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Anordnung zur Frequenzwandlung Es ist bekannt, daß man zur Verdreifachung
einer gegebenen Frequenz, beispielsweise der üblichen Netzfrequenz von 5o Hz, drei
Drosselspulen mit eisengeschlossenem magnetischem Kreis verwenden kann, deren Wicklungen
in Stern geschaltet werden. Zwischen dem Sternpunkt des Netzes oder der speisenden
Maschine und dem der Drosselspulen ergibt sich dann eine Spannung dreifacher Frequenz.
Da häufig der Netzsternpunkt unr zugänglich ist, kann man den Drosselspulen Sekundärwicklungen
geben, die zu einem offenen Dreieck zusammengeschaltet werden, an dem dann die Spannung
dreifacher Frequenz entnommen werden kann. Wünscht man ein Dreiphasensystem dreifacher
Frequenz zu erhalten, so muß man drei derartige Drosselspulensätze verwenden und
dafür, sorgen, dafi deren Flüsse um ± 40°, bezogen auf die Grundfrequenz, gegeneinander
versetzt sind. Dann ergibt sich beispielsweise an den drei offenen Dreiecken der
Sekundärwicklungen ein Drehstromsystem dreifacher Frequenz. Es ist übrigens nicht
erforderlich, Einzeldrosselspulen zu verwenden; sie können in bekannter Art und
Weise z. B. zu Drehstromdrosselspulen zusammengebaut werden, wobei jedoch auf das
Vorhandensein eines magnetischen Rückschlusses zu achten ist. Die ' Phasenverschiebung
von ± 40° läßt sich (Abb. i unten) in einfacher Weise z. B. durch Zickzackschaltung
mit passend bemessenen Windungszahlen erzielen.
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In entsprechender Weise lassen sich auch höhere Frequenzen erreichen.
Schaltet man z. B. die Sekundärwicklungen eines Satzes im offenen Dreieck zusammen
und die drei offenen Dreiecke ihrerseits im offenen Dreieck, so bekommt man (Abb.
i oben) an den mit U9 bezeichneten Klemmen dieser aus neun Einzelwicklungen bestehendem
Schaltung die gfache Frequenz. Die Leistungsausbeute ist jedoch recht niedrig, da
mit steigender Frequenz
die Größe der höheren Harmonischen schnell
abnimmt. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, zur Erzeugung einer höheren, beispielsweise
der 9fachen Frequenz zunächst ein Drehstromsystem 3facher Frequenz zu erzeugen und
hiermit einem weiteren Satz aus drei Drosselspulen mit sterngeschalteten Primärwicklungen
zu speisen, der dann die 3 X 3 = 9fache Frequenz liefert. Der Aufwand hierfür ist
nicht allzu groß, da bei Frequenz-\vandlern die Leistung unter sonst gleichen Bedingungen
der Frequenz proportional ist, so daß der von 3- auf 9fache Frequenz übersetzende
Wandler nur 1/3 des Eisengewichtes des ersten Wandlers aufzuweisen braucht. Immerhin
bedingt die doppelte Umformung zusätzlichen Aufwand und verschlechterten Wirkungsgrad.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung, bei der
unmittelbar in einem Frequenzwandlersatz die 9fache Frequenz erzeugt wird. Die Anordnung
besteht aus drei Dreiphasendrosselspulen, deren Primärwicklungen in Stern bzw. zwecks
Erzielung der ±-4o°-Phasenverschiebung in Zickzack mit passender Bemessung der Windungszahlen
geschaltet sind (Abb. i unten). Die Sekundärwicklungen jeder Dreiphasenspule werden
im offenen Dreieck und die Klemmen der drei Gruppen ihrerseits wieder im offenen
Dreieck zusammengeschaltet (Abb. i oben), so daß sich wie oben an den Klemmen U8
die zunächst recht kleine Spannung 9facher Frequenz ergibt. Um diese zu vergrößern
und damit eine bessere Leistungsausbeute zu bekommen, wird durch Kapazitäten C3,
die beispielsweise in Dreieckschaltung an die drei Sternpunkte angeschlossen werden,
ein kräftiger Magnetisierungsstrom 3facher Frequenz künstlich hinzugefügt. Es können
auch (Abb. i unten) Kapazitäten c03 in Sternschaltung angeschlossen und gegebenenfalls
ihr Sternpunkt durch Schließen des Schalters So an den Sternputvkt der speisenden
Maschine angeschlossen werden. Um die Ausbeute an Leistung 9facher Frequenz zu vergrößern,
empfiehlt es sich vielfach, den Frequenzwandler auch auf der Ausgangsseite kapazitiv
zu belasten, etwa durch Kapazitäten CV. an seinen Klemmen.
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Man wird danach streben, die verwendeten Kondensatoren möglichst gut
auszunutzen und ihnen z. B. ganz oder teilweise gleichzeitig Ströme 3- und gfacher
Frequenz zu entnehmen. Schaltet man die Kondensatoren C3., wie in Abb. i oben angegeben,
und schließt die Schalter SS, so liegen die Kapazitäten an einer Spannung, die aus
3- und 9facher Frequenz gemischt ist, so daß sie Ströme beider Frequenzen liefern.
Man kann auch so vorgehen wie in Abb.2. Hier sind die im offenen Dreieck geschalteten
Wicklungen einer Drosselspulengruppe zum Anschluß der Kondensatoren ihrerseits in
Stern zusammengeschaltet. Schließt man die Kapazitäten C$ in Dreieckschaltung an,
so führen sie nur Ströme 3facher Frequenz; schließt man sie dagegen in Sternschaltung
an, C3"', und schließt den Schalter S.', so liegen sie wieder an einer Spannung,
die aus 3- und 9facher Frequenz gemischt ist, und liefern entsprechende Ströme.
Hierbei dienen die Wicklungen der Abb.2 als tertiäre nur zum Anschluß der Kondensatoren,
so daß, was unter Umständen vorteilhaft sein kann, die Nutz- und Blindströme getrennt
fließen.
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Ein solcher Frequenzwandler hat auf der Niederfrequenzseite ziemlich
hohe Phasenverschiebung, die sich durch Parallelschaltung von Kondensatoren vermindern
läßt. Auch hier wird man danach streben, diese Kondensatoren oder einen Teil davon
mehrfach auszunutzen; schaltet man sie, wie die Kapazitäten C139 in Abb. 3, in Stern
und verbindet den Sternpunkt mit dem Sternpunkt der Primärwicklungen je einer Gruppe,
so liegen die Kapazitäten an einer Spannung i-, 3- und 9facher Frequenz und liefern
entsprechende Ströme.
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Versucht man eine Anordnung wie die oben beschriebene praktisch zu
verwirklichen, so stellt man fest, daß sich häufig durch das Zuschalten der Kondensatoren
ungewollte Frequenzen selbst erregen, so daß das ordnungsmäßige Arbeiten des Frequenzwandlers
gestört wird. Dies läßt sich jedoch verhindern; schaltet man nämlich parallel zu
den Kondensatoren eine Drosselspule, so können sich niedrige Frequenzen nicht mehr
erregen, da der Kreis für diese hohen kapazitiven Widerstand oder sogar induktiven
Charakter hat. Schaltet man vor die Kapazitäten eine Drosselspule (Reihenschaltung),
so wird der Kreis für höhere Frequenzen hochohmig oder sogar induktiv, so daß deren
Selbsterregung unmöglich wird. Eine Kombination beider Schaltungen ermöglicht es,
einen Kreis zu gewinnen, der nur für eine gewünschte Frequenz eine Kapazität größerer
Leitfähigkeit darstellt.
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Auf den ersten Blick erscheint diese Maßnahme sehr unwirtschaftlich,
da ja durch die Zuschaltung einer Drosselspule zu einem Kondensator die kapazitive
Blindleistung zu einem Teil in der Drosselspule selbst umgesetzt wird. Dies ist
jedoch nicht so schlimm. Schaltet man nämlich einem Kondensator mit dem Blindwiderstand
i S2 eine Drosselspule mit dem Blindwiderstand 9S2, beide Werte bezogen auf die
3fache Frequenz, parallel, so gehen nur i i °/o der kapazitiven Blindleistung verloren.
Bezogen auf die Grundwelle, hat aber die Drosselspule nur noch den Widerstand 3,00-,
die Kapazität denselben Widerstand, so daß der Kreis, wenn man von Verlusten absieht,
überhaupt keinen Grundwellenstrom zu führen vermag.
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Arbeitet man analog wie oben mit einem Fünfphasensystem an Stelle
eines Dreiphasensystems, so kann man 5- und 25fache Frequenz erzielen, durch Kombination
von Fünf- und Dreiphasensystem die i5fache Frequenz.