DE456573C

DE456573C - Einrichtung zur Frequenzsteigerung

Info

Publication number: DE456573C
Application number: DEG55854D
Authority: DE
Inventors: Mendel Osnos
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1922-02-12
Filing date: 1922-02-12
Publication date: 1928-02-28

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AIH
28. FEBRUAR 1928

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVT456 KLASSE 21a⁴ GRUPPE

Einrichtung zur Frequenzsteigerung. Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Februar 1922 ab.

Es ist bekannt, in einer Senderanlage die Frequenz des von der Energiequelle gelieferten Stromes mittels einer (oder mehrerer) gesättigten Eisendrossel zu steigern, die durch diese Drossel erzeugten Oberwellen in einen entsprechend der gewünschten Nutzwelle abgestimmten Zwischenkreis einzuleiten und von diesem die Nutzfrequenzenergie an den mit ihm galvanisch oder induktiv gekoppelten, gleichfalls entsprechend der Nutzwelle abgestimmten Schwingungskreis der Antenne zuzuführen.

Eine derartige bekannte Senderanlage ist in Abb. ι schematisch veranschaulicht. Hier bedeuten: g den Generator, L₁, eine an diesen parallel zwecks Entlastung vom wattlosen Strom angeschaltete Luftdrossel, L₁ und C₁ eine Abstimmgruppe, bestehend aus einer Selbstinduktion und einer Kapazität, und L_d eine während eines größeren Teiles der Grundperiode gesättigte Eisendrossel. xAn diese Eisendrossel ist der sekundäre Schwingungskreis II (der Zwischenkreis) angeschlossen, bestehend aus einer Kapazität C₂ und einer Induktanz L₂, die (oder deren einer Teil) direkt oder induktiv (in der Zeichnung ist die induktive Verbindung gezeigt) mit dem Nutzstromkreise, gegebenenfalls mit der Antenne^ und ihrer VerlängerungsspuleL_A gekoppeltist. Die Abstimmungselemente L₁, C₁ müssen so gewählt sein, daß der sie durchfließende Strom möglichst sinusförmig ist; dann werden die von der Eisendrossel erzeugten Oberwellen sich nicht über den Primärkreis I ausgleichen können und werden nach dem Zwischenkreis II abgedrängt, wo sie durch Kopplung mit der Antenne ausgenutzt werden können.

Die oben geschilderte bekannte Senderanlage besitzt aber einen sehr wesentlichen Nachteil. Die Selbstinduktion L₁ muß zur Unterdrückung der Nutzwelle im Kreis I für diese Welle einen großen Widerstand bilden und daher verhältnismäßig groß sein. Ihr Volt-Ampere-Verbrauch bei gegebenem Primärstrom ist daher auch entsprechend groß, und da der Volt-Ampere-Verbrauch des Kondensators C₁ für das richtige Funktionieren der Anlage in der Regel etwas größer sein soll als der der Induktanz L₁, so ist auch der Volt-Ampere-Verbrauch des Kondensators C₁ sehr groß. Also müssen die beiden Apparate L₁ und C₁, deren Dimensionen sich ja nach ihrer Volt-Ampere-Belastung richten, verhältnismäßig groß bemessen sein; dies verteuert die Anlage und führt auch zu Schwierigkeiten in der Disposition in dem Fall, wo der für die Apparatur zur Verfügung stehende Raum äußerst knapp ist.

Auch bedingt der große Volt-Ampere-Verbrauch beträchtliche Energieverluste, die den Wirkungsgrad der Anlage herabdrücken.

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

Mendel Osnos in Berlin,

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es nun, diesen Übelstand zu vermeiden, und zwar wird dies dadurch erreicht, daß die Nutz wellen statt vom Primärkreis I abgesperrt in diesen eingeleitet werden, und daß ein besonderer sekundärer Zwischenkreis II fortgelassen wird, so daß der Primärkreis I zugleich auch die Rolle des Zwischenkreises II übernimmt. Um ferner die Maschine vor den ίο im Primärkreise zirkulierenden Oberwellen, insbesondere Nutzwellen, zu schützen, wird dieser Kreis nach der Erfindung durch einen parallel zur Maschine geschalteten Überbrükkungswiderstand vervollständigt, der aus einer entsprechend bemessenen Kapazität oder aus hintereinandergeschalteten kapazitiven und induktiven Widerständen bestehen kann und für die von der Maschine abzulenkende Oberwelle praktisch einen Kurzschluß darstellt. Die Abstimmung wird so getroffen, daß im Kreis I sowohl die Grundwelle wie auch die Nutzwelle stark ausgebildet werden können.

Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens sind in Abb. 2 bis 8 schematisch dargestellt.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 2 ist der Primärkreis derart zugleich als Zwischenkreis benutzt, daß der Antennenkreis direkt oder induktiv mit der Selbstinduktion L₁ gekoppelt ist (in der Zeichnung ist eine direkte Kopplung gezeigt). Der Kreis ist derart abgestimmt, daß in ihm die zwei Wellen besonders stark ausgeprägt sind: die Grundwelle und die gewünschte Oberwelle.

Die parallel an die Maschine geschaltete Kapazität C₁, trägt für die Grundwelle zu der kapazitiven Belastung der Maschine bei, für die gewünschte Oberwelle aber, deren elektromotorische Kraft in der Eisendrossel L_d erzeugt wird, bildet sie einen viel kleineren Widerstand als die Maschine und; lenkt daher von dieser die Oberwellen ab.

Eine weitere Verbesserung der obigen Schaltung stellt die nach Abb. 3 dar. Bei dieser ist parallel zur Maschine außer der Kapazität C_p noch eine Induktanz L_p geschaltet. Diese und die Kapazität C„ können zweckmäßigerweise so bemessen werden, daß für die Grundfrequenz der durch L„ fließende nacheilende Strom größer ist als der durch C„ fließende voreilende Strom. Außerdem kann noch eine Bedingung erfüllt werden, daß der ganze Kreis für die Grundfrequenz abgestimmt ist oder statt dessen die Bedingung, daß der nacheilende wattlose Strom der Drossel L_p nicht nur zur Deckung des voreilenden; Stromes des Zweiges Cp, sondern auch zur ganzen oder teilweisen oder übergreifenden Deckung der zweckmäßigerweise voreilenden Komponente des grundwelligen Stromes über L₁, L_d, C₁ ausreicht, wobei dann also die Maschine g im wesentlichen nur die zur Deckung der Verluste und der Nutzleistung nötige Wattkomponente des Stromes zu liefern hat; man kann diese Bedingung auch derart erfüllen, daß die Klemmenspannung der Maschine gleich der Leerlaufspannung ist, was dann auftritt, wenn der Maschinenstrom als Vektor den Winkel zwischen den Vektoren der inneren Spannung und der Klemmenspannung halbiert, der ersten nacheilend und der zweiten voreilend. In diesem Falle muß der wattlose Strom durch L_p etwas kleiner sein als die Summe der wattlosen grundwelligen Ströme durch C_v und durch L₁, C₁, Li.

Außerdem muß noch eine Bedingung erfüllt sein, daß der ganze Schwingungskreis auf die gewünschte höhere Frequenz, die von der Eisendrossel geliefert wird, abgestimmt ist. Die Erfüllung der oben angegebenen Bedingungen ist theoretisch immer möglich, da man auch bei gegebenen Induktanzen der Maschine g und der Eisendrossel L_d noch über vier unabhängige Konstanten L_p, C_p, L₁ und C₁ im Kreise I frei verfügt.

Die Schaltung nach Abb. 4 unterscheidet sich von der vorangehenden nur insofern, als hier zum noch wirksameren Schutz der Maschine g vor Oberwellen dieser eine Zusatzinduktanz L₀ zugeschaltet ist.

Es ist nicht unbedingt notwendig, daß der Zweig C₁, nur aus Kondensatoren besteht: er kann, wie dies in Abb. 5 dargestellt ist, in Reihe mit dem Kondensator C_p noch eine Luftdrossel L_c enthalten, wenn nur der resultierende Widerstand dieses Zweiges seinen Charakter als Überbrückungswiderstand, d. h. als Kurzschluß für die Nutzfrequenz, beibehält. Man kann z. B-. L_c und C_p so bemessen, daß ihre Wirkungen für die betreffende Oberwelle sich aufheben; dann bildet der in Frage kommende Zweig einen Kurzschluß für die betreffende Oberwelle und sowohl die Maschine wie auch die Drossel L_p sind von diesen Oberwellen vollkommen entlastet.

Die im Zweige von C_p liegende Induk- ■ tanz L₀ kann, da sie von den Nutzfrequenzwellen durchflossen ist, auch zur Übertragung von Nutzfrequenzenergie auf den Antennenkreis, wie dies in der Abb. 5 zur Darstellung gebracht ist, benutzt werden. In diesem Fall kann die Induktanz L₁ fortfallen.

Statt in Reihe nur mit C_p kann man in Reihe mit der ganzen Verzweigung L_p, C_v eine Induktanz L_e legen (s. Abb. 6), wenn auch hier der ganze so erhaltene resultierende Zweig den Charakter einer Überbrückung für die Nutzfrequenz beibehält. Auch bei dieser Schaltung kann die Antenne ent-

weder mit der Induktanz L_e oder, wie in Abb. 6 dargestellt, mit der Induktanz L₁ gekoppelt sein. Soll die ganze Verzweigung, bestehend aus den parallel geschalteten EIementen C₁, und L_p, beide in Reihe mit L_t„ so abgestimmt sein, daß sie einen Kurzschluß für eine bestimmte Oberwelle, z. B. für die Nutzwelle bildet, so ist dazu noch folgendes zu bemerken. Damit der aus L_p und C_p zusammengesetzte resultierende Widerstand die Induktanz der Drossel L_e für die betreffende Oberwelle X_a aufheben kann, muß er für diese Oberwelle einen kapazitiven Charakter haben. Also muß für diese Frequenz ω_η die Leitfähigkeit ω_η, C₁, des Zweiges C_n absolutem Werte nach größer sein als die Leitfähigkeit

—j— des Zweiges L_n. Dann aber gibt es

^n Lp

eine Frequenz to_s, kleiner als ω«, bzw. Wellenlänge X₃, länger als X_n, für die die Leitfähigkeiten oj_s, C_n und der beiden Zweige

einander gleich sind. Das bedeutet: der in sich geschlossene Kreis L_p, C₁, ist in Resonanz

mit der Frequenz a>_s oder besitzt eine Eigenwelle X₃. Ist nun in der ganzen Anlage unter anderen Wellen auch eine solche vorhanden, deren Länge gleich X₃ oder nahe X₃ liegt, so werden durch sie (wie klein auch ihre Amplitude sein mag), im Kreise L_n, C_n Eigenschwingungen von beträchtlicher Amplitude angeregt, was zu unerwünschten Verlusten führen wird. Um dies zu verhüten, muß man bei der Bemessung des Kreises L_p, C_n dafür sorgen, daß er eine derartige Eigenwelle X_s>X_n besitzt, die unter den in der Anlage enthaltenen Oberwellen nicht vorhanden ist und auch diesen nicht zu nahe kommt. Sie kann z. B. so gewählt werden, daß sie mögliehst in der Mitte zwischen zwei in der Anlage vorhandenen Oberwellen liegt.

Man kann die Induktanz L_e der Abb. 6 mit der DrOSSeIL₁ vereinigen, und so kommt man zu der Schaltung nach Abb. 7. Man wird den veränderlichen Anschluß k hier zweckmäßigerweise so wählen, daß auch in diesem Fall die Verzweigung C_n, L_n mit dem in Reihe zu derselben geschalteten Teile der Drossel L₁ eine Überbrückung von kleinem Widerstand für die Oberwellen, insbesondere für die Nutzoberwellen bildet. So wird man z. B. bei der Abstimmung der »Überbrükkung« auf Kurzschluß für die Nutzwelle den Kontakt k so einstellen, daß der durch Nutzwelle des Stromes im kombinierten Widerstand L_n, C_p verursachte Spannungsabfall durch den entgegengerichteten Spannungsabfall in dem in Reihe mit erwähntem Widerstand liegenden Teil der Drossel L₁ im wesentlichen kompensiert wird. Dann ist diejenige Oberwelle der Spannung, welche die Nutzfrequenz hat, zwischen den Punkten I und k praktisch, gleich Null, und die Maschine g ist wiederum vor den entsprechenden Stromoberwellen geschützt.

Statt die ganze Induktanz L_e mit der Drossel L₁ zu vereinigen, kann man auch einen Teil der ersteren getrennt bestehen lassen. Diese Ausführungsform ist in der Abb. 8 veranschaulicht.

Man kann den Kontakt k bei der Anordnung nach Abb. 7 und 8 auch derart einstellen, daß die induktiven Wirkungen des durch den Kontakt zukommenden grundwelligen Maschinenstromes sich in beiden Teilen der Drossel L₁ aufheben, so daß der Antennenkreis durch die Grundwelle unbeeinflußt ist. Andererseits muß man darauf achten, daß die Verzweigung C_p, L₁, in Reihe mit der zugehörigen Induktanz dabei noch immer in genügendem Maße als »Überbrückung« für Oberwellen wirkt.

In allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Antenne unmittelbar induktiv oder galvanisch mit dem die Eisendrossel enthaltenden Kreis gekoppelt. Natürlich kann diese Kopplung auch in bekannter Weise über einen oder mehrere,zur Unterdrückung von schädlichen Nebenwellen in der Antenne dienende Säuberungskreise er- go folgen.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Frequenzsteigerung

in einer Stufe mittels Spulen mit Eisenkern, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Generators auf einen zwischen Generator und Antenneliegenden, den Frequenzumformer enthaltenden Kreis übertragen wird, der mittels Einstellung der Abstimmorgane doppelwellig ausgebildet ist, so daß sowohl die Grundwelle als auch die Nutzwelle im Frequenzumformerkreis stark ausgebildet werden können.

2. Senderanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eisengesättigte Drossel (L_d) in Reihe mit Abstimmelementen (L₁ und C₁) an die Maschine (§") angelegt ist, der Schwingungs- no kreis der Antenne mit der ganzen oder mit einem Teil der Induktanz (L₁) direkt oder induktiv gekoppelt ist und parallel zur Maschine ein als Überbrückung für die Oberwellen dienender kapazitiver Widerstand (C„) liegt (Abb. 2).

3. Senderanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Maschine außer einem kapazitiven noch ein induktiver Widerstand (L) gelegt ist (Abb. 3).

4. Senderanlage nach Anspruch 1 oder

folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum wirksameren Schutz vor Oberwellen vor die Maschine eine zusätzliche Induktanz (Lo) vorgeschaltet ist (z.B. Abb. 4). 5. Senderanlage nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der »Überbrückung« in Reihe mit dem Kondensator (C_n) zur besseren Absorbierung der Nutzwelle ein induktiver Widerstand (L_c) liegt.

6. Senderanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe mit dem Kondensator (C_s) der Überbrückung liegende Induktanz (L_c) mit der Antenne gekoppelt ist unter Fortlassung der Drossel (L₁) (Abb. 5).

7. Senderanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe sowohl zur Parallelkapazität (C_p) wie auch _ zur Parallelinduktanz (L„) eine weitere Induktanz (L_e) liegt, wobei der ganze aus den genannten Elementen bestehende Zweig so bemessen ist, daß er für Oberwellen eine Überbrückung darstellt (Abb. 6).

8. Senderanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktanz (L_e) ganz oder teilweise mit der Drossel (L₁) vereinigt ist (Abb. 7 oder 8).

9. Senderanlage nach Anspruch 5 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis (C _p, L_p) so abgestimmt ist, daß seine Eigenwelle unter den Oberwellen der Anlage nicht enthalten ist.

10. Senderanlage nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie zugleich auf Resonanz mit der Nutzfrequenz und Grundfrequenz abgestimmt ist.

11. Senderanlage nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf Resonanz mit der Nutzfrequenz und auf Leistungsfaktor (1) für die Grundwelle der Dynamo· abgestimmt ist.

12. Senderanlage nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf Resonanz mit der Nutzfrequenz abgestimmt ist und zugleich so, daß die Klemmenspannung der Dynamo gleich ihrer Leerlaufspannung ist.

13. Senderanlage nach Anspruch 3 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Paralleldrossel (L₀) und der Üh-erbrückungswiderstand derart bemessen sind, daß der nacheilende wattlose Strom der Paralleldrossel nicht nur zur Deckung des voreilenden Stromes des Überbrükkungszweiges (C_p), sondern auch zur ganzen oder teilweisen oder übergreifenden Deckung der wattlosen Komponente des grundwelligen Stromes des Frequenzwandlerkreises ausreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.