DE282385C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 282385 KLASSE 21Ä GRUPPE

®r.«3«fl. RUDOLF GOLDSCHMIDT in BERLIN.

magnetisierenden Kraftlinienflüssen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. Februar 1913 ab.

In der Elektrotechnischen Zeitschrift vom Jahre 1910, Seite 218 ff., ist ein Verfahren veröffentlicht, um mit Hilfe der Ouermagnetisierung eine Frequenztransformation mit ruhenden Transformatoren zu erzielen. In dem betreffenden Artikel äußert sich der Verfasser jedoch dahin, daß er die Erzielung eines praktisch ausreichenden Wirkungsgrades nicht für möglich hält. Diese Anschauung basierte zum großen Teil darauf, daß eine praktisch einwandfreie Konstruktion, die tatsächlich geringe Verluste ergibt, schwer herzustellen war. Es möge hier zur Darstellung des Prinzips die in der Elektrotechnischen Zeitschrift gegebene Figur des Versuchsapparates wiederholt und an Hand deren die Erklärung des Prinzips gegeben werden.

Fig. ι zeigt einen in bekannter Weise aus vier Schenkeln bestehenden Eisenkern E, der in gewöhnlicher Weise mit den Spulen S₁ versehen ist. Das Besondere an diesem Eisenkern ist aber, daß er nicht wie gewöhnliche Transformatoren und Drosselspulen aus übereinandergeschichteten Blechen besteht, sondern daß diese Bleche in Spiralform oder Zylinderform aufgerollt sind, so daß in der Mitte des Kernes ein Hohlraum entsteht. Dieser Hohlraum ist durch eine Spule S₂ ausgefüllt.
Die Spulen S₁ und S₃ magnetisieren das Eisen also in zwei Richtungen, die um 90⁰ gegeneinander verschieden sind. Erregt man nun z. B. S₁ mit Gleichstrom und S₂ mit Wechselstrom von beispielsweise 50 Perioden, so überlagert sich dem Gleichstrom in S₁ ein Wechselstrom von doppelter Periodenzahl, in diesem Falle 100 Perioden. Man kann sich den Vorgang, wie dies auch schon in der Elektrotechnischen Zeitschrift geschehen ist, sehr leicht dadurch erklären, daß man sich vorstellt, die Molekularmagnete würden durch die unter go° angreifende magnetisierende Kraft pro Periode zweimal aus der Richtung hinweggerissen, welche ihnen durch die Magnetisierung von S₁ erteilt wird.

Die große Schwierigkeit besteht nun darin, die Bleche zu rollen und die Stoßfugen bei der Zusammensetzung der vier Kerne herzustellen, ohne daß zwischen den Blechen der Kerne auch gleichzeitig eine elektrische Verbindung bewirkt wird. Ist aber eine solche erst hergestellt, so bildet das Eisen gewissermaßen eine Sekundärwicklung, sei es zu S₁ oder S₂. In diesem Kurzschlußpfad würden Ströme entstehen, die nicht nur entmagnetisierend wirken, sondern auch ungeheure Verluste bedingen.

Nach vorliegender Erfindung ist nun ein Weg gefunden, um diese Schwierigkeit zu vermeiden, indem der Transformator in bekannter Weise aus Blechpaketen hergestellt wird.

Denkt man sich auf einem unterteilten Eisenkern zunächst in bekannter Weise eine Spule S₁ (Fig. 2) aufgewickelt, so müßte, um

nun eine gehörige Quermagnetisierung auf den diese Spule durchsetzenden Kraftlinienfluß auszuüben, ein ζλνείΐει- Kraftlinienstrom erzeugt werden, welcher um 90⁰ gegen den ersten versetzt ist.

In Fig. 2 ist eine Spule S₂ punktiert eingezeichnet, die geeignet wäre, den Querfluß zu erzeugen. Man erkennt aber gleich, daß es praktisch unmöglich ist, die Konstruktion in dieser Weise auszuführen, da die Kraftlinienflüsse die Win'dungen selbst und die Luft zu durchsetzen hätten. Der magnetische Widerstand des Luftweges würde ein Vielfaches des magnetischen Widerstandes des Eisens, der in diesem Fall »aktiver Widerstand« ist, betragen.

Man kann nun einen Schritt weitergehen und, wie in Fig. 3 gezeigt, die Spulen ,S₁ und S₂ j in Eisen einbetten und zwischen den einzelnen j Windungen oder Windungsgruppen hindurch dem Quer- und Längsfluß einen eisernen Pfad verschaffen. Man gewinnt auf diese Weise einen eisernen Rückschluß für die Kraftlinien. Nachteilig ist hierbei, daß sowohl der Eisenweg zwischen den Spulen hindurch wie im Rückschluß selber fast vollständig inaktiv ist, da nur im Eisen, das von beiden Spulen umschlossen wird, tatsächlich eine Quermagnetisierung stattfindet. Immerhin ist aber durch diese Anordnung die Möglichkeit gegeben, eine Frequenzverdoppelung durchzuführen, ohne daß sie aber die Verwirklichung vorliegender Erfindung vollständig gestattet.

Eine weitere Aufgabe ist es nun, die »toten Pfade« der Kraftlinien auf ein Minimum herabzudrücken, da sonst nicht nur die Leistungsfähigkeit des Frequenzumformers wesentlich heruntergedrückt wird, sondern auch durch die beträchtlichen Verluste in diesem Teil der Wirkungsgrad nur sehr klein wird. Wie. dies geschieht, zeigt die Fig. 4 als beispielsweise Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.

Hier ist E ein Eisenkern, den man sich in Ringform ausgeführt denkt, der aber ebensogut in der Art wie bei gewöhnlichen Transformatoren und Drosselspulen viereckig und aus mehreren Stücken zusammengesetzt sein kann. Dieser Eisenkern ist mit der Spule S₁ in gewöhnlicher Weise bewickelt, so daß, wenn man S₁ mit Gleichstrom erregt, der Kraftlinienfluß N₁ im Eisen entsteht. Die Wicklung für die Quermagnetisierung wird nun so in das Eisen eingebettet, daß der von ihr erzeugte Kraftlinienstrom nicht mehr wie nach den Fig. 2 und 3 die Spule S₁ senkrecht zu durchsetzen braucht, sondern im Eisen selbst verläuft; sie erzeugt einen zickzackförmigen Querfluß JV₂.

Da bei dem Quermagnetisierungsverfahren keine Richtung bevorzugt ist, so kann der Querfluß ohne Nachteile hin und her geleitet werden, anstatt eine gleichmäßige Richtung zu haben; hiermit fällt also ein großer Teil des »toten Pfades« fort.

Man kann nun noch einen Schritt weitergehen und auch den Kraftlinienfluß IV₁ zu einem Zickzackfluß machen. Die darauf hinzielende Anordnung ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist sowohl S₁ als auch S₂ in Eisen eingebettet, und nach dem hierbei sich ergebenden Kraftlinienverlauf stehen zum größten Teil die Kraftlinienrichtungen senkrecht aufeinander, so daß bei dieser Anordnung ein Minimum von »toten Pfaden« erzielt wird.

Eine derartige Anordnung führt jedoch noch nicht zu dem Ziel der praktisch günstig- ■ sten Ausführungsmöglichkeit. Vielmehr bietet besondere Vorteile eine Schaltungsanordnung, bei welcher die Wicklungen doppelt ausgenutzt werden. Schaltet man nämlich die beiden Wicklungen S₁ und S₁₁ hintereinander und schickt einen Strom hindurch, so ergibt sich der in Fig. 6 angedeutete Strom und Kraftlinienverlauf. Kehrt man nun den Stromlauf beispielsweise in S₂ um, so ändert sich der Kraftlinienlauf entsprechend Fig. 7. ■ Es ergibt sich alsdann eine Anordnung, wie sie in Fig. 10 als Zusammenfassung der Fig. 6 und 7 für eine beispielsweise Ausführungsform dargestellt ist. Auf dieser Erscheinung beruht das Verfahren, dieselben Wicklungen sowohl für Längs- als auch für Ouermagnetisierung auszunutzen.

Man schaltet, wie in Fig. 8 gezeigt, die beiden Wicklungen S₁ und S₂ zueinander parallel, jedoch so, daß zwischen den Wicklungen eine Drosselspule b eingeschaltet wird. Diese Drosselspule kann durch Kondensatoren oder eine Zusammenstellung von Kondensatoren und Drosselspulen ersetzt werden, die entsprechend abgestimmt sind. In vorliegendem Beispiel wird der Gleichstrom an den Verbindungsstellen der Drosselspule b mit den Spulen S₁- und S₂ zugeführt, es kann aber auch eine Gleichstromquelle in den durch die Spulen S₁ und S₂ soAvie durch die Drosselspule b gebildeten Kreis eingefügt werden, während der Wechselstrom für die Quermagnetisierung einmal an den Vereinigungspunkt α von S₁ und S₂, das andere Mal an den Mittelpunkt der Drosselspule b angeschlossen wird. Man erkennt, daß eine doppelte Ausnutzung der beiden Wicklungen sowohl für Quer- wie für Längsmagnetisierung stattfindet. Es bedarf wohl nicht der Erwähnung, daß die Wicklungen für Quer- und Längsmagnetisierungen vertauschbar sind.

Fig. 9 zeigt eine weitere Vereinfachung der zuletzt genannten Anordnung, wobei die Drosselspule b in Fortfall kommt. Hier sind die Längs- und Querspulen je in zwei Hälften S₁', S₁" und S₂', S₂" geteilt und in Brücken-

form geschaltet worden. Bezeichnet man die Brückeiipunkte mit a, b, c, d, so entsteht zwischen α und b die erhöhte Frequenz rein, wenn man zwischen c und d die niedrigere Frequenz zuführt. Statt der Zweiteilung kann eine Teilung in eine größere Zahl von Wicklungsabschnitten erfolgen. Die Schaltung läuft aber immer auf dasselbe hinaus: Abnahme der höheren Frequenz zwischen Purikten, für welche Spannungsgleichgewicht für die niedrige Frequenz besteht. Eine Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 9 ist in Fig. 11 angedeutet, in welcher die gleichen Bezugszeichen gelten.

Um denselben Umformer für eine mehrfache Frequenzsteigerung zu benutzen, kann man, wie dies auch schon in dem genannten Artikel in der Elektrotechnischen Zeitschrift gesagt wurde, eine zweckmäßige Anordnung von Kondensatoren und Drosselspulen in der Art wie in dem Patent 208260 verwenden. Statt dessen kann man auch, was freilich kostspieliger ist, mehrere Umformer in Kaskade schalten.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Frequenzverdoppelung durch die Wechselwirkung von längs- und quermagnetisierenden Kraftlinienflüssen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querkraftlinienfluß und der Längskraftlinienfluß sich mehr als einmal durchkreuzen.

2. Schaltungsanordnung zur mehrfachen Ausnutzung der magnetisierenden Wickhingen nach dem Verfahren gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wicklungen gleichzeitig die Ströme zur Quer- und zur Längsmagnetisierung führen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.