DE505461C - Frequenzvervielfaeltiger - Google Patents

Description

Die Erfindung hat eine Vorrichtung zur Vervielfältigung der Frequenz von Wechselströmen zum Gegenstand, bei der die Eigenschaften der Ionenlampen mit Gittern ausgenutzt werden. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des neuen Frequenzwandlers und läßt das Wesen und die Wirkung der Erfindung näher erkennen.

Abb.' ι gibt das Schaltungsschema einer ersten Ausführungsform der Erfindung wieder, und Abb. 2 ist das Kurvenbild der mit der Schaltung nach Abb. 1 erzielten wellenförmigen elektromotorischen Kraft. Abb. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform

ig der Erfindung, und Abb. 4 ist das zugehörige Kurvenbild der elektromotorischen Kraft. Abb. 5 stellt die Anwendung der Erfindung bei der Umformung von Dreiphasenströmen dar, und Abb. 6 ist wiederum das zugehörige

ao Kurvenbild der elektromotorischen Kräfte. Abb. 7 veranschaulicht das Kurvenbild der elektromotorischen Kräfte bei einem Sechsfachverstärker nach der Erfindung. Abb. 8 ist ein Ausführungsbeispiel für den Speise-Stromkreis des Gitters. Abb. 9 und ι ο zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Schaltung nach der Erfindung.
In Abb. ι ist eine Ionenröhre beispielsweise in Form einer Ouecksilberdampflampe vorgesehen, deren Kathode dauernd durch einen Hilf sbogen erregt wird und die außerdem zwei Anoden 4, 5 und zwei Gitter 2, 3 enthält. Ein Einphasenwechselstromgenerator 6 ist mit den Anoden 4 und 5 über einen Autotransformator 7 verbunden, während die Kathode 1 an die Mitte dieses Transformators über einen Schwingungskreis angeschlossen ist, der die Selbstinduktion 8, die Kapazität 9 und eine Belastung, z. B. die Widerstände 10 oder 10', enthält. Dieser abgestimmte Kreis kann, wenn gewünscht, durch eine Antenne für drahtlose Telegraphie, einen Hochfrequenzofen usw. gegeben sein.

Die Gitter 2, 3 werden durch einen zweiten Schwingungskreis gespeist, der aus der Kapazität 11 und der Selbstinduktion 12 besteht. Die Selbstinduktion 12 ist induktiv mit dem Autotransformator 7 gekoppelt, und ihr Mittelpunkt ist mit der Kathode 1 der Lampe verbunden.

Wenn der Kreis 11, 12 auf die Frequenz des Generators 6 abgestimmt ist, sind die Spannungen zwischen Gitter und Kathode

um — gegenüber den Spannungen zwischen 2

Anode und Kathode nach rückwärts ver-

schoben. Die elektromotorischen Kräfte an den Klemmen der Spule 7 und die in der Spule 12 induzierten Spannungen sind genau in Phase, wenn man den hysterctischen Voreihvinkel als vernachlässigbar annimmt. Da auf der Sekundärscite Resonanz besteht, ist der Strom in Phase mit der elektromotorischen Kraft. Die elektromotorische Kraft an den Klemmen der Kapazität ir. d.h. an

den Klemmen des Gitters, ist um — gegenüber dem Strom nach hinten verschoben. Die Gitterspannung ist somit gegenüber der Anodenspannung um — nach rückwärts versetzt.

²
Bekanntlich entsteht der Lichtbogen, wenn

das Gitter positiv ist. Bei der Anordnung nach Abb. r entsteht der Lichtbogen in der Mitte der Polwechsel. Die auf den Schwingungskreis 8, 9 wirkende elektromotorische Kraft hat die Form der Abb. 2 und ist eine wellenförmige, nicht die Richtung wechselnde Kraft, deren Frequenz doppelt so groß wie die Frequenz der vom Generator 6 erzeugten Wellen ist.

Wenn der Stromkreis 8, 9 auf die Grundfrequenz dieser elektromotorischen Kraft abgestimmt ist, werden die durch die Lampe bestimmten Impulse dort einen Schwingungsstrom von gleichbleibender Amplitude unterhalten. Zur Veränderung dieser Amplitude hat man die Entstehungsperioden der Lichtbogen in der Lampe zu ändern, indem man die Phase der Spannung am Gitter ändert.

Man .wird z. B. den Kreis 1 r, 12 durch irgendein geeignetes Mittel verstimmen. Falls der Generator bereits schnelle Frequenzen liefert, kann man eine Kapazität 13 hinzufügen, um den Kreis 6, 7 zum Mitschwingen zu bringen. Die Entwicklung dieser elektromotorischen Kraft in eine Fouriersche Reihe zeigt ein konstantes Glied, das die Entstehung eines Gleichstromes ergibt. Ein Kondensator 14 wird vorgesehen, der den Durchgang dieses schädlichen Stromes verhindert.

Wenn man normale Wechselströme mit Richtungswechsel erhalten will, muß man im voraus eine Zweiphasenstromquelle vorsehen. Handelt es sich z. B. um Ströme von technischer Frequenz, so wird man den Einphasenstrom mit der Frequenz F in einen Zweiphasenstrom mit der Frequenz F durch einen Asynchronmotor und dann den Zwei-

55- phasenstrom in einen Einphasenstrom mit eier Frequenz 2 F umformen.

Die Abb. 3 zeigt das Schaltungsschema für diesen Fall der Frequenzumwandlung. Es umfaßt eine Einphasenstromquelle 20, einen Zweiphasenumformer 21, zwei Lam- ; pen 22 und 23 und einen Transformator 24. Der Transformator 24 enthält zwei Primärwicklungen 25 und 26, die mit den gemein-

samen Enden an den neutralen Punkt des Umformers 21 und mit den anderen Enden ⁶S an die eine bzw. andere Lampenkathode angeschlossen sind. Die-Einphasenströme von doppelter Frequenz werden an der Sekundärwicklung 27 des Transformators 24 abgenommen.

Die Anoden der Lampe 22 sind direkt mit dem Generator 20 verbunden, während die Anoden der Lampe 23 an den Phasenumformer 21 angeschlossen sind. Die Gitter der Lampe 22 werden durch einen Teil der die Lampe 23 speisenden Spannung gespeist und die Gitter der Lampe 23 durch einen Teil der auf die Lampe 22 wirkenden Spannung. Die erforderlichen Anschlüsse sind direkt von dem Umformer 21 abgenommen, können aber auch ebensogut mit Hilfe eines die Spannung herabsetzenden Transformators bewirkt werden. Widerstände 2S, 29, 30, 31 sind in die Gitterzuleitungen eingeschaltet, um den Strom zu begrenzen, wenn die Gitter positiv sind. Die Abb. 4 zeigt das Kurvenbild der theoretischen elektromotorischen Kraft, die man an den Klemmen der Spule 27 erhält.

Nach dem gleichen Prinzip kann man Dreiphasenströme von der Frequenz F in Einphasenströme von der Frequenz 3 F umformen. Die Abb. 5 zeigt eine hierfür geeignete Schaltung, bei der der Dreiphasenstrom durch den Transformator 41 in einen Sechsphasenstrom umgeformt wird. Die Phasen a, c, e des Transformators 41 arbeiten auf die Lampe 42 und .die Phasen b, d, f auf die Lampe 43. Die Kathoden der Lampen sind über die Primärwicklung 44 eines Transformators verbunden, dessen Sekundär- «00 wicklung 45 an den Empfänger des Einphasenwechselstromes mit der Frequenz 3F angeschlossen ist. Die Mitte der Primärwicklung 44 ist mit dem Nullpunkt des Sechsphasentransformators verbunden.

Abb. 6 zeigt im Kurvenbild die Spannungen in den verschiedenen Phasen. Die Halbwellen a, c, e wirken auf die Lampe 42, während b, d, f auf die Lampe 43 arbeiten. Die Entstehung des Lichtbogens muß für die Phase α im Zeitpunkt i¹ erfolgen, gerade wenn die Phase c anfängt, positiv zu werden. Das Gitter der Phase α muß daher durch die Phase c gesteuert werden und ebenso das Gitter der Phase c durch die Phase e. Für die Lampe 43 wird das Gitter der Phase b durch die Phase d, das Gitter der Phase d durch die Phase f usw. gesteuert. Praktisch ist es manchmal vorteilhaft, nicht die ganze Spannung der Sekundärwicklung zu geben. Wenn z. B. die Sekundärwicklung einen

Asynchronmotor mit Kurzschlußrotor speist, ist dies günstig. In diesem Falle worden die Gitter an einen Phasenumformer angeschlossen, der die Entstehungsperioden des Lichtö bogens zu verändern gestattet und in Abb. 5 mit 46 bezeichnet ist. Die Primärwicklungen sind natürlich von der gleichen Stromquelle gespeist, die den Sechsphasenumformer speist. Die Phasenänderungen werden durch

Verstellung der Iirregerspulen gegenüber den induzierten Spulen erzeugt.

Wenn die Phasen b, el, f der Abb. ("> gleichgerichtet, d. h. in die gleiche Richtung wie die Phasen α. c, e gebracht werden und die

'5 Zündungszeiten zweimal so kurz sind, wird man Wellenströme von einer sechsmal so schnellen Frequenz wie die Frequenz der Ausgangsströme erhalten, wie die Abb. 7 im Kurvenbild zeigt. Die Entstehungen des Licht-

ao bogens müssen dann in den Zeiten r¹, t², f³ erfolgen, und zwar z. B. für die Phase a in dem. Zeitpunkt f¹, wo die Phase b durch den Höchstwert geht. Die Gitterspannung der Phase α muß von einem negativen Potential zu einem positiven Potential übergehen, wie in der Abb. 7 das Bruchstück der Sinuslinie Ga anzeigt. Man kann dieses Gitter beispielsweise durch einen Stromkreis in der Art der Abb. 8 speisen. Das Ende der Selbstinduktion kann dabei an die Phase c angeschlossen sein und die Phasenverschiebung

wird in diesem Stromkreis auf -^- eingestellt.

Die Schaltung für einen Sechsfachverstärker ist in Abb. 9 dargestellt, wobei eine Lampe 52 mit sechs Anoden und sechs Gittern vorgesehen ist. Es können stattdessen auch zwei Dreiphasenlampen verwendet werden, die leichter zu bauen sind. Die Lampe

+0 52 wird von einem Dreiphasen-Sechsphasenumformer 51 gespeist, an dessen neutralen Punkt die Kathode der Lampe über einen Schwingungskreis mit Selbstinduktion 54 und Kapazität 55 angeschlossen ist. Die

♦5 Gitter der Lampe werden durch eine Reihe von Schaltungen in der Art der Abb. 8 gespeist. Die selbstinduktionslosen Widerstände 56, 57, 58, 59, 60 und 61 verbinden die Gitter mit der Kathode. Die Gitter werden von einer Reihe von Selbstinduktionsspulen 62 bis 67 gespeist, die an die entsprechenden geeigneten Phasen angeschlossen sind. Die durch die Lampe hervorgerufenen Impulsreihen unterhalten Schwingungsströme in dem Kreis 54, 55, wenn dieser auf die Impulsfrequenz abgestimmt ist.

Will man die Einphasenströme modulieren, so braucht man nur die Entstehungszeiten der Lichtbogen zu verändern, d. h. zu verzögern. Zu diesem Zweck wird man die Zeitkonstante der Speisekreise der Gitter ändern. Beispielsweise kann man mittels eines Gleichstromes die Sättigung der Gesamtheit der Selbstinduktionen 62 bis 67 verändern, so daß die Phasenverschiebung in den Strom-

kreisen von ~ auf — übergeht. Die Kapazität 68 setzt sich dem Durchgang des durch die Lampe gegebenen Gleichstromes entgegen.

Natürlich kann man bei allen diesen Schaltungen, welchö die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung nicht erschöpfen, den Einphasentransformator auf der Seite der Anodenstromkreise oder auch der Kathode anordnen. Bei Dreiphasenstrom können die beiden Lampen der Abb. S durch eine einzige Lampe mit sechs Anoden und sechs Gittern ersetzt werden, wie die Abb. 10 schematisch erkennen läßt, bei der die Anschlüsse der Gitter die gleichen wie bei Abb. 5 sind und der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden sind. Bei allen diesen Schaltungen muß die Kathode dauernd mit Hilfe eines Gleichoder W^Techselstromlichtbogens erregt werden.

Im allgemeinen muß man, wenn man Einphasenwechselströme in einem eine wattlose Komponente erfordernden Empfangsapparat haben will, mit normalem Wechselstrom speisen. Falls man diesen Empfangsapparat durch Wellenströme speist, müssen die Zweiphasenströme durch irgendeinen Generator wattloser Ströme erzeugt werden. Die beschriebenen Wellenstromgeneratoren sind nur geeignet, auf Wattstromempfänger, Antennen der drahtlosen Telegraphic oder geeignet abgestimmte Schwingungskreise zu arbeiten.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Frequenzvervielfältiger zur Umwandlung von Wechselstrom in einen ebenfalls wechselnden Strom höherer Frequenz unter Verwendung von Ionenlampen mit einem die Entladung in Lichtbogenform bewirkenden Dampfdruck und einer der Anodenzahl gleichen Anzahl von Steuerelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden und die Steuerelektroden mit Ein- oder Mehrphasenstrom gespeist und die Steuerelektroden durch einen gegenüber dem Speisestrom phasenverschobenen und vorzugsweise durch diesen gelieferten Wechselstrom in entsprechend gewählten Zeitpunkten jedes Halbwechsels positiv geladen werden und dann die Stromkreise der verschiedenen Phasen an entgegengesetzt zueinander gewickelten, aufeinanderfolgenden Abteilungen der Primärspule eines Transformators schließen, so daß in der an den Nutzstromkreis

   angeschlossenen Sekundärspule dieses Transformators der ebenfalls wechselnde ein- oder mehrphasige Strom von einer gegenüber dem Speisestrom höheren Frequenz entsteht.
2. 2. Frequenzvervielfältiger nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Anordnung eines asynchronen oder anderen Phasenvervielfältigers.
3. 3. Frequenzvervielfältiger nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Anordnung mechanischer oder elektrischer Vorrichtungen zur Veränderung der Phasen der Gitterspannungen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   RERUN. CEDtIUCKT IN DER