DE414804C - Einrichtung zur Steuerung von Wechselstromkreisen mit Hochfrequenzmaschinen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung* ist eine Einrichtung zur Steuerung von Hochfrequenzkreisen, insbesondere von Kreisen in Sendeanlagen der drahtlosen Telegraphie und Telephonie, die Hochfrequenzmaschinen und statische Einrichtungen zur Frequenzsteigerung enthalten. Die Einrichtung findet im wesentlichen Anwendung zur Steuerung der Kreise zum Zwecke des Tastens, Telephonierens, der Erzeugung von Tonfrequenzen, ferner zwecks Steuerung der Wellenlängen bzw. der Umdrehungszahl der Maschine unter Verwendung des an sich bekannten Mittels, die Induktanz eines Wechselstromkreises durch die Hilfsmagnetisierung von Eisendrosseln zu beeinflussen.

Dieses Mittel hat sich in der drahtlosen Telegraphie zwar als sehr brauchbar erwiesen, wurde aber bis jetzt noch nicht in der günstigao sten Weise ausgenutzt. Diese unzweckmäßige Ausnutzung der Steuerinduktanz steht damit im Zusammenhang, daß man es bis jetzt für nötig hielt, mit Rücksicht auf die Stabilität die Stromkreise der Anlage für eine etwas größere Frequenz als die ihnen aufgezwungene abzustimmen, also mit etwas nach der kapazitiven Seite verstimmten Kreisen zu arbeiten. Arbeitet man nämlich mit scharfer Resonanz der Kreise, d. h. sind die Kreise auf die von der Maschine gelieferte Frequenz bzw. auf die entsprechende Vielfache derselben scharf abgestimmt (also entsprechend den Gipfelpunkten α der Resonanzkurven der Kreise, Abb. 1), so arbeitet die Anlage unstabil, d. h. aus geringfügigen Ursachen, z. B. bei geringer Änderung der Tourenzahl der Antriebsmaschine, oder bei geringer Belastungsschwankung tritt leicht eine starke Änderung der Strombelastung der Maschine und starke Schwankung der Geschwindigkeit und damit auch der ausgesandten Wellenlänge ein. Noch weniger stabil wird sie, wenn man auf den absteigenden Ästen der Resonanzkurven arbeitet, d. h. wenn die Kreise für eine etwas kleinere als die ihnen aufgezwungene Frequenz abgestimmt sind.

Man hielt daher bis jetzt eine derartige Abstimmung für unzulässig und stimmte die Kreise — auch den Kreis, wo sich die' Steuerinduktanz befindet — auf eine größere Frequenz ab, d.h. für den aufsteigenden Ast c, a der Resonanzkurve.

Im Gegensatz zu diesem allgemeinen Brauch wird gemäß der Erfindung wenigstens ein Kreis, nämlich der der Steuerinduktanz, für das Arbeiten auf dem abfallenden Ast a, b seiner Resonanzkurve abgestimmt, während gleichzeitig zur Stabilisierung der Anlage die in der Beschreibung später angegebenen Mittel verwendet werden.

Bei dieser Abstimmung des erwähnten Kreises — wir wollen ihn kurzweg Steuerkreis nennen — kann man die Empfindlichkeit der Steuerung bedeutend steigern, was für Schnelltelegraphie und besonders für Telephonie von großer Wichtigkeit ist. Dieser Vorteil ergibt sich aus Folgendem:

Arbeitet man, wie bisher üblich, auf dem aufsteigenden Ast der Resonanzkurve des Steuerkreises (s.Abb. 1), also z.B. zwischen den Punkten A_x und A₁ so entspricht der Punkt A der Vollbelastung und A₁ einer Entlastung der Anlage. In der Abb. 1 ist die Abszisse ω L₁ d. h. die Induktanz, während die Ordinate /„, der Wechselstrom ist. Um von dem Punkt A₁ auf den Punkt A bei feiner gegebenen Winkelgeschwindigkeit ω zu kommen, muß die resultierende Selbstinduktion L

des Steuerkreises, wie die Abb. ι zeigt, vergrößert werden. Dazu ist es nötig, die Selbstinduktion der Steuerdrossel zu vergrößern. Da aber die Gleichstromerregung die magnetische Permeabilität und damit auch die Selbstinduktion der Drossel verkleinert, so muß die Anordnung so getroffen werden, daß der Punkt A₁ (Entlastung) der größten Gleichstrommagnetisierung und der Punkt A (Belastung, maximaler Wechselstrom /„,) der kleinsten Gleichstrommagnetisierung entspricht. Aus der Abb. ι geht ferner hervor, daß in diesem Falle bei einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit ω die Selbstinduktion L und natürlicherweise damit auch die Induktanz ω La im Punkte A am größten ist. Demnach ist auch die Klemmenspannung /„, · ω Ld der Drossel maximal beim maximalen Wechselstrom /„,, was eine große Aufnahme an Voltampere bedingt. Großer Voltarnpereverbrauch verursacht aber große Verluste, erfordert ferner große Abmessungen der Steuerdrossel, also bedeutende magnetische Beeinflussung, große Zeitkonstante und eine geringe Empfindlichkeit.

Arbeitet man dageg'en gemäß der Erfindung auf dem absteigenden Ast a, b der Resonanzkurve, z. B. zwischen dem Punkt B der maximalen Strombelastung und dem Punkt B₁ der Entlastung, so sieht man aus der Abb. 1, daß bei einer gegebenen Winkelgeschwindigkeit co die Selbstinduktion L des betreffenden Kreises, also auch die der Drossel, im Entlastungspunkte B₁ größer ist als im Belastungs- punkte B; dazu muß die Anordnung so getroffen werden, daß die größte Gleichstromorregung (die ja. wie bereits erwähnt, die magnetischen Eigenschaften des Eisens verschlechtert) dem Punkt B und die kleinste Gleichstromerregung dem Punkt ZJ₁ der Re< sonanzkurve entspricht. Aus der Abb. 1 ist ferner ersichtlich, daß in diesem Falle die größte Induktanz ω Ld der Drossel bei dem Enttastungspunkt B₁, also bei minimalem Wechselstrom /„., die kleinste Induktanz dagegen bei Punkt B, also bei maximalem Wert des Wechselstromes /„, der Drossel eintritt. Die Klemmenspannung der Drossel Ed — J_n- · ω Ld ist daher bei maximalem Strom ganz niedrig (da die Selbstindaktion L durch die Sättigung vernichtet wird und somit die Selbstinduktion ωΖ. kleiner wird). Dementsprechend wird auch der Voltampereverbrauch Ed Jd der Tastdrossel, da -der Faktor Ed sich an Null nähert, ebenfalls gering, so daß die Drossel kleine Dimensionen erhalten kann,

Aus dem Vorigen ist ersichtlich, daß für die Dimensianierung der Drossel beim Arbeiten auf dem aufsteigenden Ast der Umstand ungünstig ist, daß im Punkte A mit der höchsten Stromstärke auch die höchste Spannung ' zusammenfällt, während beim Arbeiten auf dem abfallenden Ast bei B hohe Stromstärke und kleine Spannung zusammenfällt, d. h. alse beim Arbeiten auf dem abfallenden Ast das Voltampereprodukt stets kleiner ist als auf dem ansteigenden Ast.

Ein weiterer 'Grund, warum -bei der Steuerung auf dem absteigenden Ast die Empfindlichkeit größer ist als bei der üblichen Steuerung auf dem ansteigenden Ast, besteht in .folgendem :

Im letzteren Fall muß nämlich bei großen Werten des Wechselstromes i_w der Gleichstrom ig Mein, bei kleinen Werten vom i_w 'dagegen muß i_g groß sein. Daher arbeiten die " Gleichstromänderung und die durch diese verursachte Wechselstromänderung in -ihrer Wirkung auf die Induktanz der Drossel einander entgegen. Wenn z. B. die Schwächung des Gleichstromes die Induktanz verstärkt, so sucht die dadurch hervorgerufene Vergrößerung des Wechselstromes die Induktanz -zu verkleinern. Arbeitet man dagegen- nach -der Erfindung auf dem abfallenden Ast der 'Resonanzkurve, so muß bei großen Werten voni_n, auch ig groß sein, ^bei kleinen Werten von i_w auch ig klein sein, die Änderung des Gleichstromes wird also hier in ihrer Wirkung auf die Drosselinduktanz durch die Änderung -des Wechselstromes unterstützt.

Die Erfindung stellt sich nun die_ Aufgabe, die bisher für unlösbar galt, das Steuern auf der abfallenden Seite der Resenain-zfcttrve durchzuführen. Es gelingt dies, wenn gleichzeitig Stabilisierungsmittel für die Anlage tenutzt werden. Die Erfindung gibt 'hierfür mehrere Lösungen. Eine Lösung 'ergibt-sieh z. B. dann, wenn gemäß Abb. 2 mehrere entsprechend abgestimmte Kreise hintereinandergeschaltet werden. -In der Abb. 2 bedeutet 1 die Hochfrequenzmaschine, 2, 3 und 4 sind beispielsweise ruhende Frequenzwandler, 5 ist die Antenne und' 6 die hilfsmagnetisierte, veränderliche Induktanz. Die Stabilisierung der Anlage geschieht dann wie iolgt:

Man -kann dann bei dem die Steuerdrossel enthaltenden Kreis, d. h. dem zweiten Kreis, auf der abfällenden Seite der Resonanzkurve arbeiten, wenn mindestens ein Kreis -oder sämtliche anderen Kreise der Anordnung auf dem aufsteigenden Ast der Resonanzkurve liegen. Diese Kreise halten dann -die Stabilität der ganzen Anlage aufrecht, denn die Abweichung «der Abstimmung des-die Steuerdrossei enthaltenden -Kreises von -der Maschinenfrequenz wird durch die nach - anderer Seite gehende Abweichung der anderen Kreise insofern kompensiert, als bei etwaiger Tourenvergrößerung der Maschine ihre 'Leistung und damit auch -ihr Drehmoment derart gesteuert werden, daß dadurch die Vergrößerung der

Drehzahl aufgehoben wird. Es ist hierbei vorteilhaft, die Steuerdrossel in der Antenne anzuordnen, da die Antenne von allen vorhandenen Kreisen die schärfste Resonanz besitzt und daher die Steuerung sehr wirksam wird. Es ist aber auch möglich, die Steuerdrossel in jedem anderen Kreis anzuordnen, und in dem Fall, daß vor den Frequenzsteigerern noch ein Spannungstransformator 7 liegt, wie Abb. 3 zeigt, kann man sogar die Drossel 6 in den Maschinenkreis selbst einschalten. Es bildet dann der Maschinenkreis und der Kreis 8 auf der Sekundärseite des Spannungstransformators zusammen einen Abstimmungskreis.

In Abb. 3 ist 2 der Antennenkreis bzw. der Eingangskreis des nächsten Frequenztransformators, während 1 die Hochfrequenzmaschine darstellt.

Für den Fall, wenn keine Frequenzwandler vorhanden sind, werden gemäß der Erfindung besondere Zwischenkreise eingefügt, wie das z. B. Abb. 4 schematisch darstellt. Zwischen dem. Kreis der Hochfrequenzmaschine 1 und der Antenne 5 liegt ein derartiger Abstimmungskreis 9, der entweder die Steuerdrossel 6 enthält und dann auf den abfallenden Ast der Resonanzkurve eingestellt wird, während die Antenne 5 auf dem aufsteigenden Ast liegt oder zur Stabilisierung dient, wenn die Steuerdrossel 6 in die Antenne geschaltet wird. Bei dieser Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes kommen somit zwei Möglichkeiten in Betracht. Entweder liegt die Tastdrossel in einem besonderen Abstimmungskreis 9, der dann auf eine längere Welle (abfallender Ast) und der Antennenkreis auf eine etwas kürzere Welle (aufsteigender Ast) als die Nutzwelle abgestimmt ist, oder aber liegt die Tastdrossel im Antennenkreis, der dann auf eine etwas längere Welle (abfallender Ast) abgestimmt ist, während der Stabilisierungskreis 9 in diesem Falle auf eine kürzere Welle (aufsteigender Ast) abgestimmt ist. Eine andere Lösung des Problems, auf der absteigenden Seite der Resonanzkurve zu arbeiten, ist nach der weiteren Erfindung dadurch gefunden, daß durch besondere Maßregeln die Periodenzahl der Anlage konstant bzw. stabil gemacht wird, d. h. durch Anwendung besonderer Steuerungsmittel erzwungen wird. Man kann dieses beispielsweise durch automatische Tourenregulierung bewirken, und zwar ebenfalls durch Anwendung hilfsmagnetisierter Drosseln. Man bringt die Gleichstrommagnetisierung der steuerbaren Drossel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Hochfrequenzmaschine, und zwar derart, daß mit zunehmender Geschwindigkeit der Ma- , schine die Gleichstrommagnetisierung zunimmt ' und die Selbstinduktion der Drossel abnimmt.

^! Auf diese Weise kann bei etwaiger Zunahme der Winkelgeschwindigkeit ω das Produkt ω L ; konstant oder angenähert konstant bleiben.

Man schaltet z. B. gemäß Abb. 5 in Reihe \ mit der Antenne 5 eine beispielsweise durch , Gleichstrom magnetisierte Drossel 10 ein, die auch gleichzeitig zum Tasten und Telephonieren dienen kann, und macht die Magnetisierung, ι Wicklung 11, von der Tourenzahl des Motors 12 derart abhängig, daß mit zunehmender Tourenzahl der Magnetisierungsstrom zunimmt, während die Selbstinduktion abnimmt. Dieses geschieht am einfachsten, wenn man die Magnetisierung einem kleinen Generator 13 entnimmt, der direkt oder indirekt vom Motor 12 angetrieben wird. Die zwischen Maschine und Antenne verwendeten Frequenzsteigerer sind in der Abb. 5 im Interesse der Übersichtlichkeit weggelassen. 1 bedeutet die Hochfrequenzmaschine.

In den Abb. 6 bis 10 sind eine Anzahl von Schaltungsbeispielen dargestellt, die die Ausführung der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Tasten, Telephonieren und zur Erzeugung von Tonfrequenzen veranschaulichen. In Abb. 6 bedeuten 14 die Wechselstromwicklungen einer Steuerdrossel, 15 die Gleichstromwicklung, die aus der Gleichstrommaschine 16 über einen Vorschaltwiderstand 17 Strom erhält. 18 ist die Taste, die so geschaltet ist, daß beim Niederdrücken die Gleichstromwicklung 15 kurzgeschlossen wird. Da nun beim Tasten kein Gleichstrom durch die Drossel geht, ist ihre Selbstinduktion jjroß, und der Antennenstrom sowie die Ströme in den auf den Steuerkreis folgenden Abstimmkreisen verschwinden vollkommen. Wird dagegen die Taste 18 geöffnet, so geht Gleichstrom durch die Wicklung und vernichtet die Selbstinduktion der Drossel, so daß überall sich sofort die Maximalströme wieder einstellen.

In der Abb. 6 bedeutet ferner 1 die Hochfrequenzmaschine, 2 den abstimmbaren Zwischenkreis, 3 und) 5 die Antenne.

In der Schaltung nach Abb. 7 besteht die Steuerdrossel aus gegeneinandergeschalteten Wicklungsteilen 19, deren Sekundärseiten über einen Kondensator 20 oder einen anderen Wechselstromwiderstand geschlossen sind. Der Kondensator 20 wird so dimensioniert, daß er einen Kurzschluß für die sekundären Hochfrequenzspannungen bildet. Parallel zur Gleichstromwicklung 15 liegt ein weiterer Kondensator 21. Die Taste 18 ist parallel zum Widerstand 17 und zu einem zweiten Widerstand 22 hintereinandergelegt.

Es hat sich gezeigt, daß durch diese Art des Tastens mittels Kurzschlußdrossel in Verbindung mit der Einstellung des zu steuernden Kreises auf dem abfallenden Ast der Re-

Claims (8)

1. sonanzkurve ein außerordentlich rasches Zeichengeben gegenüber der bekannten Methode der Gleichstrombeeinflussung von Frequenztransformatoren ermöglicht wird. Da die Drossel selber im Vergleich zu Frequenztransformatoren sehr klein dimensioniert werden kann, so kann nach dem neuen Verfahren mit sehr kleinen Strömen getastet werden.
   In ähnlicher Weise wie das Tasten kann

   ίο auch das Telephonieren und die Überlagerung von Tonfrequenzen vorgenommen werden. Das Prinzip der Schaltung zur Tonüberlagerung zeigt die Abb. 8; hier bedeutet 6 die Steuerdrossel, deren Gleichstromwicklung von einer Tonfrequenzmaschine 23 über die Taste 18 gespeist wird. Parallel zur Gleichstromwicklung liegt ein Kondensator 24, der zweckmäßig zusammen mit der Gleichstromwicklung auf die Tonfrequenz abgestimmt wird. Für die Hochfrequenz bildet er dann im allgemeinen einen Kurzschluß. Auch hier kann eine Drossel mit gegeneinandergeschalteten Primärwicklungen 19 und einem Kurzschlußkondensator 20 benutzt werden, wie es Abb. 9 zeigt. An Stelle einer einzigen Hilfsmagnetisierungswicklung ist es aber.zweckmäßig, zwei Wicklungen 25 und

   27 mit je einem Parallelkondensator 26 bzw,

   28 zu benutzen. Von diesen beiden Wicklungen 25 und 27 wird die eine (27) von einer Gleichstromquelle 16 gespeist, während an die andere Wicklung (25) die Mittel zur Tonüberlagerung oder beim Telephonieren die Organe zur Sprachbeeinflussung angeschlossen werden. Hierdurch wird erreicht, daß die Selbstinduktion der Steuerdrossel stets auf einem mittleren Wert gehalten wird, so daß die Wechselstromquelle annähernd nur die Hälfte der Leistung hat und demgemäß auch die Taste entlastet wird.

   Gemäß Abb. 10 kann man die beiden Wicklungen 25, 27 der Abb. 9 zu einer einzigen Spule 29 vereinigen. 30 ist hierbei ein Blockkondensator, der verhindert, daß Gleichstrom in die Tonquelle 23 eindringt. Statt der Tonmaschine 23 kann in dieser Schaltung auch ein Mikrophon zum Telephonieren benutzt werden. Die übrigen Bezugszeichen der Abb. 10 stimmen mit denen der Abb. 9 über-· ein.

   Pate ν i-Ansprüche:

   I. Einrichtung zur Steuerung von Wechselstromkreisen mit Hochfrequenzmaschinen, insbesondere mit statischen Frequenzwandlern, durch hilfsmagnetisierte Eisendrosseln, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisefrequenz für den Steuerkreis auf dem abfallenden Ast der Abstimmungskurve dieses Kreises eingestellt ist unter gleichzeitiger Anwendung von Stabilisierungsmitteln.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein mehrerer Abstimmkreise, z. B. mehrerer hintereinandergeschalteter Frequenzwandler, ein Teil oder sämtliche Kreise, ausgenommen den Steuerkreis, auf dem aufsteigenden Ast der Resonanzkurve arbeiten.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anlagen ohne Frequenzsteigerer ein besonderer Zwischenkreis vorgesehen ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanz der Periodenzahl der Maschine durch besondere, zweckmäßig automatische Steuermittel erzwungen wird.
5. 5.-Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks automatischer Konstanthaltung der Periodenzahl der Maschine die Hilfsmagnetisierung der Steuerdrossel bzw. einer besonderen Drossel von der Umdrehungszahl 'der Maschine abhängig gemacht ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromwicklung der Steuerdrossel aus gegeneinandergeschalteten Wicklungsteilen besteht, wobei die Sekundärklemmen durch go einen Kondensator oder anderen Wechselstromwiderstand solcher Größe geschlossen sind, daß ein Kurzschluß für die sekundären Hochfrequenzspannungen, nicht aber für Niederfrequenzströme entsteht,
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Telegraphiertaste mit einem Widerstand im Gleichstromkreis der Steuerdrossel so zusammenwirkt, daß die Selbstinduktion der Drossei im Wechselstromkreis beim Zeichengeben aufgehoben wird.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Tonüberlagerung oder der Telephonie die Hilfsmagnetisierungswicklung bzw. zwei voneinander getrennte Hilfswicklungen der Steuerdrossel den Gleichstrom und den Ton- oder Sprachwechselstrom aus zwei getrennten Stromquellen erhalten. no

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.