DE459257C - Verfahren zur Steigerung der Frequenz - Google Patents

Description

Man kann in einem Pendel Schwingungsenergie aufhäufen, indem man entweder, wie es in. Uhren üblich ist, dem Pendel zeitweise einen Stoß gibt und es dann frei schwingen läßt oder das Pendel durch, ein elastisches Zwischenglied mit einer mechanischen Energiequelle gleicher Periodenzahl verbindet, wobei die Energiezufuhr stetig erfolgt.

Bei letzterem Antrieb kann man eine wesentliche Energieübertragung nur erreichen, wenn das Pendel auf die Frequenz der Antriebsquelle abgestimmt ist. Bei ersterem Antrieb genügt es jedoch, das Pendel auf ein ganzes Vielfaches der antreibenden Frequenz abzustimmen. Man kann dann die Energie der Antriebsquelle in einem System höherer Frequenz mit dieser höheren Frequenz aufspeichern, was bei einer Energieübertragung der zweiten Art nicht möglich ist.

Der kennzeichnende Unterschied der beiden Energieübertragungen besteht demnach darin, daß bei ersterem Antrieb die Übertragung stoßweise erfolgt und das Schwingungssystem dann frei schwingt, während bei dem anderen Antrieb eine stetige Energieübertragung stattfindet.

Bei der Übertragung periodisch wechselnder elektrischer Energie, wie sie von Maschinen nach, einem Vorschlag von C. R. Forth gemäß Patent 269 344 erzeugt wird, auf ein Schwingungssystem wurde bisher die Übertragung nur in stetiger Form angewandt. Wollte man höhere Frequenzen erzeugen, so wurden die Strom- bzw. Spannungskurven mit Hilfe von Eisentransformatoren; verzerrt, so daß bei der Subtraktion der Kurven sich solche höherer Frequenz ergeben. Wesentliche Energie hat dabei nur die Kurve der doppelten Frequenz, so daß man, um höhere Frequenzen brauchbarer Energie zu erzielen, mehrere Transformatorenpaare anwenden muß. So werden z. B. zur Erzielung der vierfachen Frequenz zwei Transformätorenpaare hintereinandergeschaltet, die aber auch unter gewissen Bedingungen paraüel geschaltet werden können.

Die Kurven, welche in der angeführten Weise entstehen, sind nicht rein sinusförmig, sondern enthalten noch Oberschwingungen, so daß es möglich ist, auch höhere Frequenzen durch Herausziehen der Harmonischen zu erhalten, doch beträgt die Energie dieser höheren Harmonischen natürlich nur Bruchteile der Gesamtenergie. Infolgedessen ist es auf diese Weise nie möglich, mit einem Transformatorenpaar die Gesamtenergie in höhere Frequenzen als die jeweils doppelte Frequenz umzuformen.

Das Kennzeichen der Erfindung besteht nun darin, daß man durch irgendwelche Hilfsmittel Strom- oder Spannungskurven derartig stark verzerrt, daß die Kurven längere Zeit auf der Nullinie verlaufen.

Die Erfindung besteht darin, die gesamte Energie des Stoßes in Energie eines beliebigen Vielfachen umzuwandeln, so daß eine

Frequenztransformation zwischen Primär- und Sekundärsystem stattfindet. Unter Fxequenztransformation wird hierbei ein Verfahren verstanden, nach welchem die Gesamtenergie der Gruhdfrequenz in die gleiche Energie der höheren Frequenz umgeformt wird, im Gegensatz zu den bekannten Methoden der Frequenzerhöhung mittels verzerrter Energiekurven, bei welchen lediglich bestimmte, im Primärkreis bereits vorhandene höhere Frequenzen imittels des Sekundärsystems herausfiltriert werden, und zwar jede höhere Frequenz nur mit der Teilenergiemenge, mit welcher sie im Primärsystem bereits vorhanden ist. Selbst wenn man deshalb sämtliche vorhandenen! Oberwellen nach den bekannten Methoden herausfiltriert, so bleibt immer noch die Energie der Grundfrequenz uliausgenutzt im Gegensatz zu vorliegender Erfindung, bei weleher die Gesamtenergie restlos umgewandelt wird, also eine reine Frequenztransformation stattfindet. Der Vorgang ist besonders klar aus den Kurven zu ersehen, die man· mit Hilfe eines Oszillographen (Braunsche Röhre) aufnehmen kann.

Charakteristisch für die Erfindung ist hierbei, daß die Energie des Maschinenkreises in kurzen Impulsen mit längeren Zwischenräumen konzentriert ist (Abb. 1) und stoßweise an das Sekundärsystem abgegeben wird (Abb. 2) und nach verhältnismäßig wenigen Perioden ein neuer Stoß erfolgt, ehe diamerkbares Abklingen 'eingetreten ist.

Da das angestoßene Schwingumgssystem. bei nicht allzu starker Frequenzexhöhung bei jedesmaligem Eintreffen eines neuen Stoßes nicht abgeklungen sein wird, so muß man, um keine Energie verlorengehen zu lassen, das Schwingungssystem so abstimmen, daß ihm Energie zur rechten Zeit und in richtiger Phase zugeführt wird, d.h. haben die Stöße alle gleiche Phase, so muß das Schwingungssystem auf ein gerades Vielfaches der Stoß- bzw. Maschinenfrequenz abgestimmt sein. Haben die Stöße abwechselnd verschiedene Phase, so kommt eine Abstimmung nur auf das ungerade Vielfache in Frage. Wesentlich ist immer, daß der Schwingungskreis periodisch eine Zeitlang vollständig frei schwingen kann und daß während der Zeit, während welcher Energie durch den Strom zugeführt wird, die Stoßkurve in ihrer' Charakteristik einer halben freien Schwingung des Systems möglichst entspricht und sich so als Stoßenergie abwechselnd in der einen oder anderen Richtung benutzen' läßt, oder aber, daß wenigstens die Stoßzeit nur einen Bruchteil der Gesamtzeit ausmacht, so daß die freie Schwingung nur wenig gestört wird. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man den Transformator unter Berücksichtigung des elektrischen und magnetischen Flusses so bemißt, daß dieser bereits durch einen Bruchteil der in ihm auftretenden maximalem Stromstärke des Speisestromes (Niederfrequenzstromes) gesättigt ist; denn Spannungen entstehen nur, solange das Eisen noch nicht gesättigt ist.

Wie die Abb. 2 zeigt, kann man durch derartige Stoßerregung, welche geeignet ist, die Energie aufzuspeichern, fast ungedämpfte, fortlaufende sinusförmige Schwingungen erzielen. In dem Schwingungssystem, welches die Schwingungen gemäß Abb. 2 hatte, war künstlich der Widerstand erhöht worden, um ein ■ möglichst rasches Abschwingen der Schwingungen zur Kenntlichmachung des Vorganges zu erzielen. Praktisch ist das Abklingen der Schwingungen so gering, daß es nicht ohne weiteres meßbar ist.

Beispielsweise kann das Verfahren auf folgende Art ausgeübt werden:

Eine Wechselstrommaschine liefert über einen Transformator Energie in einen Kondensatorkreis. Enthält der Transformator so wenig Eisen, daß schon bei leiner geringen Stromstärke eine vollständige Sättigung des Eisens eintritt, so wird in der Nähe vom Durchgang der Stromkurve durch die Nulllinie am Kondensatorkreis eine Spannung erzeugt. Diese Spannungsstöße, tretein abwechselnd in der 'einen und in der anderen Phase auf. Die Länge des Stoßes richtet sich nach der Menge des vorhandenen Eisens im Verhältnis zu den Amperewindungen der Primärwicklung des Transformators. Stimmt man aus dem Sekundärkreis auf ein ungerades Vielfaches der Maschinenfrequenz ab, so wird dieses Schwingungssystem in der oben angeführten Weise angestoßen. Die Frequenz des angestoßenen Schwingungssystems darf, soll der Wirkungsgrad nicht ungünstig werden, nicht höher gewählt werden, als daß die wirkliche Stoßzeit höchstens einer Periode dieser Frequenz entspricht.

In der Abb. 1 ist die Kurvenform einer Maschine, wie man sie beispielsweise durch vorher beschriebene Eisentransformatoren herstellen kann, gezeigt; man sieht, daß die Energie während jeder Periode auf eine kurze Zeit zusammengedrängt ist.

Das neue Verfahren unterscheidet sich von bekannten Anordnungen, bei welchen ein Herausziehen der höheren Harmonischen erfolgt, ferner dadurch, daß bei letzteren die Amplitude selbstverständlich konstant bleibt, da die Harmonische eine ungedämpfte Schwingung ist, wenn die Grundschwingung ungedämpft ist, während bei der vorliegenden Erfindung die höhere Frequenz in jedem Fall abklingende Amplitude besitzt.

Um den Stoß wirkungsvoll zu machen, muß

der Kondensator des angestoßenen Kreises eine so große Kapazität erhalten, daß. er die Stoßenergie rasch aufzunehmen imstande ist.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Steigerung der Frequenz von durch Maschinen erzeugten Wechselströmen, dadurch gekennzeichnet,

   ίο daß die Energiekurve des Generators (Speisewechselstromes) derart verzerrt wird, daß sie längere Zeit auf der Nulllinie verläuft und der gespeiste Schwingungskreis stoßweise erregt wird.
2. 2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichsinnigen Stößen die Abstimmung des angestoßenen Schwingungskreises ein ganzes Vielfaches der Stoß- bzw. Maschinenfrequenz beträgt.
3. 3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei abwechselnd ungleichsinnigen Stoßen die Abstimmung des angestoßenen Schwingungskreises ein ungerades Vielfaches der Stoß- bzw. Maschinenfrequenz beträgt.
4. 4. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Stoßzeit höchstens so lang gewählt wird, als die Energiezufuhr gleichsinnig mit der freien Schwingung erfolgt.
5. 5. Ausführungsform des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, wobei die Wechselstrommaschine über einen Transformator einen hochfrequenten Schwingungskneis speist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Transformator bereits durch einen Bruchteil der maximalen Stromstärke des Speisestromes gesättigt ist und daß der angestoßene Schwingungskreis auf ein ganzes Vielfaches der Maschinenfrequenz abgestimmt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.