DE848060C - Magnetischer Frequenzteiler - Google Patents

Description

• Magnetischer Frequenzteiler

  1>1e Hrlindtnig bezieht ;icli ini allgemeinen auf

  eineu I're(luenzteiler, der die Sättigung eines ferro-

  magnetischen l11-erns benutzt, um einen "'echsel-

  stroni zu erzeugen, dessen Vrequenz geringer ist

  als die des erregenden \%-ecliselstrotns. lin beson-

  deren hetrittt die 1?rtiudung eine verbesserte Bau-

  waise des Magnetkerns und der elektrischen Stroni-

  kreise C'Itil'# 1'rc(ltieliztellers.

  lii einer 1(el;ztiiiitcii Anordnung \vircl das

  ertW dungsgeuiäl.i zur Anwendung gebrachte Magnet-

  gestell für einett Vrequeuzwandler benutzt, dessen

  Sekundärstrom eine Frequenz hat, die eine gerad-

  zahlige, höhere oder niedere Harmonische der Fre-

  quenz (les erregenden Wechselstroms darstellt.

  lii dein bekannten Frecluenzwandler wird ein

  \lagiietgestell verwendet, das aus einer Mehrzahl

  \c111 dreischenkligen, im wesentlichen E-förnii(,en

  Eisenblechen zusammengesetzt ist, und zwar sind

  diese Bleche so zusammengesteckt, daß die Schenkel

  aufeinanderfolgender Lagen um 9o° gegeneinander

  verdreht sind, so daß die aufeinandergestapelten

  Illeclic ein Magnetgestell -von im \vesentlichen

  quadratischem Uniriß bilden, das vier quadratische

  Öffnungen aufweist. Die Induktionswicklungen

  \\'erdeu jeweils durch zwei diagonal gegenüber-

  liegende Offnungen gelegt, so daß von einer Primär-

  \vicl;luug aus zwei magnetische Flüsse in den sich

  kreuzenden Schenkelpaaren erzeugt werden können.

  I )ie vorliegende Lrfindung stellt eine Anordnung

  von Stromkreisen dar, die es unter Verwendung

  eifies Magnetgestells gleicher Hauart gestattet, einen

  Sekundarstrom zti erzeugen, dessen Frequenz eine

  ungeradzahlige niedere Harmonische des erregen-

  den Wechselstroms darstellt oder die überhaupt

  irgendeine gewünschte Frequenz unter derjenigen

  des 1'riin<irstroms besitzt. Dies wird erreicht, indetn

  eitre Mehrzahl abgestimmter Stromkreise induktiv

  mit dem Kern gekoppelt wird, der von einem

  Wechselstrom so erregt wird, daß Schwingungen

  Von solchen Frequenzzahlen, und zwar verschiede-

  nen in den abgestimmten Stromkreisen fließen, daß

  die Summe der Frequenzen dieser Schwingungen

  gleich der Frequenz des erregenden Stroms sind.

  Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist

  um magnetischer Frequenzteiler, der ein einheit-

  liches'Magnetgestell mit mindestens vier Öffnungen

  hat und der eine durch zwei diagonal gegenüber-

  liegende Öffnungen gelegte Spule und eine zweite,

  durch die beiden übrigen diagonal gegenüherliegen-

  detiÖffnungen gelegte zweite Spule und mindesten

  eine weitere durch zwei nebeneinanderliegetide

  Öffuttngen des Magnetgestells gelegte Spule besitzt.

  Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die

  l:rlüilutng des Wirkungsgrades von Frequenz-

  teilern durch die Verwendung eines verbesserten

  Magnetkerns, der es gestattet, mittels einer oder

  mehrerer Wicklungen mehrere magnetische Ströme

  s0 miteinander zu verbinden, daß sich geringere

  Verluste ini Kupfer und kürzere magnetische Stroni-

  l;reise als bisher ergeben.

  1?iti weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft

  einen Vrequenzteiler der oben beschriebenen Art, in

  dein eine #lelirzalil von altg=estimmten Kreisen in-

  duktiv tnit verschiedenen magnetischen Strömen

  des Kerns gekoppelt ist und in dein diese Strom-

  kreise elektrisch so verbunden sind, daß sie die

  Wcllcitforni des oszillierenden Stroms ini Aus-

  gatigsstronikreis des Frequeiizteilers bestimmen.

  1 )re Erfttldtlilg ist in den 1' iguren schematisch

  dargestellt.

  F il-. t zeigt eine Ausführungsform des verbesser-

  ten 1@ rcqucuzteilers;

  Fit=. -, zeigt eine altgewandelte Ausführungsform

  des iii Fig. r dargestellte@retluenztcilers;

  Lig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung des in Vig. i

  tlargestcllten Frecluenzteilers;

  I. 1g. :1 zeigt noch eine weitere andere Atisgestal-

  titiig des F requenzteilers.

  Die 1# ig. r A his .1A zeigen die Wellenform der

  Sekund<ii-spannungen, die mittels der dazugelii>rigen

  jeweils altgewandelten

  des

  Frequenzteilers erhalten werden.

  1-)er erfindungsgemäße Frequenzteiler besteht aus

  einem kreuzförmigen '-Magnetgestell, dessen Außen-

  enden miteinander verbunden sind. Auf (lern Magtlet-

  gestell sind Wicklungen angeordnet, von denen

  einige um die Arme des Kreuzes, andere Wicklun-

  lreil diagonal über gegenüberliegende Ecken des

  Kreuzes gelegt sind. Zwei oder mehrere dieser

  Wicklungen sind im Hauptschluß ;in eine Wechsel-

  stromquelle angeschlossen, eitre oder mehrere Wick-

  hingen sind finit einem Kondensator und einem Se-

  verbunden, und die übrigen

  Wicklungen sind finit KoncIetisatoren und in einigen

  Beispielen finit der ersten Wicklung verbunden, um

  Veränderungen in der \\'ellenform der Sekundiir-

  spannttng zu erzeugen. (@em;if.i der Anordnung nach

  Fig. i ist der 1lagtietkertt t vorzugsweise aus ein-

  zelnen Blechen aufgebaut. Auf diesem Magnet-

  gestell sind vier \Vickluugen angeordnet. Fine

  dieser Wicklungen 2 ist über zwei Lcken gelegt, (11c

  einander diagonal gegetiiil)er an dt@r Schnittstelle

  der sich kreuzenden Glieder des \Lagnetgestells r

  liegen. Eine zweite \\'icl;lun g 3 ist über die beiden

  anderen, übrigbleibendcn Ecken gelegt, die einander

  diagonal gegenälter ati der Schnittstelle liegen. Zwei

  weitere Wicklungen 1 tttltl ; sind auf je einem Bal-

  ken des mittleren Kreuzes des Magnetgestells r

  aufgewickelt. Die beiden Wicklutlgetl 'a und 3 liegen

  itn Hauptschluß zueinander zwischen den Kon-

  tanten 6 und 7, die ihrerseits an eitre Wechselstrom-

  quelle 8 angeschlossen sind. Die Wicklung 3 ist

  auch mit zwei Au sgan gskontaktcu c@ inid io ver-

  bunden, die ihrerseits an ein f.cisttiiig aufneliinendes

  Ger;it 1i abgeschlossen sititl. Die l@ondetisatoren Ma

  und 13 liegen jeweils ini \rel>cuscliluf'@ zu den Wick-

  itttlgeti? hzw. 3. 1)e1 1%l-ondensator 14 liegt itn

  \ebenschluß zur Wicklung 1, 1111d diese beiden

  parallel geschalteten Elemente sind für Haupt-

  schluß niit der Wicklung 5 und dein l#,oticletisator i 5

  verbunden. Das Magnetgestell i liat zwei in2igtieti-

  sche Flüsse in seinem Innern, der eine läuft durch

  den senkrechten niittlereti Scliciil;el, titi(l der andere

  Magnetfluß läuft (ittrcli den waa#gerechteti inittlcren

  Schenkel.

  Die Wickhtng = verltinilct diese beiden elektro-

  magnetischen Flüsse so tliitcinzttr<ler, dal.i in <lenl

  senkrechten Schenkel ein Bach o1icii gerichteter I l111.1

  und in dem waagercchtett Sclictil:c@l ein stach links

  gerichteter Fluß erzeugt wird, \\e#itn sie in einer

  bestimmmten 1Ziclltutig et t cgt Wfit d. 1)1e Wie k11111.1 3

  verbindet ebenfalls die -zwei rna,@tietiscltett 1#lüs:c,

  alter in eiitgegetigesc,tztetn wie die Wicklung 2.

  denn Wicklttt19 3 crzettgt in <lein Kern niagiietisclie

  Flüsse, deren einer in dctn senkrechten @chetil;el

  nach abwärts uti<1 iii dem waagerechten Sclictil;rl

  nach links gerichtet ist, @@etitt die Sltttlc in eitler

  Richtung erregt wird. Daraus geht licrvor, da( die

  von den in den Wickluttge°ti 2 tttid 3 flief.lcttdeti

  Strömen erregten \Tagnetflüssc sich in deineittett

  "heil des 1Magnetl;erus immer vcrstärhen und ist

  dem anderen immer cinaticlcr cntgcgetigesetzt seid

  werden. Es wurde gefunden, drtli hei dieser Aus-

  gestaltung des 1,- retluetizteilci-s im Selatiidiirstrotii-

  kreis eine Frequenz auftritt, die ein Drittel von

  jener im Prim<irstronikreis beträgt. wetni die

  Spulen alle gleiche \\-itidtingszahl halten und <lie

  Kondensatoren 12, 14, 15 und 13 im Verhältnis

  i : f : 10 : 50 zueinander stehen. I)ie Wellenform

  der zwischen den l@otital<ten () mid io erzeugten

  Spannung ist in Fig. 1A dargestellt.

  Die Anordnung nach Fig. 2 ist identisch finit der-

  jenigen nach Fig. i, sie weist jedoch die Ab-

  weichung auf, dafi die \\'icklung 3 <such zur Wick-

  lung und zum l@@mdcttsator 1,5 itn flauptschlttl3

  liegt und ebenso zti (len iin \clleusclilul.i zueinander

  Liegenden \Vicklungen 4 uttil @onclcusator t1. 1)icsc

  Änderung der Schalturig verursacht eine beträ cht-

  liclte :\ti(ieratl@ der Wullunform der an den Kon-

  tal:tetl () u11(1 to auftrutundun Sekundärspannung,

  t\ ie in Vi'. = g :1 (urgestellt ist. 1 » diesem lall ent-

  hiilt die _lttsga»gssllattitung rittest großen Anteil der

  I'rinihrfrolucuz, @ler I)ci der ist Vig. t dargestellten

  Schaltung vcntaclil;issigt N\ erden kann.

  Ist der Schaltung nach Vig.3 wurden weitere

  Ändcrungeil t (1r gctumnne», indem der Kondensator

  14 ist dun \eb( -nschlull zur Reihenschaltung von

  \\'iclating 3 und l@omlenmt(w 1 5 geschaltet ist an-

  statt, ttie vorher, in den \ebelischluß zur Wick-

  lung 1. 1)1c Wellcnf(lrni der zwischen den Kon-

  takten () und to auftretenden Sckundä rspannung

  (fieser Schaltung ist in Fig. 3A dargestellt. Wie ztt

  sehen, ergibt dies eine aiiii:ilierii(1 quadratische

  \\-ullu»f()rt». (lie mit `\ @Trteil durch Gleichrichten als

  eitre (UM- für alr(nninq)tilsc verwendet «erdest

  kann ()(lur die durch l:ittschaltcn einer Gleichstrom-

  in llauptschluil zu (lein Sekundürstroni eitlen

  I;ulsiere»(len Gleichstrom hefefil kann. Die steile

  \\-elletif rollt und die scharfen l@:cl:en des Wellen-

  bil(les zeigcll slic @egett@tart von zahlreichen har-

  nionischclt Sclit\-itigtitigeii hoher Ordnung an, wie

  sie ert\ iitischt siti(1 für einett I, re(luenzteiler, der

  als Sn()mqilelle tilr (h1 Ruhirmu in einem Z`elefotl-

  s--stent ver@@cti(1ct wird. Ist eitlem solchen systetn

  n7llli der hllt@tl-@lt» harnl(mische sch\vlligungen

  11@)Iterer ()1-(1111111g, untlialtull, 11111 eilt ausreichendes

  I@ücknulrlezeiche» zu erzeugest. da die Frequenz

  des IZttfstn>ms zti niedrig ist. uni tnit genügendem

  \\irktltl@@sgr;t)lüber die zt\ische»geschaltetenStroln-

  kreise ü')ertragon und tmi (lein I lürer des anrufen-

  (lett 'I-chilelltners Weilergeguhen zu werden.

  I)ie 1)hl1cr beschriebenen Schaltungen sind ilc-

  sol(Icrs geeignet zur Erzeugung eines Wechsel-

  stroins. (fesselt I0 reIuenz ein Drittel von der des

  I'rim:irstr(nns ist. 1)1e ist Fig.q dargestellte Ab-

  \\-an(lluug gestattet einett Sel<tin(liirstrom von jeder

  beliebigen gewütisclitcn Urcquenz zu erzeugen. In

  (fieser Anordnung simI ZUG zusätzliche \\hcklun-

  gelt t() und t;, jede auf chiem Schenkel des mittle-

  ren lhruuzus des Nlagiuigustells t angeordnet und

  ins I t11it der \\ icl:lt»ig :: über die Hill-

  @@atlgsk))»tal:te (T tuld ; ttllgesclllossell. Der Printä r-

  stroi»ki-ch cntli;ilt also l;ein(-ii Kondensator- I)er

  Sektttl@l;irstr@)m wird den \\ icklungen 4 und ;

  etltlt@n111ne@t, #lic im 1 lauptscllluli zu (letz Ausgangs-

  1<0111al:te11 () u11(1 1(T liegen, die soll (lein in] \el>et1-

  schluG dazu liegenden 1,#ondetisator 18 überbrückt

  tterden, finit (lern der Sekund:irstrotnkreis auf die

  Sekutl(lürfre(lucnz allgestimmt wird. In diesem Fall

  ist die Wicklung 3 in die ztvei Abschnitte 3u u11(1 3b

  unterteilt. 1)c1- eitle Abschnitt. 31 wird von dein

  Krnt(lcnmtor 13 auf eitle lhmluenz abgestimmt, die

  gleich ist der I rc(luetiz ([er Str(Tniquelle f;, ver-

  mindert 11111 die @et@üt@sc11te Sekitn(l@irire(lueltz, und

  der andcrc Abschnitt, 3b, liegt iin Hauptschluß zit

  eitler (;leichstn)in ,Itirlle to, einer Drosselspule 2o

  und eitlem verü»(lerlichen Widerstand 21. Die

  I lr()sselsl)ule -(T verhindert, (lall ein in dem Wick-

  Inilgsal)scll»@tt 3b imluzirrter Wechselstrom durch

  dir I @itttci-ie i() flieht. I)er Widerstand 21 regelt den

  durch die Wiclatin' 3b diellen(len Gleichstrom, so

  (laß (ler magnetische Strom in dein Kern i in be-

  liel» gern Umfang verschoben werden kann, wodurch

  die allgestimmten Stromkreise leichter in Schwin-

  gung geraten. Die Wellenform der Sekundär-

  slannutig,die zwischen den Kontakten 9 und io auf-

  tritt, ,Netili die Kondensatoren 13 und 18 so be-

  messen werden, daß die Sekundärfrequenz gleich

  einem Drittel der Primärfrequenz der Strom-

  quelle 8 ist, ist in Fig. 4A dargestellt.

  In allen bisher bekannten In requenzteilern, die

  eine Mehrzahl von abgestimmten Stromkreisen be-

  nutzen, die durch einen sättigungsfähigen Magnet-

  kern gekiq)pelt sind, war es notwendig, in jedem

  allgestimmten Stromkreis lineare Selbstinduktionen

  und Kondensatoren zu benutzen. Es wurde jedoch

  geienden, daß die Verwendung von getrennten

  linearen Sellstlnduktlonen l11 jedem abgestimmten

  Schwingungskreis unnötig ist, wenn die verschiede-

  nen abgestimmten Kreise \\"icklungen enthalten,

  die die verschiedenen magnetischen Ströme in dem

  s:ittigu»gsfä teigen Kern in der hier dargestellten

  Weise miteinander verbinden, denn in diesem Fall

  wirkt jede Wicklung als eitle lineare Selbstinduk-

  tion während der Intervalle, während derer der

  magnetische Ffuß, finit dem die Wicklung gekuppelt

  ist, nicht gesättigt ist. Es konnte auf Grund dessen

  ein I# requenzteiler mit einem einheitlichen Magnet-

  gestell gelmut werden mit dem Ergebnis, daß (las

  Gerät eine gedrängte Gestalt hat u11(1 wirtschaftlich

  hergestellt werden kann. Darüber hinaus werden

  durch den Gebrauch der neuen Fortn des Magnet-

  kenis zwei magnetische Strome erzeugt, die beide

  durch eitle einzige Wicklung miteinander verbunden

  sind, wobei der Kernquerschnitt nur 0,71 der

  Stimme der Citerschnitte der beiden einzelnen

  Schenkel des Kerns beträgt und auf diese Weise ein

  Frequenzteiler von höherem Wirkungsgrad als der

  der llisher bekannten entsteht als Folge (fier Herah-

  scizung der im Kupfer entstehenden Verluste. In-

  dein nian die verschiedenen abgestimmten Strom-

  kreise, die induktiv durch die verschiedenen

  magnetischen Flüsse in dem gemeinsamen Kerls

  induziert \\-erden, auf verschiedene Weise elektrisch

  miteinander verbindet, ist es ntiiglich, die Wellen-

  form der Sekundärspannung des erhndtingsgemäßen

  l#'re(litetizteilei-s zit regeln.

  Obwohl die vorliegende Erfindung u11(1 gewisse

  Besonderheiten ihrer Ausgestaltung beschrieben

  worden sind, stellt diese Beschreibung doch nur

  einige Ausführungsbeispiele dar, und zahlreiche

  Abänderungen in der Ausgestaltung der Einzel-

  heiten imd der Verbindung der Einzelteile mitein-

  ander können vorgenommen werden, ohne den

  Gmn(lgedanken und den Bereich der Erfindung zu

  verlasen.

Claims (6)

1. PATE\TA\SYtiL CH E: t. Magnetischer Frequenzteiler, gekennzeich- net (furch einen inagnetisierbaren Kern (i ) finit mindestens vier Öffnungen sowie mit einer durch zwei diagonal gegenüberliegende Öanutigen ge- legten Spule (2) und einer zweiten, durch die leiden übrigen diagonal gegenüberliegenden Offnungen gelegten Spule (3) und mit mindestens einer weiteren durch zwei nebeneinanderliegende Öffnungen gelegten Spule (4).
2. 2. Magnetischer Frequenzteiler nach Anspruch i, gekennzeic'hnet durch eine vierte Spule (5), die durch zwei andere benachbarte Öffnungen gelegt ist und hierbei durch eine der von der anderen zusätzlichen Spule (4) benutzten Öffnungen hindurchgeht.
3. 3. Magnetischer Frequenzteiler nach Anspruch i, gekennzeichnet durch drei weitere zusätzliche Spulen (5, 16 und 17), die durch verschiedene benachbarte Paare von Öffnungen des Magnetgestells (i) gelegt sind.
4. 4. Magnetischer Frequenzteiler nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl voll Spulen (3a und 36), die durch ein Paar diagonal gegenüberliegender Öffnungen des Magnetgestells gelegt sind.
5. 5. Magnetischer Frequenzteiler nach Allspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstromkreis die erste Diagonalspule (2), die an die Wechselstromqüelle (8) angeschlossen ist, enthält, mit einem die zweite Diagonalspule (3) enthaltenden Sekundärkreis, der an (Zen Belastungsstromkreis (i i) angeschlossen ist, (laß eine zusätzliche Spule (.4) auf einem Balken des mittleren Kreuzes des Magnetgestells utld mindestens in deren Stromkreis und in dem der Sekundärwicklung (3) Kondensatoren (13 und 14) vorgesehen sind, die diese Kreise auf solche verschiedene Frequenzen abstimmen, (laß die Summe derselben gleich der Frequenz der \Vechselstromquelle (8) ist, daß der Sekundärkreis (3) und der Hilfskreis (4) außer den Wicklungen (3 bzw. .4) auf dein Magnetgestell keine Glieder mit induktivem Widerstand enthalten und (laß die Erregung des Magnetkerns (i) durch die Wechselstromquelle (8) in dem Sekundärkreis und in dein Hilfsstromkreis Schwingungen solcher Frequenzen erzeugt, die ihrer Abstimmung entsprechen.
6. 6. Magnetischer Frequenzteiler nach Allspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß (las Magnetgestell zwei Wege für die magnetischen Fliisse hat, die in verschiedenen Richtungen miteinander verbunden sind mittels der ersten und der zweiten Diagonalspule (2 bzW, 3), die eitizeltie Abteilungen von Windungen enthalten, (1a1:1 der Hilfsstromkreis Wicklungen (4 und 5) auf dem Magnetgestell (t) uinfalit, die jede mir mit je einem Wege des magnetischen l# lusses verbunden sind, ttnd dall in diesen Stromkreisen eine Mehrzahl voll Kondensatoren (12, 13, 14 und 15) so angeordnet ist, (laß eine --\lelirzahl von Schwingungskreisen entsteht. Magnetischer 1.,' requenzteiler nach All- spruch 6, dadurch gekenitzeiclitiet, daß der Hilfsstromkreis die Spule (4) all Stelle der Spulen (.4 und 5) enthält, daß der Sekundärkreis die Spulen (4. und 5) auf dem Kern enthält und daß nur in einigelt bestimmten Stromkreisen Kondensatoren (13, i8 und ig) vorgesehen sind, so daß beim Erregen des Magnetgestells durch die Wecliselstroin(luelle (e) in diesen bestimm- ten Stromkreisen Schwingungen solcher Fre- quenzen erregt werden, (laß deren Summe gleich der Frequenz der \,#ecliselstromquelle (8) ist. B. Magnetischer Fre(luenzteiler nach den An- sprüchen = und 4, dadurch gekennzeichnet, daß (las Magnetgestell (1) die Gestalt eines Kreuzes hat, dessen äulJerc l:n(leit miteinander verbunden sind, daß die erste `pule (2) durch zwei diagonal gegenüberliegende Offtiungen des Kreuzes, die -weite Spule (3) durch (las andere Paar diagonal gegenüberliegender Öffnungen gewickelt ist. daß die zusätzliche und die vierte Spule (4und5) auf je einen Balken des Kreuzes gewickelt sind und (laß alle SI)ulcn finit .lttsnalinie der Primär- spule (2) tllit Kcitldetlsatoretl (13, 14 und 15) verbunden sind so (laß eine Mehrzahl voll Schwingungskreisen entsteht. 9. Magnetischer l@ rc(lueilzteiler nach An- spruch 5, dadurch @"elkcntizeichnet, daß gewisse dieser Stromkreise zum Zweck des Energieaus- tausches elektrisch initeinandei- verbunden sind, so daß die 1Vellenforin des an den Belastungs- stromkreis (ii) abgegebenen Stroms niedriger Frequenz geregelt wird. io. Magnetischer 1, redtlenzteiler nach All- spruch 0, dadurch gekennzeichnet, dall der 1'rimärstronikreis aus je einer uni je eincii zweier benachbarter Schenkel des Magnet- gestells gelegten Wicklung (i6 und 17) und einer im Hauptschluß dazwischenliegenden, durch zwei diagonal gegenüberliegende öffnun- gen des Magitetgcstells gellende Wicklung (=) gebildet wird, wobei (Ziese Wicklung (2) durch die von den beiden anderen Wicklungen gemeitl- sam benutzte <)tiiiuiig hindurchgellt. i i. 1lagiietischer l re@ln, iiztciler nach :@ii- spruch 7, dadurch gekennzeichnet. tlal.' nur mit derekund;irslinl( tiii,1 mit (lcit I lili«@-iil;lttn!geii Kondensatoren ( i 3. i"-' lind i