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Anordnung zur Erzeugung von geradzahligen Vielfachen einer gegebenen
Frequenz Zur Vervielfachung gegebener Frequenzen ist die Verwendung von Transformatoren
bekannt, bei denen durch Vormagnedsierung des Eisenkernes ,ein je nach der Phase
(Augenblickswert) verschiedenes Verhältnis .der Verteilung des magnetischen Flusses
erzielt wird. Bei geeigneter Bemessung der Gleichstrommabanetislerung liegt der
Arbeitspunkt auf dem stark gekrümmten Teil der Magnetisierungskennlimie, so daß
Wechselspannungen vorn unsymmetrisclier Kurvenform entstehen. Von den in der unsymmetrischen
Wechselspannung enthaltenen. Oberwellen ist die zweite Harmonische besonders stark,
so daß sich auf diese Weise eine Frequenzverdoppelung besonders gut erzielen läßt.
Diese Anordnung hat aber den. Nachteil, daß zur Erzeugung der notwendigen Vormagnetisierung
Gleichstrom benötigt wird oder Dauermagnete verwendet werden müssen. Die Anordnung
nach der Erfindung erm#glicht die Vervielfachung einer Frequenz unter Ausnutzung
einer periodischen Unsymmetrie in der Flußverteilung unter Vermeidung des Nachteiles
zusätzlicher Vorrichtungen zur Erzeugung einer Vormagnetisierung. Bei der Anordnung
zur Erzeggun,g von geradzahligen Vielfachen deiner gegebenen Frequienz nach der
Erfindung kommen zwei Transformatoren oder ein Drei.- oder Mehrschenkeltransformator
mit wenigstens drei Wicklungen zur Verwendung. Dabei sind entweder die Primärspulen
in gleichem Wicklungssinne geschaltet und die Sekundärspulen gegeneinander geschaltet
oder die Sekundärspulen haben gleichen Wicklungssinn bei Gegeneinanderschaltungder
Primärspulen.. Erfindungsgemäß ist der Sekundär«zcklung oder den Sekundärwicklungen
ein Kondensator parallel geschaltet, und der hierdurch gebildete
Schwingungskreis
steht in Resonanz mit der höheren Frequenz, so daß dieser Kreis eine periodische
Unsymmetrie in der Flußverteilung ergibt.
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Transformatoranordnungen, bei denen die Primärwicklungen in Reihe
und die Sekundärwicklungen gegeneinander geschaltet sind, sind zwar schon bekannt.
Sie dienen jedoch zur Erzeugung einer unpaarigen Vielfachen, insbesondere einer
dreifachen Frequenz, aus ,einer gegebenen Frequenz, und die beiden Transformatoren'
müssen hierbei verschiedenartig ausgebildet sein. Der magnetische Kreis des einen
Transformators soll nämlich bereits bei kleinen Werten des Primärstromes sehr schnell
gesättigt werden, während der andere Transformator erst bei !erheblich stärkerer
Zunahme des Primärstromes zur Sättigung gelangt, so daß eine Wechselsparnnung mit
stark abgeflachter Kurvenform entsteht. Diese Kurve und damit die- Flußverteilung
ist jedoch symmetrisch, während bei der Anordnung nach der Erfindung eine periodische
Unsymmetrie in der Flußverteilung erzeugt wird, durch die im Gegensatz zu der bekannten
Transformatoxanordnung eine Frequenzverdoppelung oder Erzeugung einer geradzahligen
Vielfachen erreicht werden kann. Während ferner bei der bekannten Anordnung die
gewünschte ungeradzahlige Oberwelle bereits an den offenen Transform:atorklemmen
erscheint, erregt sich die ,geradzahlige Ober-,welle der vorliegenden Anordnung
erst durch den Anschluß des Kondensators.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung erübrigt sich also eine magnetische
Unsynunetrie im Transformatoreisen oder eine Vormagnetisierung. Die zur Erzeugung
der gewünschten geradzahligen höheren H;armom,-s c 'hen notwendige Flußä;nderung
wird abweichend von dem bisher Bekannten durch den auf :die höhere Frequenz abgestimmten
Resonanzkreis erzielt.
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Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht bei Anschluß an sinusförmige
Wechselspannung und bei geeigneter Dimensionierung des Transformators oder der Transformatoren
eine Ausgangsspannung, die letwa 9o % ider Primärspannung mit der Frequenz der zweiten
Oberwelle und 300/0 vierte und geringe Anteile von übrigen Oberwellen ,enthält.
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Die Wirkungsweise der Anordnung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert:
werden. In Fig. i ist ein Diagramm dargestellt, in, -welchem die Kurve i dem Primärstrom
des Frequenzvervielfachers nach der Erfindung entsprechen soll. Die Frequenzen dies
Primär- und' Sekundärstromes mögen in einem Frequenzverhältnis 1:2 zueinander stehen.
Die Kurve 2 entspricht dann dem Sekundärstroxi des Vervielfacliers. Wenn man. die
Summenkurve der beiden Wechselstromkurven i und 2 bei der dargestellten, durch Zusammenfallen
der Höchstwerte von Kurve i mit Höchstwerten der Kurve 2 gekennzeichneten Phasenlage
der Ströme zueinander bildet, so ergibt sich die unsymmetrische Summenkurve 3. Die
Kurve 3 stellt dabei eine rein theoretische Kurve dar, denn in keiner Wicklung fließt
ein solcher Summenstrom. Die Kurve 3 ist aber ausschlaggebend .für die Magnetisierung
und wirkt dementsprechend auf den Eisenkern des Transformators oder der Transformatoren
ein.
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In Fig. 2 ist die bekannte Form der Magnetisierungslinie dargestellt,
nach der die Induktion mit steigen er magnetisierender Kraft langsamer wächst. Bei
geeigneter Bemessung des Transformators und bei ausreichender, d. h. solcher Amplitude
der gedachten Summenkurve, bei der die Spitzen in den gekrümmten Teil der Charakteristik
fallen, entsteht im Eisenkreis ein Fluß, der eitle Gleichfeldkomponente enthält.
Es bedeutet dies ein Überwiegen des in der Zeichnung unten dargestellten Teiles
der gedachten Kurve 3. Die dadurch erzwungene Gleichflußkomponente ist in Fig. i
als neue Nullinie durch. die punktierte Linie q. dargestellt.
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Bei dem in Fig.3 abgebildeten Ausführungsbeispiel für eine Frequenzvervielfachungsanordnung
mach der Erfindung stellen i und 2 Primärwicklungen dar. Mit 3 und :1 sind gegeneinander
geschaltete Sekundärwicklungen bezeichnet, denen der Kondensator 5 parallel geschaltet
ist. Wird primärseitig an die Eingangsklemmen eine Wechselspannung mit einer bestimmten
Frequenz angelegt, so entsteht beim Einschalten in dem sekundärseitigen Schwingungskreis,
der aus den beiden Transformatoren und dem Kondensator gebildet wird, eine Schwingung
von doppelter Frequenz ;und vorn im wesentlichen einer dem in Fig. i dargestellten
Falle entsprechenden Phasenlage, so daß sie zusammen mit der Primärdurchflutung
eine Gleichflußkomponente erzeugt. Als Folge dieser Gleichflußkomponente wird aber
die verdoppelte Schwingung verstärkt. Auf diese Weise bildet sich nach mehreren
Perioden ein starker Gleichfluß aus.
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Die Verwendung dorr Anordnung nach der Erfindung ergibt außerordentliche
Vorteile dadurch, daß es nicht erforderlich ist, Maßnahmen zur zusätzlichen Erzeugung
eines Gleichflusses, z. B. durch Anwendung von Gleichstrom, zu treffen. Die notwendige
geringe Nichtlinearität ist auf jeder Stelle der Magnetisierungskurve vorhanden.
Erst durch den Gleichfluß wird dann der Arbeitspunkt auf das Knie der Kennlinie
verschoben.
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Bei dem in Fig.3 abgebildeten Ausführungsbeispiel sind die Primärwicklungen
i und 2 gleichsinnig, hintereinandergeschaltet,
während die Sekundärwicklungen
3 und 4 gegeneinander geschaltet sind. Bei dieser Anordnung wird die Phasenvezschiebung
von i8 o bzw. o° erreicht, da im allgemeinen bei Transformatoren die Phasenverschiebung
zwischen Primär- und Sekundärstrom angenähert i8o' beträgt.
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Es können aber auch die Primärspulen entgegengesetzten Wicklungssinn
besitzen bei Zusammenschaltung der Sekundärspulen im gleichen wicklunngssinne. Es
ist auch möglich, die einzelnen Wicklungen auf deinem gemeinsamen Eisenkern aufzubringen.
Weiterhin können auch die beiden gleichsinnig gewickelten Spulen durch eine, einzige
Spule gebildet werden. .
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In Fig.4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung dargestellt,
bei der ein dreischenkliger Eisenkern zur Verwendung kommt. Die Primärwicklungen
i und 2 liegen hierbei auf den -äußeren Schenkeln und sind gegeneinander geschaltet.
Auf dem Mittelschenkel befindet sich eine einzige Sekunndanvicklung 3, der ein Kondensator
zur Abstimmung auf die doppelte Frequenz oder Beine höhere gexadzahlige Vielfache
parallel geschaltet ist. Eb:ensogut wie die Sekundärspule auf dem Mittelschenkel
liegt und zwei Primärspulen. auf den äußeren Schenkeln vorgesehen sein können, ist
es auch möglich, zwei Sekundärspulen. auf den Seitenschenkeln anzuordnen und die
Primärwicklung auf den Mittelscheel zu legen. Der Kondensator 5 muß in jedem Falle
parallel zur Sekundärwicklung oder zu den Sekundärwicklungen. geschaltet sein.
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Erst durch den Kondensator 5 wird der Schwingungskreis auf die verdoppelte
Frequenz oder eine höhere geradzahlige Harmonische abgestimmt. Die Anordnung @ergibt
im Leerlauf, also ohne Absti:mmkondensator, keine Spannung. Die Abstimmung ist für
das Zustandekommen der verdoppelten Schwingungszahl notwendig. Durch Kaskaden schaltung
von zwei oder mehreren Frequenzverdopplern lassen sich leicht verschiedene Vielfache
der Grundfrequenz erzeugen. Es können auch aus einer einzigen Frequenzverdopplungsanordnun;g
mit Hilfe von Filtern die allerdings nur schwächer vorhandene. höheren Harmonischen
hexausgesiebt werden. Auf diese Weise ist @es z. B. möglich, aus technischem Wechselstrom
von 5o Perioden ohne weiteres Frequenzen von. ioo, Zoo, 3oo und 4oo Hz oder noch
höhere Frequenzen. zu @erzeugen.
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Ein. Ausführungsbeispiel für eine FrequenzverdopplungsscUaltumg mit
Filtern. zur Aussiebung der gewünschten Oberwellen ist in Fig. 5 dargestellt. Die
Grundfrequenz f wird einem VerdopplerA zugeführt, an dessen Ausgang die Filter
B, C, Di liegen. Am Ausgang der Filter können. :die Frequenzen 21, 41,
61 usw. abgenommen werden. Fig.6 zeigt eine Kaskadenschaltung mit drei Verdopplem
Ä. Zwischen den Verdopplern sind Filter B, C E abgezweigt, denen. die Frequenzen
21, 41, 8/...
abgenommen werden können. Die Kaskadenschaltung kann ,auch mit
einer Schaltanordnung nach Fig. 5 kombiniert werden, ebenso lassen sich auch bekannte
Anordnungen zur Frequenzverdreifachung hiermit vereinigen, so daß auf diese Weise
leicht eine große Anzahl von vervielfachten Frequenzen einer gegebenen Grundfrequenz
gebildet werden kann.