DE422871C - Anordnung zum Steuern von Apparaten (Transformatoren, Drosseln u. dgl.) und Maschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 15. DEZEMBER 1325

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 a GRUPPE (T 29487

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. November 1924 ab.

Es wurde vorgeschlagen, die mittels Steuerströme geregelten Apparate (Frequenzwandler, Tastdrossel u. dgl.) und Maschinen derart auszuführen, daß sowohl für die steuernden wie auch für die gesteuerten Ströme eine und dieselbe Wicklung benutzt wird. Dadurch erspart man sich eine besondere Steuerwicklung und bringt das ganze Feld der Steuerströme zur Wirkung.

In Abb. ι ist beispielsweise eine derartige bekannteAnordnung für Frequenztransformatoren oder Tastdrosseln (sog. Osnossche Rhombusschaltung) zur Darstellung gebracht. Hier ist eine z. B. aus vier Teilen O₁, O₂, O₁', O₂' bestehende Wicklung in der Richtung k_ls k„ von den Hochfrequenzströmen und in der Richtung I₁,1₂ von Hilfsmagnetisierungsströmen, z. B. Strömen niedriger Frequenz, oder am besten vom Gleichstrom einer Batterie b durchflossen. Die Feldrichtungen der Hochfrequenzströme (im gegebenen Moment) sind in der Zeichnung durch die voll ausgezogenen und die Feldrichtungen der Gleichströme durch punktierte Pfeile angedeutet. Die Wicklungen O₁, a„, C₁', und O₂' können jede auf einem zugehörigen Eisenkörper angebracht werden oder — bei nur zwei Eisenkörpern — derart, daß das eine in bezug auf die Hochfrequenzströme und Gleichströme übereinstimmende Wicklungspaar O₁, O₂' auf dem einen und das andere übereinstimmende Paar o₂, O₁' auf dem anderen Eisenkörper liegen oder schließlich — bei nur einem, aber dreischenkligem Eisenkörper—so, daß das eine erwähnte Paar auf dem einen und das andere Paar auf dem anderen Schenkel angeordnet ist.

Bei der Verwendung dieses Apparates als eine reine Steuerungsdrossel (Tast-bzw. TeIephoniedrossel) erfolgt das Steuern durch Aus- und Einschalten oder durch die Änderung des in der Richtung I₁, L zugeführten Stromes, die

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Mendel Osnos in Berlin.

an den Klemmen I₁,I₂ auftretenden höheren Harmonischen gerader, insbesondere doppelter Frequenz, sind durch einen Kondensator C kurzgeschlossen.

Bei der Verwendung des Apparates als Frequenzwandler kann man als Sekundärklemmen entweder die Klemmen £_w k₂ (hauptsächlich für die ungeraden vielfachen Frequenzen) oder die Klemmen I₁,I₂ (hauptsächlich für die ίο geraden Vielfachen) benutzen. In diesem letzteren Fall wird der Kurzschlußkondensator C durch einen Verbrauchskreis für die sekundäre Frequenz ersetzt und die Batterie 6 durch eine Drossel d geschützt. Getastet wird hier entweder mittels des Frequenztransformators selbst oder mittels einer besonderen Tastvorrichtung an irgendeiner passenden Stelle der Anlage. Beim Tasten mittels des Frequenztransformators kann man die Verhältnisse nach Wunsch so treffen, daß die Verstimmung der Anlage entweder durch Einschalten oder durch Unterbrechung oder auch durch Änderung des Steuerstromes hervorgebracht wird. Wird der Apparat ausschließlieh als Frequenzwandler benutzt, so dient der Steuerstrom in der Achse I₁, I₂ nur dazu, um an den Klemmen I₁,1₂ sekundäre gerade Frequenzen zu erzeugen. In diesem Fall wird der erregende Gleichstrom im Sinne der Erfindung als Steuerstrom bezeichnet (insofern durch seine Einstellung die gewünschte sekundäre gerade Frequenz eingestellt werden kann).

Die geschilderte bekannte Anordnung hat nun einen sehr wichtigen Nachteil: Da die Steueramperewindungen wesentlich dieselbe Größenanordnung haben müssen wie die gesteuerten Wechselstromamperewindungen, so muß infolge der Identität der Windungszahlen der beiden Stromsysteme der Steuerstrom dieselbe Größenanordnung haben wie der zu steuernde Strom, im allgemeinen also verhältnismäßig groß sein. Das führt aber oft zu großen Schwierigkeiten: Die Tastapparate fallen zu massiv aus und ergeben eine schlechte Stromunterbrechung bzw. Stromänderung, auch muß man oft als Gleichstromquelle eine abnormale Maschine für einen großen Strom und kleine Spannung verwenden. Insbesondere wird das Telephonieren durch die erforderliche Größe des Sprechstroms sehr erschwert.

Die vorliegende Erfindung gibt nun Mittel in die Hand, diese Schwierigkeit zu umgehen und den Steuerstrom auf einen beliebigen Bruchteil des gesteuerten Stromes zu reduzieren. Der Erfindungsgedanke besteht darin, die Wicklungen in eine beliebige Anzahl von Teilen zu zerlegen, die von den zu steuernden Strömen parallel und von den Steuerströmen in Serie durchflossen werden.

Einige Ausführungsbeispiele veranschaulichen den Erfindungsgedanken.

In Abb. 2 ist jede der Wicklungsgruppen I, 11, III ähnlich mit dem Wicklungsviereck (Abb. 1). Auch die Bezeichnung der Klemmen jeder Gruppe der Batterie, ihrer Schutzdrossel, ihres Parallelkondensators und der Strombzw. Feldrichtungen sind die gleichen wie in Abb. i. In der gezeichneten Schaltung wird die Anordnung als Tastdrossel verwendet.

Die drei Wicklungsgruppen liegen parallel in bezug auf die die gemeinschaftlichen Klemmen K₁, K₂ durchfließenden Hochfrequenzströme in Reihe in bezug auf die über die Klemmen L₁, L₂ fließenden Steuerströme. Die Kondensatoren C₂ sperren den Steuerströmen den Weg über die Verbindungsklemme K₁ ab und zwingen sie, durch die oberen Seiten der Wicklungsvierecke zu fließen; die gleiche Rolle spielen die Kondensatoren C₂ in Dezug auf die unteren Hälften der Wicklungsvierecjse. Außerdem dienen die Kondensatoren C₁ und C₂ als Kurzschlüsse zum Ausgleich der oberen Harmonischen, insbesondere der geraden Vielfachen. So z. B. gleichen sich die in der Wicklung a₂ des Vierecks I und in der Wicklung a₂ des Vierecks II erzeugten geraden Vielfachen über die zugehörigen Klemmen k₂, Kondensatoren C₂ und die Verbindungsklemme K₂ aus. Ähnlich verhält es sich mit anderen Wicklungsteilen, mit Ausnahme derer, die an den Endklemmen L₁, L₂ liegen. Bei diesen erfolgt der Ausgleich durch den Kondensator C. Übrigens ist der Kondensator C nicht immer notwendig: Liegt z. B. bei der Gruppe I die Wicklung a.₂ auf demselben Eisenkörper wie die Wicklung Ci₁, so kann eine genügende Abdrosselung der abzudämpfenden Harmonien bereits durch die Ausgleichsströme der Wicklung O₁' (über K₁) erfolgen.

Was die Anordnung der Eisenkörper betrifft, so hat man eine ziemlich weitgehende Freiheit in ihrer Wahl: Man kann z. B. für jedes Wicklungsviereck einen eigenen dreischenkligen Eisenkörper oder ein System von zweischenkligen i\.örpern verwenden, wie dies bei der Erklärung der Abb. 1 angegeben ist. Man kann aber auch für alle Vierecke einen gemeinsamen dreisclienkligen Körper oder ein Paar oder mehrere gemeinsame zweischenklige Körper verwenden. Schließlich kann man einzelne Gruppen der WicklungsVierecke je auf einen zugehörigen Körper oder Körpersystem anbringen.

Bei Benutzung von gemeinschaftlichen Eisenkörpern bzw. Systemen für verschiedene \'ierecke ist es ratsam, die elektrisch symmetrisch liegenden Teile der verschiedenen Vierecke auch magnetisch symmetrisch anzubringen: So z. B. kann man die ähnlich gelegenen

Seiten α₂ verschiedener Vierecke auf einem und demselben Körper nebeneinander-, übereinander- oder ineinandergreifend anordnen. Will man die Anordnung nach Abb. 2 auch als Frequenztransformator verwenden, so müssen zwar die Kondensatoren C₁ sowie die Kondensatoren C₂ verbleiben (zur Sperrung des Weges über K₁ bzw. K₂ für die Steuerströme), aber nicht mehr als Ausgleichsmittel

ίο für die sekundäre Frequenz — die jetzt als Nutzfrequenz gebraucht wird — dienen.

Für diesen Zweck kann jedem Kondensator C₁ bzw. C₂ eine entsprechende Abstimmdrossel Z₁ bzw. Z₂ vorgeschaltet werden, wobei j edes Abstimmelement C₁, Z₁ bzw. C₂, Z₂ auf die primäre Frequenz ganz oder teilweise abgestimmt ist, für die sekundäre Frequenz aber so gut wie eine Sperre bietet. Die sekundäre Nutzfrequenz kann dann den Endklemmen L₁,

ao L₂ entnommen werden, wenn man den Kondensator C durch einen entsprechend abgestimmten Verbrauchskreis ersetzt. Will man schließlich die Klemmen K₁, K₂ auch als Sekundärklemmen benutzen (was besonders für die ungeraden Vielfachen in Betracht kommt), so wäre es zweckmäßig, die Absperrwege als doppelwellige, sowohl auf die primäre als auf sekundäre Frequenz abgestimmte Systeme auszubilden.

Besondere Vorteile bietet die Anordnung nach der Erfindung, wenn man als Tastdrossel bzw. als Frequenzwandler einen einzigen Leiter (Draht, Stab, Band usw.) aus stromleitendem Material, am besten Kupfer, benutzt, der von einer dünnen Haut aus ferromagnetischem Material, am besten Eisen, überzogen ist. Diese Haut kann durch Auf- j wickeln von feinem Eisenhaardraht in einer I oder mehreren Schichten oder als galvanischer Niederschlag, mittels Spritzgutverfahrens usw. mit oder am besten ohne Isolierung angebracht werden. \

Derartige Stromleiter ermöglichen es, ganz kurze Wellen zu erzeugen; sie arbeiten besonders günstig, wenn sie heiß sind, am besten in der Nähe der magnetisch kritischen Temperatur des Eisens. Abb. 3 zeigt eine beispielsweise Anordnung mit derartigem Stromleiter zur Verwendung als Tast- oder Tetephoniedrossel oaer als Frequenzwandler.

Die Klemmen k_v k₂ bzw. I₁, I₂ spielen hier dieselbe Rolle wie bei den vorher beschriebenen Anordnungen: Den Klemmen I₁, I₂ werden auch hier Steuerströme (Gleichstrom, Taststrom, Sprechstrom) zugeführt, und denselben Klemmen können auch im Falle der Verwendung als Frequenzwandler, ähnlich wie bei Abb. i, die vielfachen geraden Frequenzen entnommen w-erden. Die Klemmen k_lt k₂ führen — bei der Verwendung als Tastdrossel — die zu steuernden Hochfrequenzströme, und im Falle der Verwendung als Frequenzwandler können sie außer den Strömen primärer Frequenz auch die Ströme sekundärer iTequenz, hauptsächlich ungerade Vielfache (aber nach Wunsch auch gerade Vielfache und Quasi-Harmonische) führen. Der Leiter ist in der Zeichnung angenähert bifilar in bezug auf die Ströme der Achse I₁,1₂ dargestellt, er könnte auch angenähert bifilar in bezug auf die Ströme der Achse A₁, k_z angeordnet sein oder am besten in bezug auf die beiden Achsen;.das letztere wird erreicht, indem man z. B. die in Abb. 3 dargestellte Leitergestalt noch um die Achse I₁,1₂ gerade umbiegt, so daß sich die Klemmen U₁ und k₂ einander nähern; man kann auch den Leiter nicht oder nur an der Mitte bifilar biegen, sondern an mehreren Stellen zickzackartig.

Eine annähernd bifilare Anordnung für die Steuerströme (Tast- und Sprechströme) ist insbesondere für Telephonic überaus günstig, weil dann infolge des induktionslosen Weges des Sprechstromes die Obertöne leichter durchgelassen werden und somit eine bessere Klangfarbe erreicht wird.

Abb. 4 zeigt nun die Anwendung der Erfindung auf eine Tastdrossel nach Abb. 3: Auch hier sind die einzelnen Elemente der in Abb. 3 dargestellten Art mittels ihrer Klem- go men A₁ bzw. k₂ parallel für die gesteuerten Ströme und mittels ihrer Klemmen I₁, I₂ hintereinander für die Steuerströme verbunden. Bei der gezeichneten Anzahl der Elemente wird also der Steuerstrom auf ein Zehntel reduziert. Im übrigen ist die Schaltung nach der Analogie mit der Abb. 2 ohne weiteres verständlich.

Will man die vorher beschriebene Anordnung als gleichstromerregten Frequenzwandler zur Erzeugung von geraden vielfachen Harmonischen an den Klemmen L₁, L₂ benutzen, so wird man zweckmäßig, wie dies in Abb. 5 gezeigt ist, auch hier wiederum jedem Kondensator C₁ bzw. C₂ eine Induktanz Z₁ bzw. Z₂ vorschalten, die für die vervielfachte Frequenz eine Sperre bildet, aber mit ihrem Kondensator auch die Grundfrequenz ganz oder teilweise abgestimmt ist; der Parallelkondensator C wird dabei durch einen entsprechend abgestimmten Verbrauchskreis ersetzt.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen war als Grundelement der Reihenparallelschaltung ein Wicklungsviereck nach Art der Abb. 1 oder ein Leiterviereck nach Art der Abb. 4 genommen. In den Rahmen der Erfindung fallen auch Anordnungen mit anders beschaffenen Grundelementen, wenn diese Elemente Teile enthalten, die gemein- iao schaftlich von den gesteuerten und steuernden Strömen durchflossen sind. Ein Beispiel für

ein derart beschaffenes Element zeigt z. B. Abb. 6; hier sind nur die Teile α und a' die vom Eisen beeinflußten Organe, z. B. die auf Eisenkörper angebrachten Wicklungen oder die Hochfrequenzleiter mit Eisenhaut. Die zwei anderen Seiten des Vierecks sind durch die Kondensatoren C und C ersetzt, denen noch unter Umständen entsprechende, mit ihnen abgestimmte Luftdrosseln Z und Z' vorgeschaltet werden können; die Klemmen k_v k₂ und I₁, I₂ haben hier dieselbe Bedeutung wie bei den Viereckelementen.

Die Abb. 7 zeigt eine Verbindung derartiger Elemente (aus mit Eisen überzogenem Kupf er-1.5 leiter) gemäß der Erfindung; auch hier wird der Steuerstrom den Klemmen L₁, L₂ und der gesteuerte Strom den Klemmen K₁, K₂ zugeführt. Bei der Verwendung des Apparates als Tast- bzw. Telephoniedrossel ist es sehr wichtig, daß er nicht nur, wie gezeichnet, für die Steuerströme, sondern auch für die gesteuerten Ströme bifilar ist.

Die Erfindung läßt sich auch auf Maschinen anwenden, bei denen die Gleich- und Wechselströme in ein und denselben Wicklungen fließen.

Claims (13)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Anordnung zum Steuern von Apparaten (Transformatoren, Drosseln u. dgl.) und xViaschinen mit für die Steuerströme und für die zu steuernden Ströme gemeinschaftlichen Wicklungen bzw. Leitern, insbesondere für Zwecke der Hochfrequenztechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen bzw. Leiter in mehrere Gruppen aufgeteilt sind, die in bezug auf die zu steuernden Ströme parallel und in bezug

   +0 auf die Steuerströme in Reihe liegen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe ein Wicklungs- bzw. Leiterviereck ist, bei dem ein Paar Gegenecken als Klemmen für die Steuerströme dient.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als reine Steuerdrossel (Tast-, Telephoniedrossel u. dgl.) das andere Paar der Gegenecken als Klemmen für die gesteuerten Ströme dient.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Frequenzwandler (mit oder ohne Tasten bzw. Telephonieren in seinem Steuerkreis) das andere Paar der Gegenseiten als Klemmen für den primären Strom dient und der Sekundärstrom entweder dem einen oder dem anderen Klemmenpaar entnommen wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Wege der gesteuerten Ströme (bzw. der Primärströme bei Frequenzwandlern) an beiden Enden jedes Schaltungselementes vor ihrer gemeinschaftlichen Verbindung Kondensatoren angebracht sind, die einerseits die Steuerströme von dieser gemeinschaftlichen Verbindung absperren und anderseits (bei Verwendung als Tast- bzw. Telephoniedrossel) als Kurzschlußwege zur Abdrosselung von höheren Frequenzen dienen.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Arbeiten als Tast- bzw. Telephoniedrossel die Steuerstromklemmen durch einen Parallelkondensator überbrückt sind.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Arbeiten als Frequenzwandler den Absperrkondensatoren Luftdrosseln vorgeschaltet sind, die mit ihnen auf die durchzulassenden Frequenzen ganz oder teilweise abgestimmt sind und die anderen Frequenzen sperren.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7 mit Eisendrosseln, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch homologen Wicklungen der verschiedenen Elemente auch magnetisch möglichst gleiche Lage haben, z. B. auf gemeinschaftlichen Körpern und nebeneinander liegen.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elemente aus mit ferromagnetischem Material, insbesondere mit Eisen überzogenen Leitern bestehen.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromweg der Steuerströme durch passende Abbiegung der Leiter möglichst bifilar (induktionslos) gemacht ist.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromweg der gesteuerten Ströme bifilar gemacht ist,
12. 12. Anordnung nach Anspruch 9 bis 11, gekennzeichnet durch Erhitzung der Eisenhaut, am besten bis auf die Nähe der kritischen Temperatur.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 1 bis 12, no dadurch gekennzeichnet, daß bei den Schaltungselementen nur zwei Seiten aus Eisendrosselwicklungen oder Leitern mit Eisenhaut bestehen (Abb. 6 und 7).

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.