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Anordnung zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom unter
Verwendung von zwei Gleichstromquellen und ist dadurch gekennzeichnet, daß einerseits
die negativen und andererseits die positiven Pole der Stromquellen durch je zwei
in Reihe geschaltete Hilfswiderstände und je einen ebenfalls in Reihe geschalteten
Verbraucherwiderstand miteinander verbunden sind. Ferner sind zwischen die zwischen
je- zwei benachbarten Hilfswiderständen liegenden Leiterteile ein Brückenwiderstand
und ein einfacher Schalter vorgesehen, und ein periodisch arbeitender Unterbrecher
ist in einem den positiven -Pol der einen Stromquelle mit dem negativen Pol der
anderen Stromquelle verbindenden Leiterteil angeordnet. Die Hilfswiderstände und
der Brückenwiderstand sind vorzugsweise regelbar. Um einen Wechselstrom mit einer
sehr geringen oder 'völlig fehlenden Gleichstromkomponente zu erhalten, , werden,
gleiche Spannung der beiden Gleichstromquellen vorausgesetzt, zweckmäßig sämtliche
Widerstände so bemessen, daß jeder der beiden den Verbraucherwiderständen unmittelbar
benachbarten Hilfswiderstände zusammen mit dem zugehörigen Verbraucherwiderstand
den gleichen Widerstandswert besitzt wie je einer der anderen drei Widerstände,
nämlich die den. Verbraucherwiderständen nicht benachbarten zwei Hilfswiderstände
und der Brückenwiderstand.
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Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, aus Gleichstrom
einen Wechselstrom jeder beliebigen Frequenz und Kurvenform zu erzeugen. Der Gleichstrom
kann aus jeder beliebigen Gleichstromquelle entnommen werden, beispielsweise können
Akkumulatoren,
Kohlebeutelelemente oder Gleichstromerzeugermäschinen
verwendet werden. Durch die Verwendung von Batterien, Kohlebeutelelementen oder
anderen leicht beweglichen Gleichstromquellen kann an jedem beliebigen Ort ein Wechselstrom
erzeugt werden.
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Die Stromstärke des aus den zur Verfügung stehenden Gleichstromquellen
gewonnenen. Wechselstromes ist durch die Größe der in den Leiterteilen des geschlossenen
Stromkreises angeordneten Widerstände gegeben und kann durch die Einstellung der
Regelwiderstände verändert werden. Die Frequenz des erzeugten Wechselstromes ist
gleich der Anzahl der Ein- und Ausschaltungen des periodisch arbeitenden Unterbrechers
in. der Zeiteinheit.
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Der periodisch arbeitende Unterbrecher besteht aus einem an sich bekannten
kreisringförmig ausgebildeten, in sich geschlossenen Widerstand und einem auf dem
Widerstandsring rotierenden Schleifkontakt. Das eine Ende des den periodisch arbeitenden
Unter Brecher enthaltenden Leiterteiles ist an den Schleifkontakt, das andere Ende
an einen Punkte des Widerstandsringes angeschlossen. Der Widerstand des Unterbrechers
ist so bemessen, daß bei Einschaltung des höchsten Widerstandswertes in dem den
Unterbrecher enthaltenden Leiterteil kein Strom fließt, also dieser Leiterteil praktisch
unterbrochen ist: Bei einer Umdrehung des Schleifkontaktes durchläuft der Strom
also eine volle Periode, so daß die Zahl der Umdrehungen des Schleifkontaktes in
der Sekunde gleich der Frequenz des erzeugten Wechselstromes ist.
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Durch entsprechende Ausbildung des Widerstandsringes lassen sich die
verschiedenartigsten Kurvenformen erzielen; so kann beispielsweise ein sinusförmiger
Wechselstrom oder ein Wechselstrom treppenartiger Kurvenform erzielt werden. _ Um
Frequenzen beliebiger Höhe erzielen zu können, ist der an den Widerstandsring angeschlossene
Leiterteil in an sich bekannter Weise an beliebig viele, den Widerstandsring in
gleiche Abschnitte unterteilende Punkte angeschlossen. Auf diese Weise wird erreicht,
daß bei Umdrehung des Schleifkontaktes eine der Zahl der Unterteilungen entsprechende
Periodenzahl entsteht. So ist beispielsweise bei einer 6ofachen Unterteilung des
Widerstandsringes und bei ioo Umdrehungen des Schleifkontaktes in der Sekunde die
erzeugte Frequenz gleich 6ooo Hertz. Durch größere Anzahl von Unterteilungen, die
sich bei entsprechender Vergrößerung des Widerstandsringes ohne weiteres erreichen
lassen, kann eine noch größere Frequenz erzielt werden.
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Der dein Brückenwiderstand benachbarte .und mit diesem in Reihe liegende
Schalter dient zur Zu- bzw. Abschaltung der Gleichstromquellen von dem Stromkreis.
Bei Schließung dieses Schalters fließt ein Gleichstrom. Bei Schließung bzw. Inbetriebnahme
des periodisch arbeitenden Unterbrechers werden die Stromrichtungen bei gleichbleibender
Stärke umgekehrt, so daß ein Wechselstrom entsteht, und zwar fließt dieser Wechselstrom
in den beiden Leiterteilen ohne Schalter, in denen die Verbraucher angeordnet sind.
In dem mit dem Ein- bzw. Ausschalter versehenen Leiterteil fließt stets ein Gleichstrom;
während in dem mit dem periodisch arbeitenden Unterbrecher versehenen Leiterteil
ein zerhackter Gleichstrom fließt so daß die Möglichkeit besteht, durch Anordnung
der Verbraucher an den entsprechenden Stellen drei verschiedene Stromarten, nämlich
reinen Gleichstrom, zerhackten Gleichstrom und reinen Wechselstrom, aus der erfmdungsgemäßen
Anordnung zu entnehmen, abgesehen von der Möglichkeit der Entnahme eines Wechselstromes
mit überlagerter Gleichstromkomponente, durch ungleiche Bemessung der Hilfswiderstände
einschließlich des Brückenwidertandes: In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung schematisch dargestellt, und es bedeuten Abb. i Schaltungsschema der
Anordnung, Abb. a Unterbrecher mit einem Anschlußpunkt, Abb.3 Unterbrecher mit vier
Anschlußpunkten, Abb: q. bis 7 Kurvenformen des erzeugten Wechselstromes: Gemäß
Abb. i sind zwei Gleichstromquellen Ui und U2 vorgesehen. -Die negativen Pole der
beiden Stromquellen sind durch zwei in Reihe geschaltete Hilfswiderstände R1 und
R5 und den ebenfalls in Reihe geschalteten Verbraucherwiderstand Vi miteinander
verbunden. Ebenso sind die positiven Pole der beiden Stromquellen U1 und U2 durch
zwei in Reihe geschaltete Hilfswiderstände R2 und R4 und einen ebenfalls in Reihe
geschalteten Verbraucherwiderstand V2 miteinander verbunden. Der Leiterteil zwischen
den benachbarten Hilfswiderständen R1 und RS (Punkt B) steht mit dem Leiterteil
zwischen den benachbarten Hilfswiderständen R2 und R4 (Punkt C) über einen Brückenwiderstand.
R3 und einen Ein- bzw: Ausschalter S1 in Verbindung. Ferner ist ein den positiven
Pol (D) der Stromquelle U2 mit dem negativen Pol (A) der Stromquelle U1 verbindender
Leiter vorgegesehen, in dem ein periodisch arbeitender Unterbrecher S2 liegt.
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Die Hilfswiderstände R1; R2, R4, R5 und i der Brückenwiderstand R3
sind regelbar ausgebildet. Zwecks Erzeugung eines reinen
Wechselstromes
werden die sämtlichen Widerstände so bemessen, daß je ein einem Verbraucherwiderstand
L'1 bzw. Tl, benachbarter Hilfswiderstand R1 bzw. R2 zusammen mit dem betreffenden
Verbraucherwiderstand V, bzw. V2 den gleichen Widerstandswert besitzt wie je einer
der anderen drei Widerstände, nämlich die zwei Hilfswiderstände R4 und R5 und der
Brückenwiderstand R3.
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Der Schalter S1 wirkt als einfacher Ein-bzw. Ausschalter. Solange
er geöffnet ist, fließt, gleiche Spannung der Stromquellen U1 und U2 vorausgesetzt,
kein Strom in der Anordnung. Schließt man nun zunächst den Schalter S1 bei offenem
Schalter S2, so fließt zunächst in sämtlichen Zweigen der Anordnung ein Gleichstrom,
dessen Stärke und Richtung durch die Spannung der Stromquellen Ui und U2 und durch
die sämtlichen Widerstände der Anordnung gegeben ist.
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Wird nun der Schalter S2 ebenfalls geschlossen, so, fließt, wie Rechnung
und Versuch übereinstimmend ergeben, in den Zweigen, in denen die Verbraucherwiderstände
TI und V2 liegen, ein Strom, der dem Strom bei geöffnetem Schalter S2 gleich und
entgegengesetzt gerichtet ist.
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Wenn nun der Schalter S1 dauernd geschlossen gehalten und der Schalter
S2 periodisch geöffnet und geschlossen wird, so ergibt sich, plötzliche Schließung
und Öffnung des Schalters S2 und induktions- und kapazitätsfreie Schaltung vorausgesetzt,
ein Wechselstrom mit rechteckiger Kurvenform (theoretischer Wechselstrom). Praktisch
wird eine Kurvenform etwa nach Abb. q. entstehen.
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Die Stromstärke steigt bei Schließung von S1 gemäß der Stromanstiegskurve
an. Bei Schließung von S2 fällt der Strom annähernd senkrecht auf den Wert Null
ab, um sich dann in entgegengesetzter Richtung bis auf gleiche Stärke wieder aufzubauen.
Bei Öffnen von S2 fällt der Strom wiederum annähernd senkrecht auf den Wert Null
ab, um sich jetzt in der ursprünglichen Richtung von neuem aufzubauen. Ein einmaliges
Öffnen und Schließen von S2 entspricht also einer Periode des erzeugten Wechselstromes.
Die die Widerstände RI- R5 durchfließenden Ströme .sind mit i, -i5 bezeichnet.
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Gemäß Abb. 2 besteht der Unterbrecher S2 aus einem ringförmigen, iri
sichgeschlossenen Widerstand W.
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Über den Widerstand W läuft ein Kontakthebel K um. Der Punkt
D ist mit dem Hebel K verbunden, während der Punkt A an den Anschlußpunkt
E des Widerstandes W geführt ist. Berührt der Hebel K den Punkt E, so sind die Punkte
A und D direkt verbunden. Dreht sich der Hebell( weiter, so wächst
der Widerstand zwischen den Punkten A und D
bis zu seinem größten Wert,
der in dein Punkte F erreicht ist. Besitzt der Widerstand W beispielsweise 2o ooo
Ohm, so beträgt der maximale Widerstand zwischen den Punkten A und
D zo ooo Ohm, so daß der Leiterteil zwischen den Punkten A und
D
praktisch unterbrochen ist. Eine Umdrehung des Hebels K entspricht einer
Periode.
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Gemäß- Abb. 3 ist der Punkt A an die Punkte Ei, E2, E3, E4 des Widerstandes
W angeschlossen, so daß vier zusammenhängende Widerstände W1, W2, Ws, W4 gebildet
werden. Bei einer Umdrehung des Hebels K wird also die Verbindung von
A nach D
an den Punkten Ei E4 viermal unmittelbar geschlossen
und viermal an den Punkten F,-F4 unterbrochen, so daß sich vier Perioden ergeben.
Läuft also beispielsweise der Hebel K hundertmal in der Sekunde um, so wird eine
Frequenz von 4.0o Hertz :erzeugt. Der Widerstand W gemäß Abb. 2 und die Widerstände
Wl-W4 gemäß Abb. 3 können bezüglich ihrer Stärke in einzelnen Abschnitten beliebig
ausgebildet werden, so daß sich jede Kurvenform erreichen läßt, beispielsweise eine
reine Sinuskurve gemäß Abb.5 oder eine treppenförmige Kurve gemäß Abb.6.
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Wird der Widerstand R3 verändert, so ändern sich die in den Leiterteilen
zwischen den Punkten A und B und C und D fließenden Ströme
in ihrer Stärke, so daß die Amplitude des Wechselstromes geändert wird. Abh.7 zeigt
Stromkurven mit verschieden großer Amplitude, und zwar entspricht der Kurve mit
der Amplitude GI ein kleiner Widerstand R3, der Kurve mit der Amplitude G2
ein größerer Widerstand R3 und der Kurve mit der Amplitude G3 ein noch- größerer
Widerstand R3. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich also Wechselströme
der verschiedensten Frequenzen und Kurvenformen erzeugen. In dem Leiterteil zwischen
den Punkten B und C fließt sowohl bei offenem als auch bei geschlossenem Schalter
S2 stets ein Gleichstrom, während in dem Leiterteil zwischen den Punkten A und D
bei offenem S2 kein Strom, bei geschlossenem S2 jedoch ein Strom in Richtung von
A nach D fließt. In dem Leiterteil zwischen, den Punkten A und D wird
also ein zerhackter Gleichstrom erzeugt. Aus der Anordnung kann also neben dem Wechselstrom
auch Gleichstrom und zerhackter Gleichstrom gleichzeitig entnommen werden.