those of curve E.

Die Spannung in der Sekundärspule, die gleich der in der Primärspule erzeugten ist (vorausgesetzt, daß die Windungszahlen die gleichen sind), wird nun nach der vorliegenden Erfindung verwendet, um einen pulsierenden Strom von beliebiger Frequenz zu erzeugen.The voltage in the secondary coil, which is equal to that generated in the primary coil (provided that that the number of turns are the same), is now according to the present invention used to generate a pulsating current of any frequency.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Kurve e₂ die Spannung an den Klemmen der Drosselspule α darstellt und daß diese Spannung wesentlich von der Spannung der Stromquelle (welche sinusförmig angenommen ist) abweicht, besonders am Anfang und Ende jeder halben Periode.From Fig. 2 it can be seen that the curve e _{2 represents} the voltage at the terminals of the choke coil α and that this voltage differs significantly from the voltage of the power source (which is assumed to be sinusoidal), especially at the beginning and end of each half cycle.

Ferner ist aus Fig. 2 zu entnehmen, daß die Spannung zu beiden Seiten des O-Punktes — Kurve e_x — sehr unregelmäßig verläuft; dies kann jedoch durch Anbringung,eines Luftspalts im Magnetkreis des gesättigten Kerns A oder durch stärkere Sättigung dieses Kerns verbessert werden.It can also be seen from FIG. 2 that the voltage on both sides of the 0 point - curve e _x - is very irregular; however, this can be improved by adding an air gap in the magnetic circuit of the saturated core A or by increasing the saturation of this core.

Fig. 3 ist eine Schaltung für dreifache Frequenz. Die drei Drosselspulen A, B, C werden in Stern- oder Dreieckschaltung an die drei Schienen D, E, F angeschlossen und in Serie zu den Transformatoren X, Y, Z geschaltet. Die Sekundärspulen dieser Transformatoren werden vorteilhaft parallelgeschaltet und dann mit dem Dreifachfrequenzstromkreis L verbunden.Fig. 3 is a triple frequency circuit. The three choke coils A, B, C are connected in star or delta connection to the three rails D, E, F and connected in series with the transformers X, Y, Z. The secondary coils of these transformers are advantageously connected in parallel and then connected to the triple frequency circuit L.

Fig. 4 zeigt die Phasenverhältnisse der in den Sekundärspulen der Transformatoren X, Y, Z erzeugten Spannungen.4 shows the phase relationships of the voltages generated in the secondary coils of the transformers X, Y, Z.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, wie sich diese Spannungen zusammensetzen, um einen Strom dreifächer Frequenz zu liefern. Durch Parallelschaltung der Sekundärspulen, an Stelle der Serienschaltung, kann der in jedem Augenblick entstehende Stromimpuls direkt in den Belastungsstromkreis treten, ohne erst die Impedanz der beiden anderen Transformatoren überwinden zu müssen, welche gerade zu dieser Zeit unwirksam sind. Die Magnetisierungsströme für diese beiden letzteren Transformatoren müssen jedoch geliefert werden; da sie jedoch nur etwa 3 Prozent des gesamten Stromes betragen, so spielt diese Zusatzbelastung keine große Rolle.From Fig. 5 it can be seen how these voltages are composed to triple a current Supply frequency. By connecting the secondary coils in parallel instead of the Series connection, the current pulse that occurs at any given moment can be fed directly into the load circuit without first having to overcome the impedance of the other two transformers, which one to this one Time are ineffective. The magnetizing currents for these latter two transformers must be delivered however; However, since it only accounts for about 3 percent of the total electricity this additional burden does not play a major role.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung zur Verringerung des Eisens in den Transformatoren des Hochfrequenzstromkreises, wobei die drei Primärspulen auf einen einzigen Kern Q gewickelt werden, auf dem sich auch die Sekundärspule R befindet. Wie aus Fig. .4 ersichtlich ist, entsteht der im Transformator Z fließende Maximalstrom in dem Moment, wo der in den Spulen Y und X fließende Strom nahezu= 0 ist, allein die in den Spulen b und c gleichzeitig erzeugte Spannung befindet sich nahezu auf ihrem Maximalwert, während der Kraftfluß im Eisen dieser beiden Spulen b und c nahezu auf seinem Maximalwert angelangt ist. Es ist daher jede Möglichkeit einer plötzlichen Pulsation des Magnetismus im Eisen des Transformators Q ausgeschlossen, welche von dem durch die Spule α fließenden Stromimpuls und dem dadurch in den Sekundärspulen bewirkten Entmagnetisierungsstrom hervorgerufen werden könnte, da „die Impedanz in den beiden Spulen b und c die Entstehung eines nennenswerten Entmagnetisierungsstroms in den beiden Stromkreisen wirksam verhindert. Die beiden Sekundärspulen Y und X verhalten sich also in Wirklichkeit, wie wenn sie bei offenem Sekundärstromkreis geschlossen wären, so daß die Spule R allein dem von der Spule Z erzeugten Kraftfluß unterworfen ist. Das gleiche findet in den beiden anderen Perioden statt, so daß die Spulen Y und X ihre Energie an die Spule R abgeben können, ohne dabei den Strom im anderen Stromkreis wesentlich zu beeinflussen. Der Transformator Q arbeitet also jetzt mit dreifacher Frequenz und ist daher seine Leistung bei einer gegebenen Eisenmenge die dreifache. Obgleich die Ströme in den Spulen a, b, c und Z, Y, X sehr.hohe Werte erreichen, so bleibt doch der mittlere Stromwert klein, so daß das Kupfer sich zwischen den hohen Stromimpulsen abkühlen kann und sein Querschnitt nicht besonders stark zu sein braucht.6 shows an arrangement for reducing the iron in the transformers of the high-frequency circuit, the three primary coils being wound on a single core Q on which the secondary coil R is also located. As can be seen from Fig. 4, the maximum current flowing in the transformer Z arises at the moment when the current flowing in the coils Y and X is almost = 0, only the voltage simultaneously generated in the coils b and c is almost at their maximum value, while the power flow in the iron of these two coils b and c has almost reached its maximum value. There is therefore no possibility of a sudden pulsation of the magnetism in the iron of the transformer Q , which could be caused by the current pulse flowing through the coil α and the demagnetizing current caused by it in the secondary coils, since "the impedance in the two coils b and c die Effectively prevents the formation of a significant demagnetizing current in the two circuits. The two secondary coils Y and X behave in reality as if they were closed when the secondary circuit was open, so that the coil R is only subjected to the power flow generated by the coil Z. The same takes place in the other two periods, so that the coils Y and X can deliver their energy to the coil R without significantly influencing the current in the other circuit. The transformer Q now works with three times the frequency and is therefore three times its power for a given amount of iron. Although the currents in the coils a, b, c and Z, Y, X reach very high values, the mean current value remains small, so that the copper can cool down between the high current pulses and its cross-section is not particularly strong needs.

In Fig. 7 ist A eine Drosselspule nach der Manteltype mit drei Spulen a, a₂, a_x, wovon die erste und letzte je mit den Primärspulen d und e der Transformatoren Z und Y in Serie geschaltet sind. Die beiden hierdurch gebildeten Stromkreise sind an die Klemmen E und F eines Einphasenstromkreises angeschlossen. Das mittlere Glied des Transformators wird durch einen seine Spule d² durchfließenden Gleichstrom magnetisch stark gesättigt, während die beiden Transformatoren Z und Y mit ungesättigtem Eisen arbeiten. Die Sekundärspulen f und g sind derartig geschaltet, daß die sie gleichzeitig durchfließenden "Ströme das eine Mal den Kraftfluß der Gleichstromspule abschwächen und das andere .Mal ihn verstärken. . Infolgedessen arbeiten die beiden äußeren Magnetkerne von A In Fig. 7, A is a choke coil of the jacket type with three coils a, a ₂ , a _x , the first and last of which are each connected in series with the primary coils d and e of the transformers Z and Y. The two circuits thus formed are connected to terminals E and F of a single-phase circuit. The middle section of the transformer is magnetically strongly saturated by a direct current flowing through its coil d ² , while the two transformers Z and Y work with unsaturated iron. The secondary coils f and g are connected in such a way that the currents flowing through them at the same time weaken the flow of force in the direct current coil on the one hand and amplify it on the other. As a result, the two outer magnetic cores of A work

periodisch, während eines gewissen Teils der Phase mit gesättigtem und während des anderen Teils der Phase mit vollständig ungesättigtem Eisen. Dies ist aus der Kurve der Fig. 8 ersichtlieh, welche zeigt, was z. B. in der Spule a vor sich geht. Da der durch den Wechselstrom in der Spule α erzeugte Kraftnuß den der Gleichstromspule a₂ unterstützt, so findet ein starker Stromfluß statt, wie dies in der spitzen Kurve C periodically, during a certain part of the phase with saturated iron and during the other part of the phase with fully unsaturated iron. This can be seen from the curve of Fig. 8, which shows what, for. B. in the coil a is going on. Since the force generated by the alternating current in the coil α supports that of the direct current coil a ₂ , a strong current flow takes place, as shown in the sharp curve C.

ίο zum Ausdrück kommt. Wenn dagegen der Kraftfluß der Spule α dem der Spule a.₂ ent-ίο comes to expression. If, however, the power flow of the coil α that of the coil a. ₂

" gegenwirkt, fließt durch die erstere Spule nur ein verhältnismäßig kleiner Strom, jedoch von bedeutender Dauer, wie aus dem Kurventeil C ersichtlich ist."counteracted, only a relatively small current flows through the former coil, but of significant duration, as can be seen from the curve part C.

Die in Spule d (bzw. e, d) induzierte Spannung ist von gleicher Art und Dauer wie die in Fig. 2 skizzierte Spannung der Spule d von Fig. ι; im vorliegenden Fall verschwindet jedoch die untere Stromspitze (der Fig. 2), um durch eine schwache Stromkurve, welche von einem steigenden negativen zu einem fallenden negativen Wert übergeht, ersetzt zu werden. Hierdurch wird die halbe Spannungswelle, welcheThe voltage induced in coil d (or e, d) is of the same type and duration as the voltage of coil d of FIG. 2 sketched in FIG. 2; In the present case, however, the lower current peak (of FIG. 2) disappears in order to be replaced by a weak current curve which changes from a rising negative to a falling negative value. This is half the voltage wave, which

in Fig. ι bei einem der Spitze der unteren Stromkurve von Fig. 2 entsprechenden. Punkte auftrat, unterdrückt, und wird dadurch eine Reihe von halben, voneinander um eine halbe Periode getrennten Wellen erzeugt, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist.in Fig. ι at one of the top of the lower current curve of Fig. 2 corresponding. Points occurred, suppressed, and thereby becomes a series generated by half waves separated from one another by half a period, as can be seen from FIG is.

Betrachtet man nun die Spule a_x auf der rechten Seite der dreigliedrigen Drosselspule A von Fig. 7, so findet man, daß der Strom in derselben genau um 180 ° in der Phase von dem in Spule α verschieden ist, so daß die scharfen Stromspitzen infolge der Sättigung des Eisens des rechtsseitigen Drosselspulengliedes auf der entgegengesetzten Seite des horizontalen Teils der Stromkurve von Spule α in die Erscheinung treten. Die Folge davon ist, wie in Fig. 9 angedeutet, daß die halben Spannungswellen 1, 2 und 9, 10 der Kurvenreihe A von denjenigen 5, 6 der Reihe C um 180 ° in der Phase differieren, entsprechend der in Spule a_x erzeugten Spannung. Diese Anordnung würde von selbst einen Strom von doppelter Frequenz im Belastungsstromkreis L (s. Fig. 7) zu erzeugen suchen, allein die Spannungswelle wäre zu schwach ausgebildet und von sehr kurzer Dauer, so daß eine lange wirkungslose Periode zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spannungswellen eintreten würde.If one now looks at the coil a _x on the right side of the three-part choke coil A of FIG. 7, one finds that the current in the same is exactly 180 ° in phase from that in coil α , so that the sharp current peaks as a result the saturation of the iron of the right-hand choke coil member on the opposite side of the horizontal part of the current curve of coil α become apparent. The consequence of this is, as indicated in FIG. 9, that half the voltage waves 1, 2 and 9, 10 of curve series A differ from those 5, 6 of series C by 180 ° in phase, corresponding to the voltage generated in coil a _x . This arrangement would automatically try to generate a current of double frequency in the load circuit L (see Fig. 7), but the voltage wave would be too weak and of very short duration, so that a long ineffective period would occur between two successive voltage waves.

Wenn man jedoch durch Wiederholung der Anordnung nach Fig. 7 und Verschiebung der Stromimpulse um nur 90 ° zwei weitere Kurvenreihen B und D (s. Fig. 9) mit Spannungswellen 3, 4 und 7, 8 mit einem Phasenunterschied von 180 ° erzeugt (wie im Falle der Kurven 1, 2, 9, 10 und 5, 6), so würde man in einem gewöhnlichen Sekundärstromkreis eine Reihe von Spannungswellen doppelter Frequenz erhalten, wie in Fig. 10 dargestellt.If, however, by repeating the arrangement according to Fig. 7 and shifting the current pulses by only 90 °, two further series of curves B and D (see Fig. 9) with voltage waves 3, 4 and 7, 8 with a phase difference of 180 ° are generated (as in the case of curves 1, 2, 9, 10 and 5, 6), a series of voltage waves of double frequency would be obtained in an ordinary secondary circuit, as shown in FIG.

Betrachtet man z. B. Impuls 2 von Fig. 9, so hat dieser eine ausgesprochene Grenzlinie auf. seiner linken Seite, auf seiner rechten Seite dagegen ist die Grenzlinie schlecht ausgebildet und.kann je nach den Verhältnissen des Stromkreises bedeutend variieren; die Spitze kann etwa zwischen der gezeichneten Lage und 15 bis 25° (der Ausgangsfrequenz) nach rechts liegen. Impuls 3, welcher in einem anderen Stromkreis erzeugt wird, ist gleichfalls auf einer Seite, hier der linken, schlecht ausgebildet und kann sein Maximum 15 bis 25 ° links von der gezeichneten Lage liegen. Die Superposition dieser zwei Impulse gibt eine halbe Spannungswelle, deren scharfe Grenzlinien, wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, zueinander symmetrisch sind.If one considers z. B. pulse 2 of FIG. 9, this has a definite borderline. on its left side, but on its right side, the borderline is poorly developed and.can vary significantly depending on the circumstances of the circuit; the top can between the position shown and 15 to 25 ° (the output frequency) to the right. Pulse 3, which is generated in another circuit, is also on one side, here the left, poorly formed and can be a maximum of 15 to 25 ° to the left of the drawn one Location. The superposition of these two impulses gives half a voltage wave, whose sharp boundary lines, as can be seen from Fig. 10, are symmetrical to one another.

Die Anordnung gemäß den Kurven Fig. 9 und 10 ist in Fig. ii schematisch dargestellt. Ein zweites Transformatorensystem Z₁, Y₁ wird von den Phasen F, E und E, D vermittels eines Zwischentransformators W mit den Spulen S und T gespeist, die so angeordnet sind, daß ihre magnetischen Wirkungen sich kombinieren und deren Resultante auf die Sekundärspule U einwirkt. The arrangement according to the curves in FIGS. 9 and 10 is shown schematically in FIG. Ii. A second transformer system Z ₁ , Y ₁ is fed from the phases F, E and E, D by means of an intermediate transformer W with the coils S and T , which are arranged so that their magnetic effects combine and the resultant acts on the secondary coil U. .

Fig. 12 zeigt vermittels eines Vektordiagramms, wie es möglich ist, den Strom im Transformator A mit dem um 90 ° verschiedenen Strom im Transformator B in Beziehung zu bringen.FIG. 12 shows, by means of a vector diagram, how it is possible to relate the current in transformer A to the current in transformer B, which differs by 90 °.

Fig. 13 stellt eine Anordnung dar, wobei die vier unabhängigen Transformatoren Z, Y, Z₁, Y₁ in einem Transformator Q kombiniert sind, von welchem vermittels einer Sekundärspule der Belastungsstromkreis L gespeist wird. Die Funktion dieser Anordnung ist ähnlich der in Fig. 6 für dreifache Frequenz dargestellten Anordnung, natürlich mit dem Unterschied, daß hier die Frequenz nur die doppelte ist.13 shows an arrangement in which the four independent transformers Z, Y, Z ₁ , Y ₁ are combined in a transformer Q , from which the load circuit L is fed by means of a secondary coil. The function of this arrangement is similar to the arrangement shown in FIG. 6 for three times the frequency, with the difference, of course, that here the frequency is only twice.

Fig. 14 stellt eine Alternative von Fig. 6 dar, wobei die drei Drosselspulen a, b, c mit den Phasen F, E, D in Stern, anstatt in Dreieck, verbunden sind. 'FIG. 14 shows an alternative to FIG. 6, wherein the three inductors a, b, c are connected to phases F, E, D in a star rather than a triangle. '

. Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung kann mit geringen Änderungen für eine nochmalige Transformierung des Hochfrequenzstroms auf das Dreifache der nach Fig. 6 erhaltenen Frequenz eingerichtet werden. Um diese neunfache Fre- 110' quenz zu erzeugen, verfährt man folgendermaßen :. The arrangement shown in FIG. 6 can be transformed again with minor changes of the high frequency current can be set to three times the frequency obtained in FIG. To this ninefold fre- 110 ' To generate a sequence, one proceeds as follows:

An Stelle der einen Sekundärspule R von Fig. 6 wird eine Gruppe von vier Spulen a, b, c, e verwendet (s. Fig. 15). Spule α wird direkt mit den zwei Leitern H und / verbunden, und eine Leitung von Spule β über die Drosselspule N nach der Primärspule des Transformators M und zurück nach Spule e gezogen. In gleicher Weise werden zwei Leitungen von Spule c direktInstead of the one secondary coil R of FIG. 6, a group of four coils a, b, c, e is used (see FIG. 15). Coil α is connected directly to the two conductors H and /, and a line is drawn from coil β via choke coil N to the primary coil of transformer M and back to coil e . In the same way, two leads from coil c are direct

nach einer zweiten Primärspule des Transformators M geführt, jedoch mit vertauschtem Anschlußjim Vergleich zu den vorhergehenden Leitungen. Die Ströme der Sekundärspulen c und e erzeugen einen resultierenden Kraftfluß im Transformator M, dessen Sekundärspule direkt mit den Leitern / und K verbunden ist. Endlich werden Leitungen von der Sekundärspule b über eine Drosselspule 0 nach dento a second primary coil of the transformer M , but with the connection reversed in comparison to the previous lines. The currents of the secondary coils c and e generate a resulting power flow in the transformer M, the secondary coil of which is directly connected to the conductors / and K. Finally, lines from the secondary coil b via a choke coil 0 to the

ίο beiden" Leitern H und K geführt. Die vier Spulen a, b, c, e erzeugen einen dreiphasigen Wechselstrom in dem Leitersystem H, I, K, wie aus dem Vektordiagramm von Fig. 16 hervorgeht, worauf später noch zurückgekommen wird.ίο two "heads H and K out. The four coils a, b, c, e generate a three-phase alternating current in the conductor system H, I, K, as is apparent from the vector diagram of Fig. 16, whereupon later returned.

Um nun dreifache Frequenz zu erhalten, verfährt man weiter wie bei Fig. 6, wobei die Leiter H₁J₁K die Stelle der Leiter D, E, F einnehmen. Diese werden also nun ihrerseits über Drosselspulen (entsprechend A, B, C der Fig. 6) an einen Transformator (entsprechend Q der Fig. 6) angeschlossen. Die Sekundärspule R desselben liefert dann einen Strom von der dreifachen Frequenz des in den Leitern H, J, K fließenden, jedoch von einer Phase. Dieser Strom besitzt die neunfache Frequenz des ursprünglichen, die drei Spulen Z, Y, X durchfließenden Stromes (Fig. 15).In order to obtain three times the frequency, the procedure is continued as in FIG. 6, the conductors H ₁ J ₁ K taking the place of the conductors D, E, F. These are then in turn connected to a transformer (corresponding to Q of FIG. 6) via choke coils (corresponding to A, B, C of FIG. 6). The secondary coil R of the same then supplies a current of three times the frequency of that flowing in the conductors H, J, K , but of one phase. This current has nine times the frequency of the original current flowing through the three coils Z, Y, X (FIG. 15).

Unter der Annahme, daß die Phasen im Sinne des Uhrzeigers rotieren, ist ersichtlich, daß, wenn man dem Strom der Transformatorspule b, welcher mit dem der Spule α phasengleich ist, 60 ° Nacheilung verleiht, man einen Strom erhält, dessen zeitliches Verhältnis durch den Vektor O_e gekennzeichnet wird, welcher dem Vektor O_a um 60 ° nächeilt. Wenn wir nun die Verbindungen dieser Spule vertauschen, wie dies bei Fig. 15 der Fall ist, erhalten wir einen Strom, dessen Phasenverhältnis durch Vektor O_b gekennzeichnet wird, dessen zeitliche Lage um I2Ö° vor der des Vektors O_a voraus ist. Nehmen wir endlich Spule c und vertauschen ihre Verbindungen, so erhalten wir einen Strom, dessen zeitliche Lage von dem Vektor O_c dargestellt wird, und nehmen wir Spule e und lassen den Strom durch eine Drosselspule N fließen, um ihm eine Nacheilung von 60 ° zu verleihen, so werden die vereinigten Wicklungen der beiden Spulen c und e einen resultierenden Kraftfluß im Eisen des Transformators M erzeugen, welcher um 120° der Phase O_a nacheilt, wie dies durch Vektor O_d in Fig. 16 dargestellt ist.Assuming that the phases rotate clockwise, it can be seen that if the current of the transformer coil b, which is in phase with that of the coil α , is given 60 ° lag, a current is obtained whose time ratio is determined by the Vector O _{e is} identified, which is the closest to the vector O _a by 60 °. If we now swap the connections of this coil, as is the case with FIG. 15, we obtain a current whose phase relationship is characterized by vector O _b , whose temporal position is I2Ö ° ahead of that of vector O _a . If we finally take coil c and swap its connections, we get a current, the time position of which is represented by the vector O _c , and we take coil e and let the current flow through a choke coil N in order to allow it to lag by 60 ° impart, the combined windings of the two coils c and e will generate a resulting flux of force in the iron of the transformer M , which lags the phase O _a by 120 °, as shown by vector O _d in FIG.

Fig. 17 zeigt eine Anordnung, um den Spannungsabfall der Sekundärspule R bei Erhöhung der Belastung des äußeren Stromkreises L auszugleichen. Der Strom der Spule R wird durch Spule P₁ auf dem Kern A, welche nur eine oder wenige Windungen besitzt, in der Weise geführt, daß er diesen Kern zu entmagnetisieren sucht, wenn der äußere Stromkreis überlastet wird, wodurch dann eine Erhöhung der Stromstärke in der zur Drosselspule a in Serie geschalteten Primärspule Z bewirkt wird. In gleicher Weise ist eine Spule P₂ auf dem Kern B angeordnet und in Serie zu der Sekundärspule R und der Spule P₁ sowie zu der auf den Kern C gewickelten Spule P₃ geschaltet. Diese drei Kompensationsspulen P₁, P₂, P₃ arbeiten zusammen jede zu einer bestimmten, verschiedenen Zeitperiode der Phase des Niederfrequenz-Stromkreises, um eine E.M.K. zu erzeugen, welche derjenigen der Spule R entgegenwirkt, und dadurch die infolge Entlastung des Stromkreises L bewirkte Spannungserhöhung zu kompensieren sucht.17 shows an arrangement for compensating for the voltage drop in the secondary coil R when the load on the external circuit L increases. The current of coil R is passed through coil P ₁ on core A, which has only one or a few turns, in such a way that it tries to demagnetize this core when the external circuit is overloaded, which then increases the current in the primary coil Z connected in series with the choke coil a is effected. In the same way, a coil P _{2 is arranged} on the core B and connected in series with the secondary coil R and the coil P ₁ as well as with the coil P ₃ wound on the core C. These three compensation coils P ₁ , P ₂ , P ₃ work together each at a certain, different time period of the phase of the low-frequency circuit to generate an EMF which counteracts that of the coil R , and thereby the voltage increase caused by the discharge of the circuit L. seeks to compensate.

Aus Fig. 18 ist ersichtlich, wie die Kompensations-Dreifachfrequenzspannung verläuft, die in den Spulen P₁, P₂, P₃ so erzeugt werden soll, daß sie mit der Entlastung des Stromkreises L zunimmt. Wenn C die Spitze des Stromes einer der drei Drosselspulen darstellt, z. B. von Spule a, so wird, wie bereits erwähnt, in diesem Augenblick in der Nähe des O-Wertes der Spannungskurve Em eine E.M.K. = β in der Primärspule ζ des ungesättigten Transformators Q erzeugt (unter der Annahme, daß der Stromkreis der Spule geöffnet ist, s. Fig. 17), welche der Ausgangsspannung Em entgegenwirkt und der in der Drosselspule α erzeugten E.M.K. eine ungefähre Kurvenform Ea verleiht. Dies heißt, daß der Kraftfluß in dem Eisen A der Drosselspule α anstatt der Sinuskurve F₁ der Kurve F entspricht, welche, wie ersichtlich, oben abgeflacht ist. Wenn nun die Spule R kürzgeschlossen wird, so findet kein Kraftfluß im Eisen Q statt, auch wird keine Gegen-E.M.K. in der Primärspule ζ erzeugt; die Folge davon ist, daß der Kraftfluß im Eisen A auf den Wert F₁ steigt und nun der Sinusform entspricht, so daß er in der Drosselspule α eine Sinus-E.M.K. erzeugt, welche annähernd gleich und entgegengesetzt der Ausgangsspannung Em ist. Dieses durch Kurzschließen der Spule R bewirkte Steigen des Kraftflusses im Kern A sucht die Kompensationsspannung der Spulen P₁, P₂, P₃ (welche infolge der Deformation der Kraftflußwelle vorher vorhanden war) zum Verschwinden zu bringen, d. h. eine Gegen-E.M.K. ist nun aus dem Stromkreis der Sekundärspule R entfernt worden, was gleichbedeutend ist mit der Erhöhung der E.M.K. des Stromkreises von Spule R. Diese Wirkung kann man auch erklären, indem man sagt, daß die Maximam-Kompensationsspannung der drei Spulen P₁, P₂, P₃ bei der Minimalbelastung des Sekundär-Stromkreises stattfindet (die Deformation der . Kraftfluß welle im Eisen A ist in diesem Augenblick ein Maximum) und deshalb wird in diesem Augenblick die maximale elektromotorische Gegenkraft in den Sekundärstromkreis derFrom Fig. 18 it can be seen how the compensation triple frequency _{voltage runs, which is to be generated in the coils P 1} , P ₂ , P _{3 in} such a way that it increases as the load on the circuit L is relieved. If C represents the peak of the current in one of the three reactors, e.g. B. of coil a, then, as already mentioned, at this moment in the vicinity of the 0 value of the voltage curve Em an EMF = β in the primary coil ζ of the unsaturated transformer Q is generated (assuming that the circuit of the coil is open 17), which counteracts the output voltage Em and gives the EMF generated in the choke coil α an approximate curve shape Ea. This means that the power flow in the iron A of the choke coil α, instead of the sinusoidal curve F _1, corresponds to the curve F , which, as can be seen, is flattened at the top. If the coil R is short-circuited, there is no flow of force in the iron Q , and no back-EMF is generated in the primary coil ζ; The consequence of this is that the power flow in iron A increases to the value F ₁ and now corresponds to the sinusoidal shape, so that it generates a sinusoidal EMF in the choke coil α which is approximately equal to and opposite to the output voltage Em . This increase in the power flow in core A caused by short-circuiting the coil R seeks to make the compensation _{voltage of the coils P 1} , P ₂ , P ₃ (which was previously present as a result of the deformation of the power flow wave) disappear, ie a back EMF is now off the circuit of the secondary coil R has been removed, which is equivalent to increasing the EMF of the circuit of coil R. This effect can also be explained by saying that the maximum compensation voltage of the three coils P ₁ , P ₂ , P ₃ at the minimum load of the secondary circuit takes place (the deformation of the. Power flow wave in iron A is at this moment a maximum) and therefore the maximum counter electromotive force in the secondary circuit is at this moment

Spule R eingefügt, so daß ein unzulässiges Steigen der Spannung des Stromkreises L verhindert wird.Coil R inserted so that an unacceptable rise in the voltage of the circuit L is prevented.

Die Impedanz, welche durch die in diesem Augenblick unwirksamen Spulen P₂ und P₃ in den Sekundärstromkreis eingefügt wird, kann vernachlässigt werden, so weit es den Dreifachfrequenzstrom betrifft (obgleich sie gleiche und entgegengesetzte elektromotorische Kräfte vonThe impedance introduced into the secondary circuit by the at that moment inoperative coils P ₂ and P ₃ can be neglected as far as the triple frequency current is concerned (although they are equal and opposite electromotive forces of

ίο niederer Frequenz erzeugen) und der durch den Sekundärstromkreis L fließende Strom ist nicht imstande, eine nennenswerte Wirkung auf den Kraftfluß in den Kernen B oder C auszuüben, weil die Amperewindungen von P₂ und P₈ im Vergleich zu denjenigen der Spulen δ und c ganz unbedeutend sind.ίο generate lower frequency) and the current flowing through the secondary circuit L is unable to exert any appreciable effect on the flow of force in the cores B or C , because the ampere-turns of P ₂ and P ₈ compared to those of the coils δ and c completely are insignificant.

Claims

Patent Claims:

1. In three-phase systems for the supply of alternating current for light, power or other purposes an arrangement for changing the frequency, characterized in that that in each phase of the system a choke coil. with a strongly saturated core in series is switched to a transformer whose core is not saturated in order to thereby in the secondary coil of the transformer two current pulses every half cycle generate, which each have a duration of a third of the main stress wave or less, however, of any desired amplitude, and also three or more Such transformer sets can be combined to make both three or more multiples Number of current pulses per period of the main current, as well as symmetry in each of the To obtain voltage waves of the secondary circuit, with the secondary coils connected in parallel to eliminate the impedance of the respective inert transformers.

2. In the device according to claim 1, the use of three transformer sets, characterized in that the three secondary coils are combined in a single secondary coil (R, Fig. 6), which is wound on a common transformer core with the three primary coils, so that Iron is magnetized at three times the frequency and thereby both its volume for a given power and the transformer costs are reduced by combining it into one transformer.

3. Device according to claim 1, in three-phase systems for the supply of alternating current for light, power or other purposes with twice the existing frequency, the use of choke coils, characterized in that a choke coil (a, Fig. 11) on a saturated core wound and connected in series to a transformer (Z) with an unsaturated core, the core of the choke coil being periodically magnetized to saturation by means of direct current in order to suppress every second peak of the current wave and to generate two current pulses per period of the output frequency in the secondary coil which have a duration of a quarter or less than a quarter of the output period; Furthermore, the use of intermediate pulses of the same direction as those of the first-mentioned secondary coil by means of a second choke coil (a _x ) and a second transformer (Y), which are connected in parallel to the first and where the core of the choke coil is also periodically supplied by direct current up to Saturation is magnetized, but at time intervals which are shifted by half a period from that of the first choke coil; and finally the use of current pulses of opposite senses to supplement the first two by means of a second pair of choke coils, (b, b _x ) and transformers (Z ₁ , Y ₁ ), which are fed by the three-phase system, but with a current whose voltage is shifted in phase by 90 or 270 degrees (from the output period) from the voltage of the current supplied to the former pair of reactors and transformers in order to impart symmetry to the voltage waves.

4. In the device according to claim 3, an arrangement characterized in that the four secondary coils of the four transformers are combined into a single coil (R, Fig. 13) on a common core which is provided with turns from the four primary circuits, to double the magnetization frequency and thereby both to reduce the volume of the iron and to reduce the cost of the transformers by combining them into one transformer.

5. In the device according to claims 3 and 4, an arrangement to generate the required phase shift for the second pair of primary coils, characterized in that the three phases of a three-phase system are used and one of them is reversed, and is combined with another phase (e.g. B. by means of a transformer W, Fig. 11) that a current with 90 ⁰ or 270 ° lag ... arises behind that of the third phase, for the purpose of feeding the second transformer system.

6. In each of the devices described in claims ι to 5 a Kompensationsvorfichtung, characterized in that the same consists of a winding (P ₁ , P ₂ , P ₃ , Fig. 17) of very few turns, which around each inductor winding in such Direction is wound that

normally the current flowing through the force flow in the effective choke coil is opposite to a regulation in the secondary circuit by generating an unequal voltage in the to effect called compensation windings.

In addition 4 sheets of drawings.

6ERLlN. PRINTED IN THE REICHSDRUCKEREI.