DE286531C

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Publication number: DE286531C
Application number: DENDAT286531D
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KAIS

PATENTAMT.

in BERLIN.

Wirkt in einem' beliebig gearteten Stromkreis, der z. B. Kapazität, Selbstinduktion und Widerstand enthalten möge, eine rein sinusförmige elektromotorische Kraft, so ist sowohl der Strom als auch die Spannung an Kapazität, Selbstinduktion und Widerstand rein sinusförmig, sofern die Bedingung erfüllt ist, daß Kapazität, Selbstinduktion undWiderstand konstant sind, d. h. ihre Größe weder

ίο zeitlich noch mit der Intensität der Ströme irgendwie ändern. Ist jedoch auch nur eine dieser Größen nicht konstant, sondern vom Strom abhängig, so treten sofort höhere Harmonische des Stromes und der Spannung im Kreise auf. Durch besondere Mittel ist es dann möglich, die höheren Harmonischen auszunutzen und damit eine Frequenzsteigerung zu erhalten.

Die Aufgabe, einen Wechselstrom gegebener Frequenz in einen Wechselstrom höherer Frequenz mit Hilfe ruhender Einrichtungen zu verwandeln, läuft also darauf hinaus, in dem angeschlossenen Stromkreis nicht konstante, sondern mit dem Strom veränderliche elektrische Größen (Kapazität, Selbstinduktion, Widerstand usw.) vorzusehen, und zwar muß mindestens eine dieser Größen variabel sein. Hierbei kann die treibende elektromotorische Kraft rein sinusförmigen Verlauf haben. Ist dies nicht der Fall, sondern enthält dieselbe bereits ah sich höhere Harmonische, so kann man natürlich stets die höheren Harmonischen allein nutzbar machen und somit eine scheinbare Frequenzsteigerung erhalten.

Im folgenden soll stets angenommen werden, daß die treibende elektromotorische Kraft eine

rein sinusförmige ist. Es sind dann zwei Fälle möglich:

a) der erzeugte Strom ist rein sinusförmig;

b) der erzeugte Strom ist verzerrt.

Beide Fälle können eine Frequenzsteigerung ergeben. Es wird zwar im allgemeinen der Fall b) eintreten, d. h. der Strom wird verzerrt sein. Durch besondere Mittel (z. B. Vorschaltung großer Selbstinduktionen bzw. resonanzfähiger Systeme) läßt sich jedoch eine beliebige Annäherung an reine Sinusform des Stromes erreichen, ohne daß die Möglichkeit des Auftretens gesteigerter Frequenz an bestimmten Stellen des Stromkreises verhindert wird. Verfahren, welche — rein prinzipiell — mit sinusförmiger, treibender elektromotorischer Kraft und sinusförmigem Strom arbeiten können, sind diejenigen von JoIy und L a h m e y e r. Wie die Frequenzsteigerung bei diesen Verfahren bewirkt wird, ist hinreichend bekannt, und braucht hier nicht auseinandergesetzt werden. Im Gegensatz zu diesen Verfahren erfolgt die Frequenzsteigerung bei der vorliegenden Erfindung in einer Weise, welche Ähnlichkeit hat mit einem bei Steinmetz, »Theorie und Berechnungen der Wechselstromerscheinungen«, Berlin 1900,

S. 118 bis 123, auseinandergesetzten Verfahren. Dort ist gezeigt, daß, wenn man eine Drosselspule mit Eisenkern an eine Wechselspannung von sinusförmigem Verlauf legt, die Kurve des Stromes keine Sinuskurve, sondern eine verzerrte Kurve bildet. Es treten dann -■ infolge variabler Permeabilität des Eisens höhere ungerade Harmonische in der Stromkurve auf, unter denen besonders die dritte

stark ausgeprägt ist. Diese Harmonischen, die sich namentlich bei Verwendung von geschlossenen Eisenkernen und bei hohen Sättigungen bemerkbar machen, kann man durch Resonanzkreise herausfiltrieren. Leider ist der damit erzielbare Effekt aber nur schwach. Die vorliegende Erfindung bildet dies Verfahren weiter aus. Es hat sich geneigt, daß die Verzerrung der Stromkurve und damit die

ίο Amplitude der höheren Harmonischen sich wesentlich steigern läßt, wenn man dem Eisen der Drosselspule eine Hilfsmagnetisierung erteilt, und zwar wird, wenn man den Strom sinusförmig hält, die Amplitude der höheren Harmonischen der Spannung größer, und wenn man die Spannung sinusförmig hält, die Amplitude der höheren Harmonischen des Stromes. Die Mittel zur Entnahme der höheren Frequenz sind folgende: 1. bei verzerrter Spannungskurve ein an die hilfsmagnetisierten Drosseln angeschlossenes Resonanzsystem, .2. bei verzerrter Stromkurve ein Transformator, Autotransformator oder eine Kapazität mit parallel geschaltetem Verbrauchskreis.

Es ist nun zu beschreiben, wie die Hilfsmagnetisierung der Eisendrosseln wirkt. In der beiliegenden Zeichnung bedeutet α den Netzanschluß, b und c sind Eisendrosseln, denen eine Hilfsmagnetisierung erteilt werden kann. / ist ein Kondensator, der zur teilweisen oder völligen Kompensierung der Induktivitäten des Stromkreises dient, während d ein Transformator mit abstimmbarem Sekundärsystem ist. A bezeichnet den Primärkreis, B den Sekundärkreis, in welchem die höhere Frequenz nutzbar erhalten wird. Denkt mau sich zunächst die Drossel c fort, und erteilt b eine Hilfsmagnetisierung, so daß z. B. die negative Halbperiode des Wechselstromes stark gedrosselt wird, während die positive fast ungehindert hindurchtreten kann, so entstehen in dem Transformator d, rein schematisch betrachtet, durch Pausen von einer halben Periode getrennte gleichgerichtete Wechselstromimpulse, welche im Transformator d transformiert werden und im Sekundärkreis B Ströme doppelter und höherer gerader Frequenzen ergeben.

Selbstverständlich wirkt der Kondensator / so. daß die Koulombzahlcn des Stromes für beide Halbperioden stets gleich bleiben. Die Stromkurve weicht aber doch erheblich von der Sinusform ab, und zwar enthält sie verstärkt ausgeprägte gerade Harmonische, welche ini Kreis B zur Wirkung gebracht werden.

Fügt man die Drosselspule c hinzu und magnetisiert sie in demselben Sinne wie b, so wird die eben für b beschriebene Wirkung ver- ' stärkt. Magnetisiert man sie jedoch im entgegengesetzten Sinne, so ist keine Halbperiode vor der anderen bevorzugt. Der Strom wird dann wieder einen symmetrischen Verlauf erlangen, weicht jedoch auch jetzt, wie das Experiment zeigt, viel stärker von der Sinusform ab als ohne Hilfsmagnetisierung der Drossein b und c. In diesem Fall erhält man in dem Kreis B stark ausgeprägte ungerade Harmonische, dreifache, fünffache, siebenfache, neunfache usw., oder wenn man b und c nicht gleich stark hilfsmagnetisiert, alle höheren Harmonischen verstärkt. Die Zeichnung zeigt nur ein Beispiel für induktive Entnahme der höheren Frequenzen; für kapazitive Entnahme würde man das Verbrauchssystem (vorzugsweise abgestimmt) parallel zum Kondensator / schalten.

Ist die Spannung an den Punkten α nicht sinusförmig", sondern verzerrt, wobei der Strom sinusförmig sein kann, so schaltet man das Verbrauchssystem einfach parallel zu den hilfsmagnetisierten Eisendrosseln.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Frequenzsteigerung eines Wechselstromes unter Verwendung eisenenthaltender Drosselspulen in Ein- oder Mehrzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannte Wirkung von Eisenspulen, höhere Harmonische des go Stromes oder der Spannung hervorzurufen, verstärkt wird durch Hilfsmagnetisierung der Eisendrossel.

2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der geraden Harmonischen entweder nur eine oder mehrere gleichsinnig hilfsmagnetisierte Eisendrosseln verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrcrer Eisenkerne zur besonderen Verstärkung ungerader Harmonischer die Eisenkerne entgegengesetzt hilfsmagnetisiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verzerrung der Stromkurve die höhere Frequenz einem eingeschalteten Stromtransformator (z. B. einem Autotransformator) oder einer Kapazität entnommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei verzerrter Spanriüngskurve die höhere Frequenz einem an das System von hilfsmagnetisierten Eiseudrosseln angeschlossenen, abgestimmten Schwingungskreis entnommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.