DE616618C - Einrichtung zur Umformung von Wechselstrom niederer Frequenz in solchen hoeherer Frequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung¹ dies Hauptpatents 609 701 ist ein Frequenzwandler, der in Äem Apparat die Entnahme von Einphasenstrom niedrigerer Frequenz aus einem Mehrphasennetz hö-S herer Frequenz durch Addition von Kraftflußwellen der Primärseite bzw. die Entnahme von Mehrphasenstrom höherer Frequenz aus 'einem Einphasennetz niedriger>er Frequenz gestattet, wobei die Spannungen auf Primär- und Sekundäraeite in einem beliebigen Verhältnis zueinander stehen können.

Die vorliegende Erfindung zur Umformung von Einphasenwechselstrom höherer Frequenz aus 'einem Einphasennetz, diessen Periodenzahl auch ο sein kann, fußt grundsätzlich auf denselben Erkenntnissien. Es ist an sich bereits ein Frequenzverdoppler bekannt, der aus mehreren Apparaten besteht. Diesem ist der Gegenstand der Erfindung dadurch überlegen,

ao daß er in ein und demselben Apparat gleichzeitig Frequenzerhöhung und Spannungstransformation auf ein Vielfaches, etwa auf eine andere Größenordnung, gestattet.

Das Prinzip des neuen Apparats soll an Hand der Abbildungen erläutert werden. Fuhrt man der Wicklung des Mittelpols P₁ (Abb. 1) leine Spannung von der Frequenz Z₁ zu, so erzeugt diese einen um 90⁰ mcneilenden Kraftfluß Φ_ηαχ · sintutf. Diesen Kraftfluß kann man nun verschiedenen im Kreise um den Mittelpol angeordneten Schenkeln über lein drehbares Jochstück zuführen. Sind 'ti Schenkel angeordnet und wählt man die Drehung des Jochstückes gleichbleibend und so, daß es synchron mit dem Nulldurchgang der Kraftflußwelle den Kraftfluß nach dem PoIp₁ (Abb. 2) zu übertragen beginnt, nachfolgend sämtliche iß Pole überstreicht und mit dem wiederfolgenden Nulldurchgang den letzten Pol p_n verläßt, so wird jeder der Schenkel kürzere Zeit vom Kraftfluß durchsetzt als der Mittelpol. Beträgt die Zeitdauer für'eine Kraft-

rrt

flußhalbwelle des Mittelpoles — = —ψ sek., so beträgt sie für einen Außenpol den n^ten Teil. Also gilt:

Q-z= H. =z ^₇-Z=J₇. Daraus f₂ = η ■ f_t. 2 an if_xn a/_s ^{/2 71}

Diese ti aufeinanderfolgendein Kraftflußimpulse durchsetzen nun sämtliche Außenpole in derselben Richtung, etwa von oben nach unten. Sie sind von ο auf ein Maximum angestiegen, um dann wieder auf ο zu fallen. Das Maximum hängt dann für jeden Pol von dem Wert ab, den die Flußwelle Φ_Μαχ · sin ω t im Mittelpol gerade erreicht. Tragen die Außenpole gleichsinnige Wicklungen, so nehmen die in diesen induzierten Spannungen den Flußimpulsen entsprechend alle denselben Verlauf, also etwa vom Plusmaximum

durch ο zum Minusmaximum. Damit Wechselstrom zustande kommt, muß jede zweite Wicklung in umgekehrter Richtung angeschlossen werden wie die vorhergehende. Der Verlauf der Kraftflußimpulse ist bei gleichbewickelten Polen trapezähnlich, und dementsprechend weicht die Spannung stark von der Sinusform ab. Um auch .eine Sinusform der Spannung zu erhalten, wird nach der weiteren

ίο Erfindung· am Beginn und am Ende des Impulses der überzählige Teil des Kraftflusses vom Polschenkel ferngehalten und über einen Nebenschluß N (Abb. ι und 2) dem Mittelpol wieder zugeführt. Nur in dem Augenblick also, in dem die Jocharmmitte' über der Außmschenkelmitte steht, darf der volle Kraftfluß vom Wert Φ_πιαχ · sin ω t durch diesen treten. Da die Spannungen sämtlicher Außenpole proportional dem Produkt aus Kraftfluß mal Windungszahl sind, sämtliche Außenpole aber abhängig vom j ewetligen· Wert sin ω t verschiedenen Kraftfluß führen und gleichzeitig dieselbe Spannung abgeben sollen, muß durch Veränderung der Windungszahlen 'ein Ausgleich geschaffen werden, indem die Windungszahl für jeden Pol abhängig vom Wert

gewählt wird. Dann wird dieses Produkt

ι
sin ωί

Z.

für jeden Pol Φ,_ηΛΧ · sin cot -j-^-r = Φ_Μαχ · Ζ»,

also unabhängig vom Momentanwert des Kraftflusses im Mittelpol.

Bei der Periodenzahl primär = o, also bei

Gleichstromzufuhr, ist ohnedies Φ = Φ,ηαχ, also der Kraftfluß für jeden Pol gleich groß, und damit können auch alle Pole diesielbe Windungszahl erhalten.

Bei den vorhergehenden Ausführungen ist ein 'einarmiges Joch zugrunde gelegt. Prinzipiell kann man den Kraftfluß auf parallele Schenkel aufspalten, wie dies im Beispiel der Abb. ζ durchgeführt ist. Der Frequenzwandler ist auf eine siebenfache Frequenzerhöhung abgestellt. Um einen symmetrischen Jochrotor zu erhalten, ist dieser doppelarmig aus» gebildet. Der Kraftfluß wird also immer gleichzeitig auf zwei Schenkel verteilt (Abb. 3), deren Wicklungen hinter einandergeschaltet sind und je Schenkel dieselbe Windungszahl aufweisen wie beim emaxmigein Rotor. Dann wird die abgegebene Spannung proportional

= Z · Φ,,,αχ

Φ»,

2 Φη

wie vorher. Die obere- Hälfte der Abb. 2 zeigt den Rotor in Draufsicht. Auf der unteren Hälfte ist der Rotor entfernt; man sieht die Polkerne p^, p₂b usw. 'und den gezahnten, Nebenschluß N. Die Wicklungen und weitgehend sonstige KonstruktionsteiLe sind der Übersichtlichkeit wegen weggelassen. Alle magnetisch leitenden Teile sind schraffiert.

Das Joch verteilt den Kraftfluß. des primären MiWeIpOIsP₁ immer auf zwei Sekundärpole mit im Sinne des Schemas Abb. 3 hintereinandergeschalteten Wicklungen. Abb. 1 ergänzt als Schnitt durch· den Aufriß die Abb. 2. Das Wellenbild der Abb. 4 zeigt, wie verschieden die Kraftflüsse Φ_Χ) Φ.₂ usw., die 'entsprechend auf die Pole p_ia und ρ-φ, Pm und p*b usw. übergeleitet werden, ausfällen.

In der Abb. 4 fallen noch schraffierte Flächen auf, welche den Kraftfluß darstellen, der übrigbleibt, wenn die einzelnen Außenschenkel sinusförmigen Fluß führen sollen und der deshalb durch den Nebenschluß N über einen mit zwischen die Pole ragenden Zähnen versehenen Kranz abgeführt werden muß. Dieser Nebeinschluß N gibt auch den jeweils inaktiven Außenschenkeln Gelegenheit, 'einen Kraftfluß zu bilden, damit sie nicht als Kurz-Schlüsse für die Sekundärseite wirken können. Im vorstehenden Beispiel ist eine Frequenzübersetzung von 7:1 angenommen, also (ein ungerades Übersetzungsverhältnis. Die Wicklungen ι und 7 haben denselben Schaltsinn. Beim Wechsel der Primärwelle werden also in diesen beiden aufeinanderfolgenden Wicklungen ordnungsgemäß entgegengesetzte Spannungen erzeugt. Dies ist bei einer geradzahligen Übersetzung, etwa 8:1, nicht der Fall. Hier müßte also ein neunter Schenkel 'eingefügt werden, der denselben Wicklungssinn wie der achte bekommt; der zehnte wechselt dann wieder den Schaltsinn gegen Pol 9 usf. bis zum Pol 16, der dann wieder denselben Schaltsinn hat wie Pol 1, so daß hier wieder ein normaler Richtungswechsel wie beim ungeradzahligen Übersetzungsverhältnis erfolgt. Man 'erhält also beim ungeradzahligen Übersetzungsverhältnis ·ψ- lind beim geradzahligen f τ- den vollen Fluß führende Schenkel.

Man hat such die Möglichkeit, unabhängig von der Frequenzübersietzung die Höhe der abgegebenen Spannung zu bestimmen. Erhöht man sämtliche Wmdungszahlen der Außenpole um denselben Prozentsatz, so wird offenbar am Verhältnis der Windungszahlen der !einzelnen Außenpole zueinander nichts; geändert, so no daß sämtliche Außenpole unter sich dieselbe Spannung¹ abgeben. Da aber diese größere Windungszahl von demselben Kraftfluß durchsetzt wird wie vorher, wird die abgegebene Spannung größer. Das Verhältnis Primärspannung: Sekundär spannung kann also in einfachster Weise geändert werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung nach Patent 609701 zur Umformung von Wechselstrom niederer

   Frequenz in solchen höherer Frequenz, gekennzeichnet durch einen magnetisch leitenden Kern mit einem Mättelschienkel, . dessen Wicklung an den Stromkreis der ■niederen Frequenz angeschlossen ist, durch konzentrisch zu diesem angeordnete Außenschienkel, deren Zahl dem Frequenzvervielfachungsfaktor bei 'ungeradzahliger, dem doppelten Frequenzviervielfachungsfiaktor bei geradzahliger Vervielfachung entspricht, auf denen Wicklungen der höheren Frequenz mit von Schenkel zu Schenkel wechselndem Schaltsinn angeordnet sind, ferner durch ein mit der Niederfrequenz synchron umlaufendes Jochschlußstück, welches während jeder Welle den Mittelschenkel gleich läng mit jedem Außenschenkel bei imgeradzahliger Übersetzung zweimal, bei geradzahliger einmal überbrückt. ao
2. 2. Einrichtung nach Anspruch' 1, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend den TedlkraftfLüssen die Querschnitte der aufeinanderfolgenden Außenschenkel annähernd nach dem Sinusgesetz, die Windungszahlen der zugehörigen Wicklungen nach dem reziproken Sinusgesietz abgestuft sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und. 2, gekennzeichnet durch einen magnetischen Nebenschluß am Jochschlußstück, der beim Übergang der Jocharme von einem Außenschienkel zum anderen eine kurzzeitige magnetische Nebenverbindung schafft.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen