DE916781C - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer dreifachen Frequenz aus einer Grundfrequenz insbesondere fuer den flackerfreien Betrieb von Gluehlampen aus Netzen niedriger Frequenz - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer dreifachen Frequenz aus einer Grundfrequenz, insbesondere für den flackerfreien Betrieb von Glühlampen aus Netzen niedriger Frequenz Es sind Schaltungen zur Frequenzwandlung verschiedener Art bekanntgeworden. Im erfindungsgemäßen Fall handelt es sich insbesondere um eine solche, die es gestattet, elektrische Glühlampen aus einer Stromquelle niedriger Frequenz, welche flackerndes Licht ergeben würde, mit der dreifachen Frequenz, allein oder zusätzlich, zu speisen. Dadurch würde das Flimmern des Lichtes in Wegfall geraten. Diese Aufgabe kann z. B. im elektrischen Bahnbetrieb auftreten, wenn die Bahnfrequenz 162/s Hz beträgt und die Zugbeleuchtung und die Beleuchtung der Bahnanlagen und Signaleinrichtungen mit einer höheren Frequenz erfolgen soll. Auch Asynchronmotoren werden manchmal, zwecks Erhöhung der Tourenzahl über Frequenzwandler mit einer erhöhten Frequenz betrieben. Im erfindungsgemäßen Fall erfolgt eine Frequenzverdreifachung unter Verwendung von eisengesättigten Drosselspulen. Es ist an sich bekannt, z. B. in Brückenschaltungen durch Verwendung von gesättigten, eisenhaltigen Drosselspulen im Zusammenwirken mit ungesättigten Drosselspulen eine Frequenzverdreifachung durchzuführen. Diese Schaltungen sind im allgemeinen für Hochfrequenzzwecke brauchbar. So ist es bekannt, eine gesättigte eisenhaltige Drosselspule in einen Brückenzweig einer ,aus Drosselspulen und Kapazitäten aufgebauten Brücke zu schalten und im anderen Brückenzweig die vervielfachte Frequenz abzunehmen. Im anderen Fall wird dem einen Brückenzweig einer aus Kondensatoren und einer gesättigten sowie einer ungesättigten Induktivität bestehenden Brücke die Grundfrequenz zugeführt, während dem anderen Brückenzweig die dreifache Frequenz entnommen werden kann. Um insbesondere für die aufgezeigten niederfrequenten Aufgaben eine leistungsfähige Frequenzverdreifachung durch Zusammenwirken einer Drosselspule mit gesättigtem Eisenkern und einer zweiten mit ungesättigtem Eisenkern zu erzielen, wird gemäß der Erfindung eine Brückenschaltung in der Weise aufgebaut, daß an einen Spartransformator und an die parallel zu ihm liegende Reihenschaltung der gesättigten und der ungesättigten Drosselspule die Spannung mit der Grundfrequenz angelegt wird und daß zwischen der Verbindungsstelle der beiden Drosselspulen und einer Anzapfung des Transformators, für welche die Spannungsdifferenz gegen die Verbindungsstelle für die Grundfrequenz verschwindet, die Spannung dreifacher Frequenz entnommen wird.
• Falls die Induktivitäten der beiden Drosselspulen in bezug auf die Grundfrequenz gleich groß sind, liegt die Anzapfung des Spartransformators in seinem Spannungsmittelpunkt.
• Die Schaltung sei an Hand der Abb. i erörtert. In den Punkten A und B wird die Spannung von beispielsweise 162/a Perioden zugeführt. An dieser Spannung liegt der Transformator T und parallel zu ihm die beiden Drosselspulen L1 und L2 in Reihe, von denen L1 die eisengesättigte Drossel darstellt. An die Anzapfstelle M des Transformators und an die Verbindungsstelle h der beiden Drosselspulen ist eine Lichtquelle angeschlossen, welche im wesentlichen mit 5o Hz betrieben wird, wenn die Grundfrequenz 162/s Perioden beträgt. Im gezeichneten Beispiel ist angenommen, daß die Induktivität der beiden Drosselspulen L1 und L2 in bezug auf die Grundfrequenz gleich groß ist. Dann liegt M im Spannungsmittelpunkt des Transformators. Wird ein anderes Verhältnis von L1 und L2 gewählt, dann verschiebt sich der Anzapfpunkt 11 so, daß bezüglich der Grundfrequenz zwischen M und h die Spannung O herrscht. Da durch Verschiedenheit der Eisenverluste in L1 und L2 der vollkommene Abgleich infolge von Phasenverschiebungen beeinträchtigt sein kann, wird zweckmäßig die Verbindung zwischen L1 und L2 durch einen kleinen ohmschen Widerstand bewerkstelligt, welcher der Verlustdifferenz zwischen den beiden Induktivitäten entspricht. Durch einen Schleifkontakt kann der Punkt V längs dieses Widerstandes so lange verlagert werden, bis der Abgleich vollkommen ist.
• Eine weitere Ausgestaltung kann die Schaltung dadurch erfahren, daß der Punkt V nicht an die Verbindungsstelle der beiden Drosselspulen gelegt wird, sondern daß die Drosselspule L1 als Spartransformator ausgebildet wird, so daß entsprechend Abb. 2- der Punkt V an das Ende der verlängerten Drosselspule L1' gelegt wird. Dann muß die Anzapfung M des Transformators weiter nach rechts verlegt werden. Sie kann so weit verlegt werden, daß der Punkt lVl zum Ende des Transformators hinrückt, so daß M die Spannung von B bekommt. Dann wird aber der Transformator T überflüssig, und es ergibt sich die vereinfachte Schaltung nach Abb. 3. L2 entspricht der Induktivität L2 in Abb. i, während L1 und L1' aus Abb. a übernommen sind. Zur Erklärung der Wirkungsweise der Schaltung wird auf die Abb. q. verwiesen. Unter der Voraussetzung, daß die Grundfrequenz sinusförmigen Verlauf hat und daß durch den aus beiden Induktivitäten in Abb. i gebildeten Zweig ein sinusförmiger Magnetisierungsstrom fließt, muß an der Induktivität L1 mit gesättigtem Eisenweg die Spannung Ui verbraucht werden, welche eine starke dritte Oberwelle enthält. An der Induktivität L2 muß dann die Restspannung Ui' verbraucht werden, in welcher als Differenz der Spannung Ui gegen die NTetzspannung gleichfalls eine starke dreifache Oberwelle von entgegengesetzter Phasenlage enthalten sein muß. Ui und Ui' sind numerisch addiert gleich der sinusförmigen Netzspannung. In bezug auf den Stromkreis aus T, L1 und L2 in Abb, i sind diese beiden Spannungen dreifacher Frequenz gegenphasig, treten also nicht in Erscheinung. In bezug auf den Punkt V sind sie aber gleichphasig, wirken also parallel, so daß zwischen h und M die Drosseln L1 und L2 wie zwei parallel geschaltete Generatoren dreifacher Frequenz wirken. In der praktischen Ausführung werden die dargestellten idealen Verhältnisse weitgehend erreicht, so daß ein flackerfreier Betrieb von Glühlampen aus einem Netz von 16=/s Perioden ermöglicht ist.
• Eine vorteilhafte Abänderung kann die Schaltung erfahren, wenn auch die Grundwelle zur Energieabgabe direkt herangezogen wird. Um trotzdem kein Flackern der Beleuchtung zu haben, ist eine besondere Kurvenform der Spannung erforderlich. Sie muß möglichst rechteckig sein. Aus Grundwelle und dreifacher Oberwelle läßt sich nach Abb.5 eine Kurve zusammensetzen, welche der Bedingung der Rechteckform recht nahe kommt. Der Übergang von der einen Halbwelle zur nächsten erfolgt dann so plötzlich, daß eine wesentliche Abkühlung des Glühdrahtes nicht erfolgt. In Abb. 5 stellt I die Grundwelle, II die Welle dreifacher Frequenz und III die zusammengesetzte Spannungskurve dar. Wichtig ist, daß Grundwelle und dreifache Oberwelle in der richtigen Phasenlage zueinander liegen.
• Um diesen Grundgedanken unter Verwendung der gekennzeichneten Schaltung auszuführen, ist nach Abb.6 noch eine Wicklung einzufügen, welche eine mit der Grundfrequenz schwingende Wechselspannungskomponente liefert. Diese Wicklung wird gemäß Abb. 6 als sekundäre Wicklung W2 des Transformators T ausgeführt. Man geht also vom Punkt M über diese Sekundärwicklung des Transformators und schließt an den Punkt V sowie das Ende M' der Sekundärwicklung den Verbraucher an. Auf diese Weise erhält man an den Klemmen V und M' eine Spannung von dem in Abb. 5 in Spannungskurve III dargestellten Verlauf. Man hätte zwar durch Verstimmung des Anschlusses M gegen den Anschluß V in Abb. i auch eine Grundwelle in den an V und M angeschlossenen Stromkreis hineinbringen können. In diesem Fall verschiebt sich jedoch die Phasenlage der Grundwelle, vor allem bei Laständerungen, gegen die der dritten Oberwelle in einem erheblichen und daher störendem Maße, so daß diese Möglichkeit für die praktische Ausführung ausscheidet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer dreifachen Frequenz aus einer Grundfrequenz, insbesondere für den flackerfreien Betrieb von Glühlampen aus Netzen niedriger Frequenz, z. B. bei Bahnanlagen aus Netzen von 162/s Hz, unter Verwendung einer eisengesättigten Drosselspule im Zusammenwirken mit einer ungesättigten Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Grundfrequenz an die in Reihe geschalteten beiden Drosselspulen und an einen parallel zu ihnen geschalteten Spartransformator gelegt ist, während die Spannung dreifacher Frequenz zwischen der Verbindungsstelle der beiden Drosselspulen und einer in bezug auf die Grundfrequenz spannungsgleichen Anzapfung des Spartransformators zu entnehmen ist. z. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Drosselspulen zum Ausgleich von Unterschieden in den Verlusten ein ohmscher Widerstand geschaltet und der Anschluß des Verbrauchers dreifacher Frequenz längs dieses Widerstandes einstellbar angebracht ist. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Drosselspulen als Spartransformator ausgebildet, über den Verbindungspunkt mit der anderen Drosselspule hinaus verlängert und an ihrem freien Ende an den Verbraucher dreifacher Frequenz angeschlossen ist und daß der andere Anschluß des Verbrauchers dreifacher Frequenz an derjenigen Stelle des Spartransformators (T) erfolgt, welcher in bezug auf die Grundfrequenz die gleiche Spannung besitzt wie der freie Endpunkt der verlängerten Drosselspule. q. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter Fortfall des Transformators (T) die als Spartransformator ausgebildete Drosselspule so weit über den Verbindungspunkt zur anderen Drosselspule verlängert ist, daß der freie Endpunkt der verlängerten Drosselspule in bezug auf die. Grundfrequenz die Spannung des einen Spannungspoles der Grundfrequenz annimmt. 5. Abänderung der Schaltungsanordnung nach Anspruch i bis 3 unter Heranziehung der Grundfrequenz zur direkten Energieabgabe an den Verbraucher, insbesondere wenn dieser aus Glühlampen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher über eine mit der Grundfrequenz induzierte Sekundärwicklung (W2) des Transformators (T) gespeist ist, deren anderer Anschluß an dem durch das Verhältnis der gesättigten Drosselspule (L1) und der ungesättigten Drosselspule (L2) bestimmten, hinsichtlich der Grundfrequenz abgeglichenen Punkt (M) der Primärwicklung des Transformators (T) erfolgt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 266.20a1 380 188.