DE451908C

DE451908C - Einrichtung zur Erzeugung von geraden harmonischen und quasiharmonischen (bruchzaehlien) Wellen mittels statischer Frequenzwandler

Info

Publication number: DE451908C
Application number: DEG55658D
Authority: DE
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Publication date: 1927-11-07

Description

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Man hat bisher allgemein angenommen, daß eine gesättigte Eisendrossel ohne überlagerten Gleichstrom nur imstande ist, ungerade vielfache Harmonische zu erzeugen (vgl. beispielsweise JoIy, Patent 264 250, Seite 2, Zeilen 85 bis go).

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem es möglich ist, bei der bekannten Frequenzvervielfachung in einer Stufe mit Hilfe von gesättigten Eisendrosseln, auch ohne Überlagerung von Gleichstrom, sowohl gerade wie auch bruchzählige Oberwellen von der Grundwelle der die Anlage speisenden Maschine zu erhalten, und zwar von großer Leistung und mit gutem Wirkungsgrad.

Nehmen wir z. B. die in Abb. 1 dargestellte bekannte Schaltung für Frequenzvervielfachung. Hier bedeuten: g die die Anlage speisende Maschine, L bzw. C mit betreffenden Indices Induktanzen bzw. Kapazitäten, d die gesättigte Eisendrossel, L_k die Κορρ-lungsspule, A die Antenne.

Mit dieser Schaltung konnte man bisher nur ungerade Harmonische erzeugen. Es hat sich aber gezeigt, daß bei bestimmten Abmessungen der Abstimmittel L und C bzw. Ohmscher Widerstände und bei bestimmten Kopplungsgraden der einzelnen Kreise günstige Bedingungen für Selbsterregung von geraden und bruchzähligen Harmonischen entstehen, wobei die durch Selbsterregung mehr begünstigte Oberwelle die anderen Oberwellen und sogar die ungeraden wesentlich verdrängt. Die richtige Einstellung der Abstimmmittel wird am leichtesten auf experimentellem Wege durch allmähliche Änderung dieser Mittel (z. B. durch Regelung der Selbstinduktion der einzelnen Kreise) getroffen.

Die Erklärung für das Zustandekommen des gewünschten Effektes ist die folgende.

Sowohl beim Arbeiten wie beim Anlassen ist die Anlage hinsichtlich ihres magnetischen Zustandes nie streng mathematisch symmetrisch in bezug auf die positive und negative Welle der Spannung oder des Stromes, mögen diese Unsymmetrien auch unmerklich klein sein. So kann bereits die Energiequelle — der Generator o. dgl. — Spuren von Unsymmetrie enthalten. Ebenso besitzt die Drossel genau genommen immer Spuren von Remanenz, z. B. als Folge des vorangehenden magnetischen Zustandes, jedenfalls kann man diese Remanenz zu jeder Zeit durch einen Stromstoß erzeugen (wovon später bei der Besprechung der Anlaßmethode noch die Rede sein wird). Die Eisendrossel verhält sich also so, als ob eine kleine Vormagnetisierung durch einen kleinen überlagerten Gleichstrom erzeugt wäre. Somit besitzt das Feld der Drossel immer — wenn auch sehr kleine — Asymmetrien, d. h. die positive Schwankung der Feldwelle ist nicht ganz kongruent mit der negativen Schwankung, und das besagt— ins Analytische übersetzt —, daß gerade harmonische Oberwellen, wenn auch nur im Keime, vorhanden sind. Auch können in ähnlicher Weise Spuren der Oberwellen von anderen als ganzen vielfachen Frequenzen vorhanden sein, wenn z. B. mehrere aufeinanderfolgende Ummagnetisierungszyklen untereinander ungleich und erst ganze Gruppen von Zyklen einander gleich sind. Dann kann als Periode die Dauer einer jeden derartigen Zyklusgruppe aufgefaßt werden, und die höheren vielfachen Harmoni-•sehen dieser Periode erscheinen als Oberwellen von bruchzähliger Frequenzordnung in bezug auf die Grundwelle der Quelle. Diese Oberwellen erscheinen also als Harmonische einer Grundwelle, welche länger ist als die Grundwelle der Maschine und vielleicht in der ganzen Anlage gar nicht oder nur in Spuren vorhanden ist. Man kann die erwähnten Oberwellen bruchzähliger Frequenzordnung einschließlich ihrer längeren Grundwelle zweckmäßigerweise als »Quasiharmonische« bezeichnen.

Die im Keime immer vorhandenen geraden harmonischen und quasiharmonischen Oberwellen sind aber bei gewöhnlichen Verhältnissen zu klein, unstabil und können keine meßbaren dauernden Energieschwingungen erzeugen. Nun werden sie gemäß der Erfindung durch die Selbsterregung verstärkt, indem sie in entsprechend abgestimmte Bahnen eingeleitet werden. So wird z. B. die Welle 4facher Frequenz zur Entwicklung gebracht, wenn man die Kapazität und Induktanz ihres

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden: Sergius Reiter, Mendel Osnos in Berlin, Leo Kasarnowski in Berlin-Halensee.

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Stromkreises derart einstellt, daß für die betreffende Frequenz der resultierende Widerstand dieses Kreises einen im wesentlichen kapazitiven Charakter hat, so daß der Strom dieser Frequenz seiner EMK voreilt, sein Feld und also die EMK verstärkt, sich auf diese Weise auf eine beträchtliche Höhe hinaufschaukelt und die anderen Wellen zurückdrängt. In ähnlicher Weise kann man auch

ίο die Wellen anderer (z. B. öfacher, 8facher usw.) Frequenz erzeugen. Auch ist es gelungen, z. B. die ißfache, I7fache, ioiache Oberwelle einer Grundwelle von 90 km zu erzeugen, während die Grundwelle der Maschine nur 30 km betrug.

Somit werden nach der Erfindung die Oberwellen von gerader und bruchzähliger Frequenzordnung nicht, wie sonst bei der Erzeugung von Oberwellen üblich, von vornherein durch die von außen zugeführte Klemmenspannung und durch die dadurch bedingte bestimmte Feldverteilung aufgezwungen, sondern durch Selbsterregung erzeugt.

Zur Erhaltung der gewünschten Welle wird die Antenne ·—· bei der Schaltung nach Abb. ι — auf die gewünschte Frequenz mittels Verlängerungsspule L₄ abgestimmt, und zugleich stellt man sowohl den Kopplungsgrad wie die Abstimmittel L₃, C₃ so ein, daß die Meßinstrumente die maximale Leistung bei der Reinheit der Antennen welle anzeigen. Auch das System L₂, C₂ kann, wenn nötig, nachgeregelt werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 unterscheidet sich von dem vorigen nur dadurch, daß hier der Nutzkreis, statt induktiv, direkt mit der Eisendrossel d gekoppelt ist. Der Anschluß der beiden Kreise III und IV kann an denselben oder, wie punktiert angedeutet, an verschiedenen Klemmen der Drossel d (einspuliger Transformator) erfolgen. Man kann auch statt der Drossel einen zweispuligen Transformator mit einem passenden Übersetzungsverhältnis verwenden.

Bietet die Antenne an sich eine zur Ausbildung der gewünschten Harmonischen passende Kapazität, so kann man bei der Schaltung nach Abb. 2 den Kondensator C₃ fortlassen und die Einstellung auf die gewünschte Welle hauptsächlich durch den Variometer L₃ bewerkstelligen.

Zum Tasten bzw. Telephonieren kann man irgendeine bekannte Verstimmungsmethode benutzen. So kann man einen Teil oder eine ganze im Nutzkreis oder in einem anderen Kreis liegende Induktanz oder Kapazität kurzschließen bzw. wieder einschalten, oder eine bekannte mit Gleichstrom regelbare Verstimmungsdrossel benutzen. Ferner kann man, da, wie die Versuche zeigten, die Verstimmung auch durch Änderung des Ohmschen Widerstandes eintreten kann, diesen durch das Schließen und Öffnen von einer Kurzschlußtaste t (Abb. 2) ein- und ausschalten.

Schließlich kann man die gewünschte Verstimmung auch durch eine zusätzliche Gleichstromerregung der Eisendrossel d bewirken, wobei das Verschwinden der betreffenden Wellen durch das Einschalten des Gleichstromes bewirkt wird.

Man kann die Gleichstromerregung auch zum Anlassen der Anlage benutzen. Dazu genügt eine momentane Schließung und Öffnung des Gleichstromkreises; durch den kurzen Stromstoß beim Verschwinden des Gleichstromes wird die Anlage zum Ansprechen gebracht. Damit in diesem Falle in der Gleichstromwicklung keine großen Spannungen induziert werden, ist es zweckmäßig, die Wechselstromwicklung der Drossel in zwei Hälften Z₁ und Z₂ auf zwei gleiche Eisenkörper zu verteilen, die in bezug auf die Gleichstromwicklung differential gewickelt sind. Abb. 3 bzw. 3a zeigen eine derartige Schaltung für den Fall der Reihenschaltung bzw. Parallelschaltung der beiden Wechselstromwicklungen Z₁ und Z₂ der Drossel. Im Falle der Abb. 3 empfiehlt sich, parallel zur Gleichstromwicklung g und Batterie e einen Kondensator C zu schalten, um die nach der Schließung und auch unmittelbar bei der Öffnung der Taste t sich bildenden Ausgleichströme aufzunehmen. Anstatt des Kondensators kann man auch eine besondere in sich geschlossene, gleichsinnig in der Gleichstromwicklung angebrachte Kurzschlußwicklung verwenden.

Bei der Parallelschaltung nach Abb. 3a kann dieser Ausgleichkondensator C auch fortgelassen werden, da die beiden Wicklungen Z₁ und Z₂ dann einen Kurzschlußkreis für die erwähnten Ausgleichströme bilden.

Die günstigste körperliche Anordnung der Gleichstromwicklung g ist in Abb. 4 dargestellt, wobei O₁ und d„ die beiden Eisenkörper der Eisendrossel bedeuten. Die Wechselstromwicklung ist hier der Übersichtlichkeit halber nicht zur Darstellung gebracht und kann sowohl nach Abb. 3 wie auch nach Abb. 3a geschaltet werden. Die Wicklung Z₁ wird so solenoidartig auf den Eisenkern d_t und die Wicklung Z₂ in gleicher Weise auf den Kern d₂ gewickelt. Die Gleichstromwicklung g ist so angebracht, daß jede Windung n₅ die beiden Kerne umfaßt. Der Wicklungssinn bzw. die Verbindung der beiden Wechselstromwicklungen ist so getroffen, daß die von ihnen in den zugehörigen Kernen erzeugten Wechselflüsse in bezug auf die mit ihnen verkettete Gleichstromwicklung entgegengesetzt gerichtet sind.

Will man eine besondere Gleichstromwicklung sparen, so kann man die bei Frequenzverdopplern bekannte »Rhombusschaltung« verwenden. Eine derartige Schaltung zeigt Abb. 5. Hier sind die Wicklungen Z₁ und Z₁' auf dem einen und die Wicklungen Z₂ und Z₂' auf dem anderen Eisenkörper angebracht. Die Wechselstromklemmen sind Jk₁, h₂, die Gleichstromklemmen I₁,1₂.

Es ist noch zu bemerken, daß die oben an Hand der Abb. 3 bis 5 beschriebene Tast- und Anlaßmethode nicht nur .bei der Erzeugung der geraden und quasiharmonischen, sondern auch bei der Erzeugung der ungeraden harmonischen Oberwellen verwendbar ist.

Zum Anspringen des Stromes genügt es, daß entweder nach der Einschaltung des Generators an die Anlage die Taste j kurz angetippt und losgelassen wird, oder daß umgekehrt nach dem erfolgten Antippen und Loslassen der Taste j die Einschaltung des Generators erfolgt.

Statt mit Gleichstrom kann man die Tast- bzw. Anlaßwicklung g auch mit einem niederfrequenten Strom speisen.

Claims

Patentanspeüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung von geraden harmonischen und quasiharmonischen (bruchzähligen) Wellen mittels statischer Frequenzwandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmittel bzw. Kopplungsgrade bzw. Ohmschen Widerstände so eingestellt sind, daß auch ohne überlagerten Gleichstrom Selbsterregung für die geraden oder bruchzähligen Harmonischen eintritt.

2. . Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmmittel so eingestellt sind, daß die die Drossel durchfließenden Ströme gewünschter Frequenz eine kapazitive Komponente enthalten und somit ihr Feld verstärken.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Tasten die Nutzwelle in an sich bekannter Weise durch Öffnung oder Schließung eines Kurzschlusses an einer Induktanz oder Kapazität verstimmt und wiederhergestellt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tasten durch Öffnung und Schließung des Kurzschlusses an einem Ohmschen Widerstand, zweckmäßigerweise im Antennenkreise oder dem Zwischenkreise (III, Ab. 1), geschieht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzwellen durch eine überlagerte Gleichstromerregung der Drossel verstimmt werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, 6g dadurch gekennzeichnet, daß die Inbetriebsetzung der Anlage durch Betätigung der Taste des Gleichstromkreises der Drossel erfolgt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage nach der Schließung des Hauptschalters der Dynamos durch das Antippen der Taste

(f) der Eisendrossel in Betrieb gesetzt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage nach dem Antippen der Taste (f) der Eiseudrossel durch die Schließung des Hauptschalters der Anlage in Betrieb gesetzt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromwicklung der Eisendrossel aus zwei parallel oder in Serie liegenden, in bezug auf die Tast- bzw. Anlaßwicklung (g) differential geschalteten, auf zwei Eisenkörpern angebrachten Teilen (Z₁ und Z₂) besteht.

10. Einrichtung nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Tast- bzw. Anlaßwicklung mit beiden Eisenkörpern zugleich verkettet sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 9 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Tast- bzw. Anlaßwicklung durch einen Kondensator überbrückt ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 9 und 10, gekennzeichnet durch eine gleichsinnig mit der Tast- bzw. Anlaßwicklung angebrachte Kurzschlußwicklung.

13. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 9 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Tast- bzw. Anlaßwicklungen nach Art der Rhombusschaltung angeordnet sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 6 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Tast- bzw. Anlaß wicklung (g) anstatt mit Gleichstrom mit niederfrequentem Wechselstrom gespeist wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.