DE557017C - Frequenzwandlersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Frequenzwandlersysteme, in welchen statische Frequenzwandler verwendet werden, um die Frequenz eines Wechselstromes zu erhöhen.
In den bekannten Systemen, in denen Transformatoren verwendet werden, um die Frequenz zu erhöhen, enthält die erzeugte Stromwelle oft sowohl gerade als ungerade Vielfache der neuen Frequenz. Um die durch die geraden Vielfachen hervorgerufene Verzerrung aufzuheben, war es deshalb notwendig, komplizierte Schaltungen anzuordnen. In dem bisher verwendeten System ist ferner die von einer einzelnen Transformatorstufe hervorgerufene Frequenzerhöhung verhältnismäßig gering und beträgt im allgemeinen das Zweibis Dreifache der Grundfrequenz. Wenn eine höhere Frequenz erwünscht ist, müssen deshalb die bei einer Erhöhungsstufe verwendeten

ao Schaltoperationen usw. mehrmals wiederholt werden.

Gemäß der Erfindung sind einem Frequenzwandlersystem die Primär- bzw. Sekundärwicklungen eines oder mehrerer Wandlerpaare mit verschieden vormagnetisierten Kernen in Reihe mit der Primär- bzw. Sekundärwicklung eines nicht vormagnetisierten Wandlers geschaltet, und die Größe und das Vorzeichen der Vormagnetisierungen sind entsprechend den gewünschten vervielfachten Frequenzen gewählt.

Gemäß der weiteren Erfindung können die Ausgänge der hintereinandergeischalteten Sekundärwicklungen an einen Resonanzstromkreis angekoppelt sein, der auf mehr als dreimal höhere Frequenzen der Grundfrequenz abgestimmt ist, um Wechselströme von verdreifachter oder noch stärker vervielfachter Frequenz zu erzeugen. Die Vormagnetisierungen der Wandlerpaare sind zweckmäßig so gewählt, daß die in den Sekundärwicklungen erzeugten Impulse gleiche Dauer und gleiche Amplituden haben. Die (Kerne der einen Hälfte der vormagnetisierten Wandlerpaare sind vorzugsweise entgegengesetzt zu denen der anderen Hälfte polarisiert, und die eine Hälfte ihrer Sekundärwicklungen ist in diesem Falle entgegengesetzt zur anderen Hälfte gewickelt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt.

Abb. r zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, mittels welcher die -Grundfrequenz verdreifacht werden kann.

Abb. 2 zeigt die Strom- und Spannungswellen in der Anordnung gemäß Abb. 1.

Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine fünffache Erhöhung der Grundfrequenz ermöglicht.

Abb. 4 zeigt die Wellenform und die Veränderungen, die hervorgerufen werden, wenn

die Frequenz bei der Anordnung gemäß Abb. 3 erhöht wird.

Abb. 5 zeigt eine Anordnung, die eine

Schaltung enthält, welche der in Abb. 3 dargestellten ähnlich ist.

In der weiteren Beschreibung werden teilweise theoretische oder ideale Fälle besprochen. In der Praxis unterscheiden sich selbstverständlich die Zustände teilweise von den idealen Zuständen auf Grund unvollkommener Apparate, nichtlinearer Magnetisierungskurven usw.

Abb. ι zeigt eine Schaltung, mittels welcher ein Strom von einer bestimmten Frequenz in einen Strom von einer dreifachen Frequenz umgewandelt werden kann. Die gegenseitige Induktanz zwischen der Primärwicklung 23 und der Sekundärwicklung 25 nimmt zu anderen Zeitpunkten als die gegenseitige Induktanz zwischen den Wicklungen 13 und 14 einen hohen Augeriblickswert an, nämlich sooft der Wechselstrom in der Primärwicklung 23 durch Amplituden passiert, die annähernd den Wert Null haben. In diesen Zeitpunkten wird ein Spannungsimpuls in der Sekundärwicklung erzeugt. Die Sekundärwicklung 25 ist derart in Reihe mit den Sekundärwicklungen 18 und 19 verbunden, daß die induzierten Spannungsünpulse in der Wicklung 25 zusammen mit den Impulsen in den Wicklungen 18 und 19 eine gleichförmige Reihe von Stromstößen mit regelmäßig wechselnder Polarität bilden. Die in den Sekundärwicklungen erzeugten Stromimpulse sind kurz und durch längere Zwischenräume voneinander getrennt, während welcher die Spannung annähernd gleich Null ist. Durch Anordnung einer zweckmäßigen Schaltung, die auf die neu erzeugte Frequenz anspricht und aus den Kondensatoren 20, 21, 26 und der Induktanzspule 22 besteht, können aber die kurzen sekundären Spannungsstromstöße in eine wahre sinusförmige Stromwelle umgewandelt werden, und weil jede Halbperiode des Wechselstromes in den Primärwicklungen 13, 14 und 23 drei Spannungsimpulse von wechselnden Polaritäten erzeugt, wird der resultierende, neu erzeugte Strom im Ausgangsstromkreis 27 eine Frequenz haben, die dreimal so hoch ist wie die Frequenz des Primär stromes.

In Abb. 2 zeigt Kurve A die Eingangsstromwelle einer bestimmten Frequenz, welche von einer zweckmäßigen Quelle geliefert und den Primärwicklungen 13, 14 und 23 aufgedrückt wird. Kurve i? stellt die kurzen Spannungsimpulse dar, die in den Sekundärwicklungen 23, 18 und 19 erzeugt werden. Der in der Wicklung 2 5 erzeugte Impuls ist entgegengesetzt der Veränderung· des ihn erzeugenden Primärstromes gerichtet. Kurve C stellt den Strom dar, der von den mittels der Kurve B angedeuteten Spannungsimpulsen erzeugt wird, nachdem die formgebenden Schaltungen im Ausgangsstromkreis 27 passiert sind.

Abb. 3 zeigt eine Anordnung, welche fünf Transformatoren enthält, die einen Wechselstrom erzeugen, dessen Frequenz fünfmal so hoch ist wie die Frequenz des Eingangsstromes. Zwei Transformatoren sind bis zu einem gewissen Grade in entgegengesetzten Richtungen polarisiert, und zwei andere Transformatoren sind ebenfalls entgegengesetzt polarisiert, aber nicht in demselben Grade wie die beiden zuerst erwähnten. Der fünfte. Transformator ist nicht polarisiert. Die Wechselstromquelle ist bei dieser Anordnung mit den Primärwicklungen 13, 14, 35, 36 und 23 der Transformatoren 15, 16, 37 und 38 verbunden. Die Transformatoren 15, 16, 37 und 38 werden durch getrennte Wicklungen polarisiert, die, wie gezeigt, mit einer gemeinsamen Gleichstromquelle 17 verbunden sind. Im Polarisierungsstromkreis der Transformatoren 37 und 38 ist ein Widerstand 29 angeordnet, so daß der Polarisierungsstrom der Transformatoren 37 und 38 einen niedrigeren Wert erhält als der Polarisierungsstrom für die Transformatoren 15 und 16. Die Sekun- go därwicklungen 18, 19, 30, 31 und 25 der Transformatoren 15, 16, 37, 38 und 34 sind in Reihe geschaltet und bilden einen Teil des Ausgangsstromkreises 27. Die Wicklungen 30 und 31 sind derart mit den übrigen Sekundärwicklungen 18, 19 und 25 verbunden, daß die induzierten Spannungen umgekehrt werden. Durch Verwendung zweckmäßiger Schaltungen, die auf die neu erzeugte Frequenz ansprechen, beispielsweise Kondensatoren 20, 21, 32 und 26, und eine Induktanzspule 22 enthalten können, wird die in den Sekundärwicklungen induzierte Reihe von Spannungsimpuls en in eine im wesentlichen rein sinusförmige Welle umgewandelt, deren Frequenz fünfmal so hoch ist wie diejenige des Primärstromes.

In Abb. 4 stellt die Kurvet, die Eingangsstromwelle für die Anordnung gemäß Abb. 3 dar. Die Linien x-x und xf-x' deuten die Amplituden an, bei welchen der Primärstrom den Polarisierungsfluß in den Transformatoren 15 und 16 übersteigt. Die Linieny-y und y'-y' deuten die Amplituden an, bei welchen der Primärstrom den Polarisierungsfluß in den Transformatoren 37 und 38 übersteigt. Kurve B stellt die induzierten Spannungsimpulse in den Sekundärwicklungen dar. Der erste Impuls ist derjenige, welcher in der Wicklung 25 entsteht, wenn der steigende Primär strom seinen Nullwert passiert. Der zweite Impuls ist derjenige, der in der Wick-

lung30 entsteht und in,dieser Wicklung umgekehrt wird, wenn der . Primärstrom die Amplitudey-y erreicht. Der dritte Impuls ist der, welcher in der Wicklung 18 erzeugt wird, wenn der Primärstrom die Amplitude x-x erreicht. Der vierte Impuls entsteht in der Wicklung 19, wenn der abnehmende Primärstrom seinen Spitzenwert passiert hat und darauf die Amplitude χ-χ erreicht. D er fünfte Impuls ist derjenige, der in der Wicklung 31 entsteht und von dieser Wicklung umgekehrt wird, wenn der Primärstrom die Amplitude y-y passiert usw. Die während der zweiten Halbperiode des Primärstromes erzeugten Impulse sind den obenerwähnten gleich. Die Impulse bilden eine gleichmäßige Reihe von wechselnden Potentialen. Die Kurve C stellt die endliche sinusförmige Kurvenwelle dar. Diese Welle hat eine Frequenz, die fünfmal so hoch ist wie die Frequenz des Primärstromes. Gemäß Abb. 5 sind die Transformatoren 15 und 16 in entgegengesetzten Richtungen polarisiert dadurch, daß von der Quelle 17 ein Gleichstrom durch die Wicklungen gesandt wird. Der Primärstrom erzeugt in den Sekundärwicklungen 18 und 19 eine Reihe von Spannungsimpulsen. Diese Impulse werden mittels zweckmäßiger Schaltungen berichtigt und erzeugen darauf eine sinusförmige Stromwelle, deren Frequenz doppelt so hoch als diejenige des zugeführten Wechselstromes ist. Die in dieser Weise erzeugte sinusförmige Welle wird durch die Primärwicklungen 40-44 der Transformatoren 46-50 gesandt. Die Transformatorenpaare 46, 47 und 48, 49 sind durch die Gleichstromquellen 51 bzw. 52 in verschiedenem Grade polarisiert. Dadurch, daß die Primärwicklungen 40-44 und die Sekundärwicklungen 53-57 in ähnlicher Weise, wie in Abb. 3 angedeutet, angeordnet werden, wird erreicht, daß die Spannungsimpulse, die von dem Strom in den Primärwicklungen 40-44 in den Sekundärwicklungen induziert werden, eine Welle bilden, welche bei jeder HaIbperiode des Stromes in den Primärwicklungen 40-44 fünf Impulse von wechselnden Polaritäten aufweist. Mittels zweckmäßiger Schaltungen wird eine sinusförmige Stromwelle erzeugt, deren Frequenz fünfmal so hoch ist als die Frequenz des Stromes in den Primärwicklungen 40-44 und zehnmal so hoch ist als die Frequenz des Stromes in den Primärwicklungen 13 und 14.

In den Kurven yl der Abb. 2 und 4 hat die normalerweise sinusförmige Eingangsspannung eine (hier übertrieben groß gezeichnete) Verzögerung in der Welle in Punkten, in welchen die Permeabilität der Transformatorkerne ihre wirksamen Werte erreicht. Dies ist auf die Selbstinduktion der Primärwicklungen! zurückzuführen, die in den Intervallen, während welcher die Permeabilität beeinflußt wird, einen hohen Wert annimmt und deshalb während dieser Intervalle als eine hohe Impedanz wirkt.

In den Abb. 2 und 4 haben ebenfalls die durch die Kurven/? angedeuteten Spannungsimpulse dieselbe Form für beide Polaritäten. Dies bedeutet, daß gerade Vielfache der neuen Frequenz nicht mehr vorhanden sind.

Die beschriebenen Anordnungen können in verschiedener Weise miteinander kombiniert werden, um beliebige Frequenzerhöhungen hervorzubringen. Wenn eine sehr hohe Frequenz erzeugt werden soll, können Verstärker, beispielsweise die im Ausgangsstromkreis der Abb. 5 gezeigte Vakuumröhre 60, verwendet werden, um die Impulse zu verstärken. Wenn Verstärkeranordnungen benutzt werden, ist es zweckmäßig, diese zwischen den Sekundärwicklungen und der formgebenden Schaltung anzuordnen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Frequenzwandlersystem, dadurch ge- 8g kennzeichnet, daß die Primär- bzw. Sekundärwicklungen eines oder mehrerer Wandlerpaare mit verschieden vormagnetisierten Kernen in Reihe mit der Primär- bzw. Sekundärwicklung eines nicht vormagnetisierten Wandlers geschaltet sind und daß die Größe und das Vorzeichen der Vormagnetisierungen entsprechend den gewünschten vervielfachten Frequenzen gewählt ist.

2. Frequenzwandlersystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgänge der hintereinandergeschalteten Sekundärwicklungen ein Resonanzstromkreis angekoppelt ist, der auf mehr als dreimal höhere Frequenzen der Grundfrequenz abgestimmt ist.

3. Frequenzwandlersystem nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungen der Wandlerpaare so gewählt sind, daß die in den Sekundärwicklungen erzeugten Impulse gleiche Dauer und gleiche Amplituden haben.

4. Frequenzwandlersystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne der einen Hälfte der vormagnetisierten Wandlerpaare entgegengesetzt zu denen der anderen Hälfte polarisiert sind und daß die eine Hälfte ihrer Sekundärwicklungen entgegengesetzt zur anderen Hälfte gewickelt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen