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Einrichtung zur Änderung der Frequenz eines niederfrequenten Wechselstromes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Änderung der Frequenz eines
niederfrequenten Wechselstromes, also beispielsweise eines Wechselstromes, wie er
für Kraftanlagen zur Verwendung gelangt.
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Man hat bereits vorgeschlagen, die Frequenz eines derartigen Wechselstromes
zu verringern:, um den Wechselstrom als Rufstrom für Fernsprechanlagen zu benutzen.
Diese Erniedrigung der Wechselzahl wurde vorgenommen, indem man den Laststromkreis,
in welchem also die Rufstellen lagen, und einen Ausgleichsstromkreis magnetisch
mit dem Erregerstromkreis kuppelte. Diese magnetische Kupplung erzeugte in dem Laststromkreis
infolge der Zwischenschäl:tung des Ausgleichsstromkreises eine Frequenz, die von
der des Wechselstromes im Erregerstromkreis verschieden ist.
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Einrichtungen dieser Art leiden an dem Nachteil, daß bei einer Betriebsstörung,
beispielsweise bei Überlastung des Laststromkreises, >die magnetische Kupplung von
selbst aberregt wurde, und daß man die Wiederherstellung der Schwingungen jener
Frequenz im Laststromkreis, die von der Frequenz des Erregerstromkreises abwich,
durch den Eingriff einer Überwachungsperson herstellen lassen mußte.
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Änderung der Frequenz, die sieh
dadurch auszeichnet, daß bei Eintritt einer Störung nach Behebung der Störung die
Schwingungen im Laststromkreis wieder selbsttätig eingeleitet werden. Es geschieht
dieses durch ein Relais in dem vom Erregerstromkreis erregten, abgestimmten Schwingungsstromkreis,
welcher induktiv mit dem Laststromkreis gekuppelt ist. Die Aufnahme der Schwingungen
in dem Laststromkreis findet mit jener Frequenz statt, auf welcher der Schwingungsstromkreis
abgestimmt war. Die Frequenz des vom Relais überwachten, abstimmbaren Schwingungsstromkreises
steht dabei zur Frequenz des erregenden Wechselstromkreises in einem derartigen
Verhältnis; daß die Summe der Frequenzen der Wechselströme in dem vom Relais überwachten
Schwingungsstromkreis und in dem mit dem Erregerst:rornkreis gekuppelten Ausgleichsstromkreis
ein Vielfaches jener Frequenzen ist, welche der erregende Wechselstrom hat. Dabei
kann das dem abgestimmten Schwingungsstromkreis zugeordnete Relais auch .den Laststromkreis,
der, wie oben erwähnt, induktiv mit dem Schwingungsstromkreis gekuppelt ist, überwachen.
Wenn Zustände eintreten, welche die Schwingungen -des abgestimmten Schwingungsstromkreises
unterbrechen:, dann wird auch der induktiv gekuppelte Laststromkreis geöffnet. In
einer Aus-führun:gsform ist das dem abgestimmten Schwingungsstromkreiis zugeordnete
Relais magnetisch mit diesem Schwiingungs,stromkreis gekuppelt und überwacht den
Erregerstromkreis, um eine in dem Erregerstromkreis angeordnete Erregungswicklung
bei Störung der ,Schwingungen in dem abgestimmten Schwingungsstromkreis kurzzuschließen
und dadurch jenen Erregungszustand zu schaffen, der infolge des Mangels der Symmetrie
das Anlassen der Schwingungen bewerkstelligt.
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Wie in anderen Einrichtungen zur Änderung der Frequenz kann auch hier
.in einem der abgestimmten und vom Erregerstromkreis magnetisch erregten Schwingungsstromkreise
eine Stabiliisierungsvorrichtung angeordnet sein. Gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung ist :diese Stabilisierungsvorrichtung in einen Ausgleichsstromkreis verlegt,
der zum Ausgleich der Schwingungen des Schwingungsstromkreises dient, ohne daß diese
Stabilisierungsvorrichtung jedoch induktiv mit dem Schwingungsstromkreis verbunden
wäre.
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Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar.
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Abb. i zeigt eine Schaltung zur Änderung der Wechselzahl ; Abb.2 zeigt
eine Schaltung ähnlich .der nach :\-bb. i, jedoch mit einer Anlaßvorrichtung für
den Stromkreis, der auf die Belastung arbeitet; Abb.3 bis 6 sind weitere abgeänderte
Ausführungsformen solcher Schaltungsanordnungen; Abb.7 zeigt eine abgeänderte Au.sführungs,form
des auf die Belastung arbeitenden Stromkreises; Abb. 8 zeigt eine andere Ausführungsform
dieses magnetisch gekuppelten Stromkreises, der auf den Belastungsstromkreis arbeitet,
und der eine zusätzliche kleine Induktanz zur Beeinflussung eines Weckers od. dgl.
enthält, und Abb. g zeigt eine derartige Anordnung mit einer Stabilisierungseinrichtung
für den ausgeglichenen abgestimmten Stromkreis.
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Nach Abb. i umfaßt die Einrichtung eine Mehrzahl von abgestimmten
Stromkreisen. vo, 11, 12; welche miteinander magnetisch durch einen magnetischen
Kern 13 gekuppelt sind. Der Stromkreis io erhält seine Energie von einer mit einer
bestimmten Frequenz arbeitenden Wechselstromquelle 14. Die drei abgestimmten Stromkreise
sind nun so mit Bezug aufeinander eingestellt, daß bei Erregung des Stromkreises
io durch einen Wechselstrom von bestimmter Frequenz mindestens drei Frequenzen erzeugt
werden. Die beiden abgestimmten Stromkreise i i und 12 sind mit Bezug aufeinander
so angeordnet, daß sie mit einer Wechselzahl schwingen, wobei die Summe der Wechselzahlen
der beiden abgestimmten Stromkreise i i und 12 im wesentlichen gleich ist einem
Vielfachen der Wechselzahl des Wechselstromes von der Quelle 14. Diese Quelle 14
kann einen passenden Erzeuger mit einschließen oder einen Umwandler, eine Kraft-
oder Lichtleitung oder irgendein Netz, das bei einer bestimmten passenden Frequenz
den Stromkreis versorgt.
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Der so abgestimmte Stromkreis io mag im nachstehenden als Beschickungsstromkreis
bezeichnet werden. Er umfaßt im wesentlichen die Induktanz 16, die Kapazität 17
und die Wicklung 18, die einen Schenkel r9 des Kernes 13 umgibt. Dieser Beschickungsstromkreis
io hat zwei Klemmen 21, 22, welche an die Netzleiter 23 angeschlossen sind und so
durch die Wechselstromquelle 14 erregt werden. Irgendeine Vorrichtung kann benutzt
werden, um die Erregung des Beschickungsstromkreises io zu überwachen, beispielsweise
ein Schalter oder das Relais 15, dessen Erregung durch einen an einer entfernten
Stelle vorhandenen Zustand überwacht wird. Eine Schutzvorrichtung, z. B. eine Sicherung
2o, kann angeordnet sein, um Beschädigungen der Einrichtung durch überlastung zu
verhüten. Die Werte der Induktanz 16, der Kapazität 17 und ,die Abmessungen der
Wicklungen 18 sind so gewählt, daß die Resonanz des abgestimmten Beschickungsstromkreises
io bei .einer Frequenz liegt, welche im wesentlichen dieselbe ist wie die Frequenz
der Wechselstromquelle 1-.h. Diese Frequenz sei im nachstehenden als W1 bezeichnet.
Wenn demnach der Kontakt des Relais 15 geschlossen wird, so fließt in diesem abgestimmten
Beschickungsstromkreis ein Schwingungsarm einer Frequenz, die im wesentlichen gleich
ist der Frequenz der Wechselstromquelle 14.
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Bei Versorgung der Wicklung 18 mit Wechselstrom entsteht indem Kern
13 ein Kraftlinienfluß, welcher auch einen Strom in dem abgestimmten Stromkreis
i i und in dem abgestimmten Strömkreisi 12 erzeugt. Diese Induktionsströme, durch
Magnetisierung des Kernes 13 herbeigeführt, erhalten nun die Schwingungen in den
beiden abgestimmten Stromkreisen i i und 12 aufrecht.
Im nachstehenden
wird der abgestimmte Stromkreis 12 als Leistungsstromkreis bezeichnet und der abgestimmte
Stromkreis i i als Ausgleichsstromkreis.
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Der Ausgleichsstromkreis i i enthält die Induktanz 24, den Kondensator
25 und die Wicklung 26 am Schenkel 27 des Magnetkernes 13. Der Leistungsstromkreis
12 enthält die Induktanz 3o, die Kapazität 31 und, einen, stabilisierenden Leistungsumwandler
32. Die Wicklung 38 dieses Stromkreises umgibt den rechten Schenkel
39 des
Kernes 13. Die Konstanten der Induktanz 24, der Kapazität 25 und der Wicklung 26
des Ausgleichsstromkreises 1
1, und die Konstanten der Induktanz 3o, der Kapazität
31 und des Stabildsierungsumwandlers 32 sowie der Wicklung 38 sind so gewählt, daß
die beiden Stromkreise i i und 12 bei einer Wechselzahl schwingen, wobei die Summe
der Wechselzahlen der beiden Stromkreise i i und 12 im wesentlichen gleich ist einem
Vielfachen der Frequenz des Beschickungsstromkreises io oder einem 'Vielfachen der
Frequenz der Wechselstromquelle 14. Die verschiedenen magnetisch gekuppelten abgestimmten
Stromkreise sind so gewählt, daß Schwingungsströme erzeugt werden, welche mindestens
drei taktmäßige Schwingungen aufweisen und deren Energien von der Wechselstromquelle
14 herrühren. Wenn die Wechselzahl in dem Ausgleichsstromkreis i i mit W2 und die
Wechselzahl im Leistungsstromkreis 12 mit W3 bezeichnet wird, so können diese Wechselzahlen
durch folgende Gleichungen ausgedrückt werden
| Wi=W2+W3 (i) |
| W2-Wl- W3 (2) |
| W3 = Wi-W2 (3) |
Fis sei z. B. angenommen, die Wechselzahl des Wechselstromes der Quelle 14 isst
6o Perioden in der Sekunde, und es sei ferner angenommen, daß in dem Leistungsstromkreis
12 für den Belastungsstromkreis, .der induktiv mit dem Leistungsstromkreis gekuppelt
ist, eine Periodenzahl von 15 herrschen soll. Nach der Gleichung (i) wird dann der
Leistungsstromkreis 12
SO eingestellt oder abgestimmt, daß er bei
einer Frequenz von 15 Perioden in der Sekunde seine Resonanz hat. Der Ausgleichsstromkreis
i i wird so eingestellt, daß seine Periodenzahl 45 in der Sekunde beträgt. Die Summe
der Wechselzahlen W2 und, W3 der Stromkreise ii und 12 ist dann gleich der Wechselzahl
W1 der Stromquelle 14. Nach der Gleichung (2) ist die Wechselzahl W2 des Ausgleichsstromkreises
i i gleich dem Unterschied zwischen der Wechselzahl W1 der Stromquelle r4 und der
Wechselzahl W3 des Leistungsstromkreises 12. Nach der 'Gleichung (3) ist die Wechselzahl'
W3 des Leistungsstromkreises 12 gleich dem Unterschied zwischen der Wechselzahl
W1 der Stromquelle 14 und der Wechselzahl Wz des abgestimmten Aus:gleichsstromkreises
i i.
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Es sei jedoch betont, daß diese hier angenommenen Wechselzahlen für
die abgestimmten Stromkreise nicht bindend sind und .daß andere Werte gewählt werden
können, solange sie die hier erwähnten Taktwechselgleichungen befriedigen.
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Der Leistungsstromkreis 12 .ist dazu ;bestimmt, die Kraft an die Last
abzugeben. Diese Last ist durch die Sekundärwicklung 34 des: Ausgleichsumwandlers
32 induktiv an den Leistungsstromkreis 12 angeschlossen.
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Bei dem tatsächlichen. Gebrauch der Einrichtung werden die hier erwähnten
Teile in einer Einheit zusammengesteI!lt. Die Laststromklemmen sind bei 35, 36 angedeutet,
die Versorgungsstromklemmen bei 2.1, 22. Es ist also nur notwendig, die zwei Versorgungsstromklemmen
21, 22 an eine passende Wechselstromquelle zu legen und die Belastung an die Laststromklemmen
35, 36 anzuschließen.
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Die Primärwicklung 33 des Stabilisierungsumwan,dlers 32 hat nun zwischen
ihren beiden Enden eine Stromabnahmestelle 3,7. Die Kapazität 31 ist jedoch an die
beiden Enden. dieser Primärwicklung 33 gelegt. Dieser Kondensator 31 arbeitet also
bei einer Spannung, die hölher ist als jene, bei welcher er arbeiten würde, wenn
er unmittelbar nur an den unteren Teil der Wicklung 33 angeschlossen wäre. Dadurch
wird die Wirksamkeit des Kondensators 31 wesentlich erhöht, und für eine bestimmte
Leistung können demnach der Kondensator 31 und die Induktan:z 30 wesentlich
kleiner gemacht werden als sie zu machen wären, wenn auf den Kondensator 31 nicht
die erhöhte Spannung aufgedrückt würde.
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Der Magnetkern des Stabilisierungsumwandle,rs 32 arbeitet nun für
gewöhnlich in der Nähet des Knies der Sättigungskurve. Dadurch werden die Maximalspannungswerte,
welche auf den Kondensator 31 als Folge von Strom- oder Spannungsschwankungen in
dem Belastungsstromkreis einwirken, beschränkt. Wird beispielsweise die Belastung
vollständig abgenommen und hat der Strom im Leistungsstromkreis 12 dadurch das Bestreben,
stark anzuwachsen, so wird auch die Spannung an den verschiedenen Teilen des Stromkreises
entsprechend wachsen. Diese Erhöhung der Spannung an dem Kondensator 31 und der
Primärwicklung der Stabilisierungsvorrichtung des Umwandlers 32 verringert nun die
Spannung des Stabilisie,rungsumwandlers, und dadurch wird seinerseits ein Anwachsen
der Spannung und des Stromes über einen bestimmten Wert im Leistungsstromkreis 12
selbst bei vollständiger Abnahme der Last verhindert. Da demnach der Stabilisderungsumwandler
32 jede Zunahme in dem Schwingungsstromkreis des Leistungsstromkreises 12 bei Abnahme
der Belastung entweder verringert oder gänzlich verhindert, so wird der Umwandler
als Stabilisierungsumwandler bezeichnet. Es ist dies deswegen sehr wichtig, weil
die ganze Einrichtung auf diese Weise unter den verschiedenartigsten Lastbedingungen
arbeiten kann, wobei die Stabilität aufrechterhalRen wird und die Kapazität-Reaktanz
des Kondensators 3 i erhöht wird. Während also der Umwandler 32 diese stabilisierende
Wirkung auisübt, ,dient er auch dazu; einen Teil des Schwingungsstromkreises von
dem im Nebenschluß verlegten Teil des Leistungsstromkreises 12 abzuleiten. Der Wert
des abgeleiteten
Stromkreises ist eine Funktion der Last an der
Sekundärwicklung 3,4; des die Leistung stabilisierenden Umwandlers 32.
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Um das Einsetzen der Schwingungen zu. erleichtern, wird in dem magnetischen
Kern 13 eine Kraftlin.ienströmung nach einer Richtung hin erzeugt. Irgendeine passende
Einrichtung kann dazu benutzt werden. Nach Abb. i wird ein Schenkel 45 dieses viereckigen
Kernes von einer Wicklung 44 umgeben, und diese Wicklung wird durch einen
nur nach einer Richtung fließenden Strom erregt. Er kann aus beliebiger Quelle herkommen:,
wie z. B. aus einer Batterie oder aus einem Gleichrichter. Nach Abb. i wird gleichgerichteter
Strom benutzt, indem ein Umwandler 46 seine Primärwirklung .in Brücke zu dem erregenden
Stromkreis io der ganzen Einrichtung gelegt zeigt, während die Sekundärwicklung
in Reihe mit einem doppelten Gleichrichterstromkreis 47 gelegt ist. Dieser Stromkreis
ist durch die Induktanz .4,8 hindurch an die Wicklung 44 angeschlossen. Durch Verwendung
einer nach nur einer Richtung verlaufenden Strömung zur Magnetisierung des Kernes
13 wird die in. Abb. i gezeigte Einrichtung von selbst Schwingungen erzeugen, sobald
der Kontakt des Relais 15 geschlossen ist und vorausgesetzt, daß die Last nicht
zu groß ist. Wenn dann einmal die Schwingungen ein, gesetzt haben, kann die Last
auf ihren gewöhnlichen Betriebswert erhöht werden. Für diesen Wert der Last gibt
es eine günstigste Lage, auf welche der Belastungsstromkreis erhöht werden kann.
Wenn der Belastungsstromkreis über diesen Wert hinauswächst, so hören die Schwingungen
auf. Die Einrichtung wird dann nicht arbeiten, bis der Belastungsstromkreis auf
einen Wert herabgegangen ist, bei welchem die Einrichtung selbsttätig wieder Schwingungen
erzeugen kann.
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Die in Abb.2 dargestellte, etwas abgeänderte Schaltung eignet sich
besser zum selbsttätigen Anlassen unter Last. Zu diesem Zweck wird ein vorübergehender,
gerade für das Anlassen geeigneter elektrischer Zustand geschaffen. Dieser vorübergehende
Zustand zum Anlassen wird herbeig°führt, indem man in der Einrichtung Energie gerade
für .das Einsetzen der Schwingungen aufspeichert. Zu diesem Zweck ist ein langsam
erregbares Relais 52 in Reihe mit dem abgestimmten Leistungsstromkreis 12 geschaltet,
und dieses Relais überwacht einen Ruhekontakt, der geschlossen ist, solange das
Relais nicht in Erregung ist. Dieser Ruhekontakt, bedeutet einen Kurzsc'hluß für
die Induktanz 30. Wenn: also der abgestimmte Leistungsstromkreis io, wie oben beschrieben,
durch die Wechselstromquelle 14 bei Schluß des Arbeitskontaktes am Relais 15 erregt
wird., so entsteht in dem abgestimmten Leistungsstromkreis 12 ein Strom von derselben
Wechselzahl, wie sie die Stromquelle 14 hat. In diesem Zustand werden also Schwingungen
im Leistungsstromkreis 12 nicht stattfinden, denn die Induktanz 30 ist ja kurzgeschlossen.
Der diesen Leistungsstromkreis 12 durchfließende Strom hat die gleiche Wechselzahl
wie die Wechselstromquelle, und er erregt nun das Relais 52, so daß dieses träge
arbeitende Relais den Kurzschluß um die Induktanz 30 herum entfernt und nunmehr
eine Möglichkeit vorsieht für die Entladung der indem Kondensator 31 aufgespeicherten
Energie durch diese Ind@uktanz 3o. Diese (Entladung ist eine Schwingungsentladung;
sie führt also zur Entstehung eines Schwingungsstromes in dem abgestimmten Leistungsstromkreis
12, wodurch auch in dem erregenden Stromkreis io und in dem Ausgleichsstromkreis
i i Schwingungen erzeugt werden. Die Energie zur Aufrechterhaltung dieser Schwingungen
nach der ersten Entladung .des Kondensators 31 wird von der Wechselstrornquelle
14 geliefert.
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Sollte bei der in Abb. 2 dargestellten Anordnung zur Veränderung der
Wechselzahl der Belastungsstrom zu groß werden und größer sein als der Betriebsstrom,
der .geliefert werden kann, so hören die Schwingungen auf. Es bedeutet dies, daß
das träge arbeitende Relais 52, welches vorher durch den Schwingungsstromkreis in
dem abgestimmten Leistungsstromkreis 12 erregt worden war, nunmehr aberregt wird
und dadurch den Kurzschluß um die Induktanz 3o herum wieder vervollständigt. Es
entsteht dann also vorübergehend wieder ein Zustand, welcher geeignet ist, die Schwingungen
herbeizuführen, vorausgesetzt, daß die Belastung in der Zwischenzeit unter den gewöhnlichen
Betriebswert gefallen ist, so daß diese einmal entstandenen Schwingungen auch fortdauernd
aufrechterhalten werden können. Sollte aber die Belastung nicht verringert worden
sein, und zwar unter den gewöhnlichen Betriebswert, so wird das Relais 52 den Kurzschlußzustand
der Induktanz aufrechterhalten, biss diese Belastung unter den Betriebswert gesunken
ist, und dann werden die Schwingungen durch Auslösung des. Kurzschlusses um die
Induktanz 3o herum dauernd aufrechterhalten werden können.
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In -der abgeänderten Ausführungsform der Einrichtung nach Abb. 3 ist
es möglich, die Schwingungen zur Entstehung zu bringen, ohne daß in dem Magnetkern
13 eine nur in einer Richtung ergehende Strömung von Kraftlinien zur Wirkung gebracht
wurde. Bei dieser Ausführungsform sind die Stromkreise so abgestimmt, daß die Wechselzahlen
W2 und Ws der abgestimmten Stromkreise i i und 12 bei ihrer Summierung gleich sind
zweimal der Wechselzahl W1 der Wechselstromquelle 14. Die drei Gleichungen für die
Wechselzahltakte können also folgendermaßen ausgedrückt werden-
| :2W,= W2 + W3 |
| W2=2W1-W3 (5) |
| W3 = 2 Wi-W2 (6) |
Nimmt man. wieder an, daß die Wechselzahl der Wechselstromquelle 14. 6o Perioden
in der Sekunde beträgt und .daß @in,dem Belastungsstromkreis eine Wechselzahl von
36 Perioden in der Sekunde erhalten werden soll, so muß der abgestimmte Leistungsstromkreis
12 so eingestellt werden, daß er bei einer Wechselzahl von 36 Perioden in der
| Sekunde seine Resonanz hat, während der Aus- |
| gleichsstromkreis i i so einzustellen wäre, daß seine |
| Resonanz bei 74 Perioden in der Sekunde liegt. |
| Auch die Einrichtung nach Abb. 3 kann sich selbst |
| anlassen, solange keine Last im Laststromkreis vor- |
| handen ist. Um deswegen bei dieser Anordnung ein |
| Anlassen herbeizuführen, wird die Last abgeschal- |
| tet, bis :die Schwingungen angefangen haben. Zu |
| diesem Zweck ist ein träge arbeitendes Relais 53 |
| in Reihe mit dem Leistungsstromkreis 12 angeord- |
| net, und sein Arbeitskontakt dient zum Anschluß |
| des Belastungsstromkreises, während bei Aberre- |
| gung des Relais 53 der Laststromkreis ebenfalls: |
| abgeschaltet ist. Sobald der Schwingungsstrom in |
| dem Leistungsstromkreis 12 zu fließen beginnt, wird |
| :das träge arbeitende Relais 53 erregt, und sein |
| Arbeitskontakt wird' geschlossen, um damit auch |
| den Laststromkreis zu schließen. Wenn nun der |
| Laststrom über den Betriebswert ansteigt, so hören |
| die Schwingungen in dem Leistungsstromkreis 12 |
| wieder auf, das Relais 53 wird aberregt, und da- |
| durch wird die Last von der Sekundärwicklung 34 |
| des Umwandlers 32 abgeschaltet. Gleich nach der |
| Aberregung des träge arbeitenden Relais 53 und |
| der Abschaltung der Last von der Sekundär- |
| wicklung 34 entstehen aber wieder in diesem nun- |
| mehr unbelasteten Stromkreis die Schwingungen, |
| welche das träge arbeitende Relais 53 wieder er- |
| regen und dadurch zur Anschaltung der Last an |
| die Sekundärwicklung 3.4 dienen. Sollte in der |
| Zwischenzeit der Belastungsstrom auf einen Wert |
| unter den Betriebswert gefallen sein, so bleiben |
| diese Schwingungen nunmehr aufrechterhalten. |
| Hat jedoch der Laststrom noch den früheren. über |
| den Betriebsstrom hinausgehenden Wert, so wird |
| dieser Vorgang der Öffnung des Laststromkreises |
| und der Aberregung und Erregung des träge |
| arbeitenden Relais 53 wiederholt, bis der Last- |
| stromkreis unter den Betriebswert herunter- |
| gegangen ist. |
| In der Einrichtung nach Abb.3 muß in dein |
| einen abgestimmten Stromkreis die Wechselzahl |
| höher sein und in dem anderen abgestimmten |
| Stromkreis niedriger sein als :die Wechselzahl der |
| Wechselstromquelle 1q.. Die höhere Wechselzahl |
| muß dabei einen Wert zwischen den Grenz- |
| werten Wi und zweimal Wi annehmen. Auch in |
| diesem Fall hat man also Zonen für die Werte der |
| Wechselzahlen des Leistungsstromkreises 12 und |
| des Ausgleichsstromkreises i i. Diese Werte werden |
| durch die Spannungen der Frequenz der Wechsel- |
| stromquelle 1q. beeinflußt. Es trifft dies besonders |
| dann zu, wenn die Wechselzahl des abgestimmten |
| Leistungsstromkreises 12 und :des abgestimmten |
| Ausgleichsstromkreises i i sich der Wechselzahl der |
| Wechselstromquelle 1q. nähern. Um nun diese Be- |
| einflussurng der Spannungen der Frequenz der |
| Wechselstromquelle auszugleichen, können die |
| Schwingungsstromkreise magnetisch so .gekuppelt |
| sein, :daß im wesentlichen überhaupt, keine Span- |
| nungen der Frequenz der Wechselstromquelle 1q. in |
| dem Leistungsstromkreis 12 und Ausgleichsstrom- |
| kreis i i induziert werden. |
| Diese Anordnung ergibt sich besonders aus |
| Abb. q.. Sie zeigt eine Schaltung, die der nach |
| Abb. 3 ähnlich ist, nur hat man hier zwei Magnet- |
| kerne 56, 57. Der Kern 56 wird durch die Wick- |
| lung 58, der Kern 57 durch die Wicklung 59 er- |
| regt. Diese beiden Wicklungen 58, 59 sind hin@ter- |
| einandergeschaltet und befinden sich in dem |
| Erregungs:stromkreis io. Die beiden Wicklungen |
| 58, 59 sind so angeordnet, daß die magnetische |
| Strömung in den Kernen 56 und 57 nach entgegen- |
| gesetzten Richtungen geht. Es ist dies durch diie |
| Pfeile angedeutet. Der Leistungsstromkreis 12 .ist |
| abgestimmt und mit den beiden magnetischen |
| Kernen 56 und 57 durch zwei Wicklungen 62 und |
| 63 verbunden, die je um einen Schenkel des Kernes |
| gelegt sind, und zwar um jene Schenkel der beiden |
| Kerne, die sich am nächsten liegen. Der abge- |
| stimmte Ausgleichsstromkreis ii ist ebenfalls: mit |
| den beiden Kernen 56, 57 durch zwei Wicklungen |
| 6o, 61 gekuppelt, die auch die gleichen Schenkel |
| der beiden Kerne umgeben. Diese Wicklungen 6o, |
| 61 und 62, 63 sind nun so verlegt, daß im wesent- |
| lichen keine Spannungen :der Frequenz der Wechsel- |
| stromquelle, 1q, in dem abgestimmten Leistungs@ |
| stromkreis 12 erzeugt werden und auch keine |
| solchen Schwingungen in dem Ausgleichsstrom- |
| kreis i i stattfinden. Die Spannung an :den Wick- |
| lungen 6o, 61 ist also Null, wenn der zu diesen |
| Wicklungen gehörige Stromkreis geöffnet wird. |
| Im Betrieb verhält sich diese Schaltung nach |
| Abb. d. im wesentlichen ebenso wie :die in Abb. 3 |
| beschriebene. Schaltung. Sie läßt sich von selbst an, |
| wenn die Belastung im äußeren Stromkreis auf |
| Null heruntergegangen ist. Der Vorteil der Anord- |
| nung nach Abb. 4. gegenüber der nach Abb. 3 ist |
| darin zu sehen, d'aß :die Wechselzahlzonen des |
| Leistungsstromkreises 12 und des Ausgleichsstrom- |
| kreises i i nicht d'urc'h die Spannungen :der Wechsel- |
| zahl der Wechselstromquelle 14 geändert werden. |
| Wenn auch zwei besondere Kerne 56, 57 angedeutet |
| sind, so ist doch ohne weiteres einzusehen, daß |
| ähnliche Ergebnisse erreicht werd-en, wenn man |
| einen einzigen Kern nimmt, in welchem jedoch |
| zwei verschiedene magnetische Pfade oder Bahnen |
| durchwandert werden können. |
| Abb. 5 zeigt ebenfalls eine Anordnung mit zwei |
| Magnetkernen. In dieser Anordnung können jedoch |
| vorübergehend elektrische Zustände geschaffen |
| werden, um die Schwingungen zu erregen. Dieser |
| zum Einsetzen der Schwingungen erforderliche |
| elektrische Zustand entsteht nach Abb. 5 dadurch, |
| d'aß die eine Wicklung 58, durch welche der Erreger- |
| stromkreis magnetisch mit :dem Kern 56 gekuppelt |
| wird, durch das träge arbeitende Relais 68 kurz- |
| geschlossen wird. Dieses Relais befindet sich in |
| Reihenschaltung -in dem Leistungsstromkreis r2. |
| Wenn die Anordnung nach Abb. 5 von Anfang an |
| durch die Wechselstromquelle 1q, erregt wird, was |
| auf Schluß des Kontaktes am Relais 15 zurück- |
| zuführen i:st, wird durch Induktion in dem |
| Leistungsstromkreis 12 ein Strom erzeugt, dessen |
| Wechselzahl im wesentlichen gleich ist der |
| Wechselzahl der Stromquelle i4.. Eine derartige |
| Anordnung liefert nicht ohne weiteres Schwingun- |
| gen., da die Wicklung 58 noch durch das Relais 68 |
| kurzgeschlossen ist. Sobald jedoch der Strom im |
| Leistungsstromkreis i2 die Wechselzahl gleich der |
| Wechselzahl der Stromquelle 14 erreicht hat, wird |
| der dadurch erzeugte Strom das Relais 68 erregen |
| und den Kurzschluß für d.ie Wicklung 58 entfernen. |
| Dadurch entsteht vorübergehend ein Zustand, der |
| zu einem Stromstoß führt, und dieser Stromstoß |
| äußert sich in Schwingungen. Der Schwingungs@ |
| Strom, der auf diese Weise in dem Leistungsstrom- |
| kreis i2 erzeugt worden ist, wird nun weiterhin das |
| Relais 68 erregt erhalten, und die Anordnung wird |
| also auch weiterhin diese Schwingungen in den |
| abgestimmten Stromkreisen aufrechterhalten. Die |
| in Abb. 5 dargestellte Anordnung wird also sich |
| selbst anlassen. auch wenn eine Last im äußeren |
| Stromkreis vorhanden ist. Sollte jedoch der Last- |
| strom den günstigsten oder Betriebswert über- |
| steigen, so werden dadurch die Schwingungen in |
| dem abgestimmten Leistungsstromkreis 12 bis zur |
| Unterbrechung abgedämpft, und das Relais 68 wird |
| stromlos, wodurch diie Wicklung 58 auf dem |
| Magnetkern wieder kurzgeschlossen wird.. Sobald |
| dieser Kurzschluß hergestellt ist, wird wieder in |
| dem abgestimmten Stromkreis 12 ein. Strom von |
| der Wechselzahl der Stromquelle 14 induziert, das |
| Relais 68 wird wieder erregt und liefert den Strom- |
| stoß zum Anlassen der Schwingungen. Sollte in der |
| Zwischenzeit der Laststromkreis abgenommen |
| haben und einen Wert angenommen haben, der ge- |
| ringer ist als derDetriebswert oder der günstigste |
| Wert, so -,vi?rd die Anordnung die Schwingungen |
| ohne weiteres in der geänderten Wechselzahl auf- |
| rechterhalten. Sollte jedoch der Laststrom bei der |
| Erregung des Relais 68 noch so groß sein, daß die |
| Schwingungen dadurch wieder sofort unterbrochen |
| werden, so fällt die Erregung des Relais 68 ab, und |
| die Vorgänge wiederholen sich, bis der Laststrom |
| einen Wert unter dem Betriebswert angenommen hat. |
| Die in Abb.6 gezeigte Ausführungsform hat |
| Ähnlichkeit mit der in Abb.2 gezeigten, unter- |
| scheidet sich jedoch von der letzteren dadurch, d@aß |
| ein Ausgleichsstromkreis i i, in welchem ebenfalls |
| Schwingungen wachgerufen werden, nicht vorge- |
| sehen ist. Auch fehlt in der Anordnung nach Abb. 6 |
| die Einrichtung zur Erregung der Schwingungen |
| durch Hervorrufen einer Kraftlinienströmung nach |
| einer Richtung hin -in dem Magnetkern. In: Abb. 6 |
| wird der erregende Stromkreis io so abgestimmt, |
| daß er bei einer Wechselzahl Wz in Resonanz |
| kommt. Diese Wechselzahl ist zweckmäßig kleiner |
| als die Wechselzahl der Stromquelle 14. Dadurch |
| wird dieser erregende Stromkreis io selbst zu |
| einem abgestimmten Ausgleichsstromkreis, so daß |
| der in Abb.2 besonders angeordnete Ausgleichs- |
| stromkreis i i entbehrlich wird. Die beiden Strom- |
| kreise, nämlich der Leistungsstromkreis i-2 und der |
| Erregungsstromkreis io. sind in Abb. 6 so einge- |
| stellt, daß auch hier die Summe der Wechselzahlen |
| in den beiden Stromkreisen im wesentlichen gleich |
| ist. der Wechselzahl der Wechselstromquelle 14. Es |
| bedeutet dies. daß eine Taktfrequenz in diesen |
| abgestimmten Stromkreisen gleich ist der Frequenz |
| der Wechselstromquelle 14, während die anderen |
| beiden Taktfrequenzen die Wechse17ahlen des |
| Schwingungsstromes sind, welche in dem abge- |
| stimmten Erregerstromkreis io und dem Leistungs- |
| stromkreis i2 fließen. Wenn angenommen wird, daß |
| die Frequenz der Wechselstromqu@elle 14 6o Peri- |
| oden in der Sekunde beträgt und der Laststromkreis |
| eine Wechselzahl von 2o Perioden in der Sekunde |
| haben soll, dann kann der Erregerstromkreis nach |
| seiner Abstimmung so eingestellt werden, daß die |
| Frequenz des Schwingungsstrome s in diesem |
| Stromkreis. 40 Perioden in der Sekunde beträgt. |
| Die Wirkung des Relais 52 in der Anordnung |
| nach Abb. 6 entspricht der Wirkung des Relais 52 |
| in der Anordnung nach Abb. 2. |
| Statt der Wahl eines stabilisierenden Umwand- |
| lers 32 nach Abb. i bis 6 kann auch ein Stabili- |
| sierungsumwandler nach Abb.7 benutzt werden. |
| Bei dieser Ausführung,siform findet eine Spannungs- |
| erhöhung der Kapazität 31 nicht statt: Die in |
| Abb. 7 dargestellte Anordnung hat also nicht den |
| Vorteil, daß die wirksame Kapazität des Konden- |
| sators 31 erhöht wird, wie dies durch die Aus- |
| bildungsform der Umwandlerwicklung 32 in den |
| anderen Ausführungsformen der Fall ist. In ein- |
| zelnen Fällen kann jedoch der in Abb. 7 dargestellte |
| Umwandler vorteilhaft benutzt werden. |
| In jenen Anlagen, in welchen diese Einrichtung |
| zur Umänderung der Frequenz benutzt werden. soll,, |
| um den Wecker in. einem Fernsprechnetz zu erregen, |
| kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß |
| der Beamtin selbst ein hörbares Signal durch den |
| 'Weckerstrom geliefert wird. Nach Abb.8 ist zu |
| diesem Zweck eine zusätzliche kleine Induktanz 71 |
| in Reihe mit der Kapazität 31 des, abgestimmten |
| Leistungsstromkreises z2 geschaltet. Dadurch er- |
| hält man auch eine einfache wirkungsvolle Ein- |
| richtung zur Überwachung der Stärke des |
| Leistungsstromes. Wenn die Wechselzahl sehr klein |
| isst, ist auch der Induktanzwert der Spule 71 sehr |
| klein, und dadurch wird also die Wellenform. in dem |
| Leistungsstrom kaum bemerkbar beeinflußt. Bei |
| höheren Frequenzen wächst jedoch die Induktanz |
| der zusätzlichen Spule 7,1 auf einen derartigen Wert |
| an, daß diese Ind'uktanz eine Veränderung in der |
| Wellenform des Leistungsstromes herbeiführt, |
| durch welchen der Wecker des Fernsprechnetzes |
| erregt «-erden soll. |
| Bei der Ausführungsform nach Abb. 9 ist eine |
| Stabilisierungseinrichtung nicht mit, dem Leistungs- |
| stromkreis 12 verbunden, sondern mit dem Aus- |
| gleichsstromkreis i i. Diese Stabilisierungseinrich- |
| tung 74 kann aus einer passenden, nicht linearen |
| Impedanz bestehen, wie beispielsweise aus einer |
| Spule auf einem sättigbaren Kern. In diesem Fall |
| ist der abgestimmte Leistungsstromkreis, 12 mit |
| dem Belastungsstromkreis auf irgendeine Weise |
| gekuppelt, wie dies in, den anderen Abbildungen |
| dargestellt ist. Eine derartige Kupplung; die dann |
| der Kupplung nach Abb. i und 2 oder 3 und 4, |
| oder 7 entsprechen mag, ist bei 75 angedeutet. Da |
| jedoch bei dieser Ausführungsform die Stabili- |
| sierungseinrichtung mit dem Ausgleichsstromkreis |
| i i vereinigt ist, kann der Umwandler, der die |
| Kupplung des Laststromkreises mit dem abge- |
| stimmten Leistungsstromkreis 12 besorgt, ohne |
| Stabilisierungseinrichtung angeordnet sein. |
| Der Magnetkern, durch welchen die verschiede- |
| nen Stromkreise magnetisch miteinander gekuppelt |
| sind, muß ein Kern sein, der gesättigt werden kann, |
| oder ein Kern, in welchem die Impedanz sich mit |
| den Stromwerten ändert. Bei allen Ausführungs- |
| formen der Erfindung hat man jedoch eine Mehr- |
| zahl magnetisch miteinander gekuppelter Strom- |
| kreise so angeordnet, daß sie von einer einzigen |
| Wechselstromquelle aus erregt werden können, |
| damit in der ganzen Einrichtung dann mindestens |
| drei regelmäßig wiederkehrende Wechseltakte vor- |
| handen sind. In allen Anordnungen wird ein Teil |
| eines Stromkreises aus dieser Mehrzahl von magne- |
| tisch geküppelten Stromkreisen in den ebenschluß |
| abgeleitet, um einen Strom zu erzeugen, der die |
| gewünschte Wechselzahl hat. Bei :der Ausführungs- |
| form nach Abb. 6 ist die Wechselzahl .der Wechsel- |
| stromquelle- 14 eine dieser in der Einrichtung vor- |
| handenen drei Taktwechselzahlen. Es ist also unter |
| diesem Ausdruck Wechselzahl oder Wechselzahlen |
| immer eine Beziehung zu verstehen, in welcher die |
| Summe von Wechselzahlen gleich ist einem Viel- |
| fachen der dritten Wechselzahl oder aber dieser |
| dritten Wechselzahl selbst: |
| iaW1=YVz+3. |
| Dabei bedeutet zi eine ganze Zahl. |