DE633259C - Anordnung zur Erzeugung von Wechselstroemen - Google Patents

Description

REICHS

Es ist bereits bekannt, mechanische Energie in elektrische durch periodische Änderung der elektrischen Größen eines Sehwingungskreises umzuformen; auch ist bereits eine zur Ausübung dieses Verfahreiis geeignete Anordnung vorgeschlagen worden. Dieses Verfahren beruht darauf, daß bei einem bestimmten Verhältnis zwischen der Periode der Änderung der elektrischen Größen und

to der Eigenschwingungsperiode des Schwingungskreises einerseits und zwischen der relativen Änderung der elektrischen Größe m und dem Dämpfungsdekrement der Eigenschwingungen δ anderseits in dem Kreise ungedämpfte elektrische Schwingungen mit einer der doppelten Änderungsperiode der elektrischen Größen genau gleichen Periode entstehen. Dabei wird die Energie dieser Schwingungen auf Kosten der zur periodisehen Änderung der elektrischen Größen erforderlichen äußeren (mechanischen oder elektrischen) Antriebsleistung erhalten.

Im einfachsten Falle des Schwingungskreises, bestehend aus Kapazität und Selbstinduktion, kann diese letzte Bedingung in »5 Form von

m>±ö (i)

ausgedrückt werden.

Unter dieser Bedingung entstehen in dem Kreise elektrische Schwingungen auch bei Abwesenheit irgendwelcher in das System einzuführenden elektromotorischen Kräfte. Ist aber diese Bedingung nicht erfüllt, so wird der Kreis keine äußere Antriebsleistung aufnehmen, und es werden keine Schwingungen erregt.

Den Gegenstand der Erfindung bildet- nun eine neue Anordnung, in welcher die Arbeit der äußeren, die elektrischen Größen des Kreises ändernden Kraft auch dann ausgenutzt wird, wenn die Bedingung (1) nicht erfüllt ist, d. h. falls sich die Anordnung nicht selbst erregt. Zur Erläuterung des Wesens der Erfindung wird folgender Fall betrachtet.

Es soll ein elektrischer Schwingungskreis gegeben sein, welcher aus einer Kapazität C,

■- einem Ohmschen Widerstand R und einer veränderlichen, z. B. auf irgendeine Weise mechanisch veränderlichen Selbstinduktion^^

besteht. i-'-k^

Nehmen wir an, daß die periodisch "z£ß*5 nach dem Gesetze ^⁵Av

L = Lc (i -|- ?«.·sin2 cot) (2) bewirkte Änderung der. Selbstinduktion, wobei ω gleich bzw. annähernd gleich der Eigenfrequenz Cu₀ des Kreises ist, zur Erregung iider Schwingungen nicht ausreicht. ;s\?Es soll weiter auf den Kreis in üblicher ßg $f|eise (z. B. induktiv) ein gewisse EMK pv=£"_o sin (ωί-\-ψ) derart einwirken, daß 'die die Vorgänge im Schwingungskreis bestimmende Differentialgleichung in folgender Weise ausgedrückt werden kann:

L₀ — (1 4- m sin 2 ω t) i — Ri 4 = E_osax (a>t -\- <p) .

(3)

15 Daraus bekommen wir bekanntlich die Gleichung für die Energie

T T

= fE_üi sin (cot -f- <p)dt —L_oa>inß'² cos wtdt,

0-- O

wobei Γ = -

ist.

(4)

Da rnan bei kleinen Werten vom m annähernd

^ = CCCOS(COi <p₀)

setzen kann, so führt die Gleichung (4) zur folgenden Gleichung

τ : IEidt = E₀CL- sin (φ₀

φ)

:fi-| L₀W COS

(5)

(6)

Im besonderen Falle bei

haben wir

=! R — ^

(7)

Den Inhalt der Gleichung (7) kann man

in folgender Weise ausdrücken. Bei Anwesenheit einer synchronen periodischen Änderung der Selbstinduktion eines Schwingungskreises mit entsprechender Phase wird die in dem

Schwingungskreis vernichtete Arbeit /Ri²dt

nicht nur auf Kosten der Arbeit der von

(τ \ /Eidtj, sondern ο / auch auf Kosten der äußeren, die Selbst-

induktion ändernden Kraft = I— erhalten.

Wie weiter aus der Gleichung (7) zu ersehen ist, ist das Verhältnis der Leistung P_c, welche in den Kreis durch die äußere EMK eingeführt wird, zur Leistung P_p, welche in den Kreis durch die Änderung der Selbstinduktion geliefert wird, gleich

' —m

m 2 '

■· (8)

Es ist also sehr klein, falls — dim den Wert 1

η '

nur wenig übersteigt.

In diesem Falle wird die in den Kreis gelieferte Leistung praktisch allein durch die für die Änderung der Selbstinduktion aufgewandte Arbeit bestimmt.

Aus der allgemeinen Gleichung (6) kann man noch den folgenden Schluß ziehen. Da die Phase φ₀ des Stromes i sowohl von den elektrischen Größen des Schwingungskreises als auch von der Phase φ der von außen wirkenden EMK abhängig ist, so hängt folglich die Amplitude der erregten Schwingungen im wesentlichen von φ ab.

Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Anordnung, die aus einem Schwingungskreis mit periodisch durch äußere Einwirkung veränderlichen elektrischen Größen (Kapazität, Selbstinduktion oder beide zugleich) besteht, indem die relative periodische Änderung der

elektrischen Größen allein nicht zur Erregung von Schwingungen ausreicht. Erfindungsgemäß wird dem Schwingungskreis von außen eine periodische EMK zugeführt, deren Periode ein ganzes Vielfaches der Periode der Änderung der elektrischen Größen des Kreises ist. Das wirksamste Verhältnis der Frequenzen wird dann erhalten, wenn die Frequenz ω_ρ der Änderung der

ίο elektrischen Größen das Doppelte der Fre-' quenz der von außen wirkenden EMK beträgt, welche ihrerseits der mittleren Eigenfrequenz ω₀ des Schwingungskreises gleich ist, d. h. falls ω_ρ = 2 ca und ω = ω₀ ist.

t5 Es ergibt sich also aus dem Obenstehenden, daß die Anordnung als ein nicht voll erregter mit periodischen Änderungen der elektrischen Größen arbeitender Schwingungskreis mit Fremderregung zu betrachten ist.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Hier ist mit ι der sich vor den feststehenden, die Selbstinduktion des Schwingungskreises bildenden Spulen 7 bewegende Läufer bezeichnet, welcher von dem Motor 2 angetrieben wird. Mit 3 ist ein kleiner Wechselstromgenerator üblicher Art bezeichnet, weleher eine Frequenz gibt, die genau der Hälfte der Frequenz der Änderung der Selbstinduktion ist. Da die letztere durch die Umdrehungszahl des Motors bestimmt ist, wenn der Läufer mit der Motorwelle entweder unmittelbar oder durch ein Zahnradgetriebe gekupelt ist, so ist zur sicheren Einhaltung der genau vielfachen Frequenz der die Fremderregung liefernden Maschine auch die Welle dieser Maschine mit der Motorwelle entweder unmittelbar oder durch die Zahnräder 4' und 4" verbunden. Die von der Maschine 3 gelieferte Spannung wird dem Schwingungskreis mittels der miteinander induktiv gekoppelten Spulen 5, 6 eines Transformators zugeführt. 8 ist die Kapazität des Schwingungskreises. Mit 9' und 9" sind die Klemmen für die Einschaltung der Belastung und mit 10 die Klemmen der veränderlichen Selbstinduktion bezeichnet. Die Klemmen 9' und 9" werden entweder kurzgeschlossen oder durch . eine entsprechend bemessene Drosselspule miteinander verbunden.

Mittels üblicher Mittel kann man auch die gewünschte Phasendifferenz zwischen der periodischen Änderung der elektrischen Größe und der von außen wirkenden EMK einstellen.

Zweckmäßig wird in den Schwingungskreis zum Stabilisieren der Wechselstromamplitude noch eine Drosselspule mit einem Kern aus magnetisierbarem Werkstoff und einer Einrichtung eingeschaltet, welche die Einstellung des Arbeitspunktes auf der Magnetisierungskurve gestattet.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung von Wechselströmen, bei der die Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische durch periodische Änderung der elektrischen Größen eines Schwingungskreises mit der doppelten Frequenz des erzeugten Stromes bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß außer der periodischen Änderung einer oder mehrerer elektrischer Größen (Selbstinduktion. Kapazität oder beider zusammen) des Schwingungskreises auf den Schwingungskreis noch zusätzlich eine äußere EMK einwirkt, deren Periode ein ganzes Vielfaches der Periode der Änderung der elektrischen Größen und gleich oder annähernd gleich der mittleren Eigenperiode des Kreises ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Änderung der elektrischen Größe des Schwingüngskreises derart gewählt ist, daß sie allein zur Erregung der Schwingungen nicht ausreicht.

3. Anordnung nach Anspruch X, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stabilisieren der Wechselstromamplitude in den Schwingungskreis eine Drosselspule mit einem Kern aus magnetisierbarem Werkstoff und einer Einrichtung eingeschaltet wird, welche die Einstellung des Arbeitspunktes auf der Magnetisierungskurve gestattet.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erforderliche ganzzahlige vielfache Verhältnis zwischen der Periode der von außen einwirkenden EMK und der Periode der Änderung einer oder mehrerer elektri- ^l°5 scher Größen entweder durch starre Kupplung oder durch Kupplung mittels eines Zahnrad- oder Schneckengetriebes der Welle des Antriebsmotors sowohl mit der Welle der die. periodische Änderung der elektrischen Größen bewirkenden Vorrichtung als auch mit der Welle eines Hilfsstromerzeugers, der als Quelle für die Fremderregung dient, erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen