DE671513C - Einrichtung zur Verringerung der Frequenz eines niederfrequenten Wechselstromes - Google Patents
Einrichtung zur Verringerung der Frequenz eines niederfrequenten WechselstromesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verringerung der Frequenz
eines niederfrequenten Wechselstromes, insbesondere zur Signalerzeugung in Fern-Sprechanlagen,
in welcher eine nicht lineare induktanz mit einem Kondensator in einem
Stromkreis angeordnet ist, in weichem andauernd Schwingungen von niederer Frequenz
eine zum Scriwingungsanstoß. dienende
ίο durch Schwingungen höherer Frequenz erregt
wird. Das Neue besteht nun darin, daß in dem Schwingungsstromkreis niederer Frequenz
eine zum Sdhwingüngsainstoß dietneude
selbsttätige Anlaßvorrichtung durch den im Schwingungsstromkreis fließenden Strom derart überwacht wird, daß diese Anlaßvorrichtung
erregt wird, wenn der Strom in dem Schwingungsstromkreis niederer Frequenz aussetzt. Zu diesem Zweck enthält die Anlaß
vorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Relais und eine un-.
symmetrische Impedanz, welche selbsttätig in den Schwingungsstromkreis eingeschaltet
wird, wenn der Stromkreis stromlos wird.
Das Relais der Anlaßvorrichtung ist ein Relais, welches nur langsam erregt wird,
wenn der Schwingungsstromkreis unterbrochen wird. Infolge der angehäuften Energie entsteht ein Stromstoß, wenn der
Schwingungsstromkreis unterbrochen ist. Dieser Stromstoß erregt dann die Anlaßvorrichtnng
mit Sicherheit.
Die Kapazität des Schwingungsstromkreises wird durch eine zweite Induktanz
überbrückt, so daß ein. stabilisierender Nebenschluß entsteht, der induktiv mit dem
Belastungsstromkreis gekuppelt ist. Die Induktanz in dem Hauptstromkreis oder Hauptschwingungsstromkreis hat ein solches
Verhältnis zur Induktanz des stabilisierenden Zweiges, daß selbst bei starken Schwankungen
in der Belastung nur geringe Schwankungen im Schwingungsstromkreis sich bemerkbar
machen.
Die Zeichnungen stellen schematisch verschiedene solcher Schwingungsstromkreise
dar.
Abb. ι zeigt eine Schaltung mit einem einfachen Anlaßstromkreis.
Abb. 2 zeigt eine ähnliche Schaltung verbunden mit einem Stabilisierungsstromkreis.
Abb. 3 zeigt die vorzugsweise benutzte Ausführungsform mit der Anlaßvorrichtung
der Abb. 1, der Stabilisierungsvorrichtung nach Abb. 2 und einer Einrichtung zur Überwachung
der Wechselzahl in dem äußeren vom Schwingungskreis gespeisten Stromkreis.
Abb. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, ähnlich der in Abb. 2 dargestellten.
Die. Wechselstromquelle 1 sei als eine Wechselstromquelle mit 60 Wechseln pro
Sekunde angenommen, in der auch irgendeine andere Wechselzahl gewählt werden kann,
oder statt des hier dargestellten Erzeugers 1
das Netz, eine Umwandlerwicklung oder irgendeine andere Quelle gesetzt werden kann.
Der Schwingungsstromkreis enthält die Selbstinduktion 2 und den Kondensator 3. Es sei nun angenommen, daß dieser Schwingungsstromkreis
durch diese beiden stromführenden Teile in ihm so abgestimmt ist, daß
seine Grundschwingungszahl 20 pro Sekunde ist. Auch hier kann je nach der Größe der
Selbstinduktion und des Kondensators eine andere Grundschwingungszahl gewählt werden.
Die Selbstinduktion 2 besteht aus einer Spule auf einem magnetischen Kern, der bis
zur vollen Sättigung magnetisiert werden kann. Der Wert der Selbstinduktion schwankt je nach dem Strom wert in der
Spule oder je nach der Spannung an der Spule. Diese Selbstinduktion kann demnach
als nicht lineare Impedanz betrachtet werden. Infolge dieser nicht linearen Eigenschaft der
Impedanz wird die Wellenform des im Stromkreis fließenden Stromes verändert. Es entstehen neben der Grundschwingung harmonische
Schwingungen. Wird der Schalter 9 geschlossen und der Schwingungsstromkreis
2, 3 durch die Wechselstromquelle 1 erregt, so daß ein Strom einer Wechselzahl
von 20 infolge seiner Abstimmung darin fließt, so wird damit auch eine dritte harmonische
Schwingung von 60 Wechseln pro Sekunde erzeugt. Diese dritte harmonische
Schwingung hat demnach die gleiche Wechselzahl wie die Wechselstromquelle 1. Die
Wechselstromquelle 1 wird also das Bestreben haben, diese dritte Harmonische beständig
aufrechtzuerhalten, und dadurch wird dem Schwingungsstromkreis 2, 3 beständig
Energie zugeführt und die Grundschwingung in diesem Stromkreis mit einer Wechselzahl
von 20 aufrechterhalten. Dieser Zustand hält an, solange der Schalter 9 geschlossen ist.
In dieser einfachen Schaltung wird die Leistung des Schwingungsstromkreises mit
der Wechselzahl 20 genügend groß sein, um praktische Stromverbraucher zu versorgen,
beispielsweise Rufstrom für Fernsprecher zu liefern.
In der Schaltung nach Abb. 1 kann der
Wechselstrom mit der Grundschwingungszahl 20 entweder an den Leitern 6 oder an
den Leitern 7 abgenommen werden. Nun sei bemerkt, daß bei Abstimmung des Schwingungskreises
2, 3 auf eine Wechselzahl 20 die Kapazitätsreaktanz des Kondensators 3 gegen
eine Wechselzahl 60 oder selbst gegen eine höhere Wechselzahl geringer ist als die Induktionsreaktanz
der Selbstinduktion 2. Es fließt demnach zu den von den Kondensatorklemmen
2 abzweigenden Leitungen 6 viel weniger Strom einer Wechselzahl 60 bzw. einer höheren Wechselzahl als durch die von
den Klemmen der Induktanz abzweigenden Leitern 7.
Soll der Strom der Wechselzahl 20 für den Anruf von Sprechstellen in einer Fernsprechanlage
benutzt werden, so kann die Einstellung des hörbaren Signals (Summerton)
leicht dadurch herbeigeführt werden, daß man verschieden große Teilwerte der Ströme
in den Leitungen 6 und 7 benutzt. Nach Abb. 2 wird dies beispielsweise dadurch erreicht,
daß man Leitungen 7" von bestimmten Windungen der Induktanz 2 abzapft. Wird
der abgelieferte Strom dann beispielsweise von der oberen Leitung 7« und der unteren
Leitung 6 geführt, so befindet sich der Kondensator 3 in Reihe mit einem Teil der Selbstinduktionsspule
2. Infolge dieser Anordnung kann der verbleibende Teil der Wicklung
dieser Spule den Strom der höheren Wechselzahl so beeinflussen, daß dadurch die Wellenform
des Stromes der Grundwechselzahl 20 geändert wird. Bei niedrigen Wechselzahlen
ist also der verbleibende Teil der Wicklung der Selbstinduktionsspule unwirksam sowie
die Veränderung der Wellenform der Grundwechselzahl in Frage kommt. Bei höheren
Wechselzahlen wird jedoch dieser Teil der Selbstinduktionsspule ausgenutzt, um die
Wellenform des Stromes der Grundwechselzahl so zu ändern, daß dadurch das hörbare
Signal gegeben wird.
Die Anlaßerregung für einen solchen Schwingungsstromkreis kann auf verschiedene
Weise erfolgen. Man kann beispielsweise den Schalter 9 schließen und wieder
öffnen; Versuche haben jedoch gezeigt, daß ein solches Verfahren nicht zuverlässig ist.
Das Anlassen des Schwingungsstromkreises erfolgt vielleicht nur bei jedem fünften
Schluß des Schalters 9. Es sei hier auf die in der amerikanischen Patentschrift 1633481
beschriebene Anordnung hingewiesen, bei der ein anderes Anlaßverfahren für einen Schwingungsstromkreis
benutzt wird; aber auch dieses Verfahren ist am besten nur in 50 bis
°/0 der Schalterschlüsse wirksam.
Wenn jedoch der zum Anlassen des
Schwingungsstromkreises dienende Kreis eine Gleichstromquelle 5 enthält, so findet der
Schwingungsanstoß regelmäßig bei jeder öffnung des Schalters 4 in diesem Gleichstromkreis
statt. Dieser Anstoß unter Benutzung einer Gleichstromquelle eignet sich selbst in den ungünstigsten Verhältnissen,
d. h. wenn unter anderen Bedingungen das Anlassen des Schwingungsstromkreises nur
sehr schwierig ist.
Als Gleichstromquelle kann eine einfache Batterie, ein Sammler, ein Gleichstromerzeuger
oder das Netz benutzt werden. Auch kann die Gleichstromquelle eine einseitig
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oder asymmetrisch wirkende Vorrichtung, beispielsweise einen Gleichrichter, enthalten,
der die Selbstinduktion oder einen Teil derselben überbrückt. Eine solche Anordnung
ist beispielsweise in Abb. 3 an dem Gleichrichter 15, der einen Teil der Selbstinduktion
überbrückt, dargestellt. Dieser Stromkreis umfaßt demnach im Zusatz zu dem Gleichrichter
auch einen Teil der Wicklung 2.
Wird in einem solchen Anlaßstromkreis der Schalter 4 geschlossen, so fließt Gleichstrom durch den Stromkreis. Es entsteht eine magnetische Strömung im Kern der Selbstinduktion 2, und bei Öffnung des Stromkreises durch Öffnung des Schalters 4 verschwindet diese Strömung plötzlich. Die Selbstinduktion erzeugt einen Strom, der nunmehr im Schwingungsstromkreis fließt, und zwar würde dieser Strom auch unabhängig von der Wechselstromquelle entstehen. Infolge der Abstimmung des Schwingungsstromkreises ist die Schwingungszahl darin die Grundschwingungszahl, wobei diese Schwingungen von harmonischen Schwingungen begleitet sind. Die Wechselstromquelle erhält nun diese harmonischen Schwingungen aufrecht, da sie ja die gleiche Schwingungzahl hat wie diese harmonischen Schwingungen, und dadurch wird nun dem Schwingungsstromkreis die Energie zur Aufrechterhaltung der ungedämpften Schwingungen der Grundschwingungszahl zugeführt. Es braucht also in dem Gleichstromkreis die von der Gleichstromquelle gelieferte Energie nur groß genug sein, um im Kern der Selbstinduktion eine solche Sättigung herbeizuführen, daß beim plötzlichen Verschwinden dieser Sättigung, also bei Öffnung des Schalters 4, die in dem Schwingungsstromkreis ausgelöste Energie gerade groß genug ist, um solche Schwingungen der Grundschwingungszahl einzuleiten.
Wird in einem solchen Anlaßstromkreis der Schalter 4 geschlossen, so fließt Gleichstrom durch den Stromkreis. Es entsteht eine magnetische Strömung im Kern der Selbstinduktion 2, und bei Öffnung des Stromkreises durch Öffnung des Schalters 4 verschwindet diese Strömung plötzlich. Die Selbstinduktion erzeugt einen Strom, der nunmehr im Schwingungsstromkreis fließt, und zwar würde dieser Strom auch unabhängig von der Wechselstromquelle entstehen. Infolge der Abstimmung des Schwingungsstromkreises ist die Schwingungszahl darin die Grundschwingungszahl, wobei diese Schwingungen von harmonischen Schwingungen begleitet sind. Die Wechselstromquelle erhält nun diese harmonischen Schwingungen aufrecht, da sie ja die gleiche Schwingungzahl hat wie diese harmonischen Schwingungen, und dadurch wird nun dem Schwingungsstromkreis die Energie zur Aufrechterhaltung der ungedämpften Schwingungen der Grundschwingungszahl zugeführt. Es braucht also in dem Gleichstromkreis die von der Gleichstromquelle gelieferte Energie nur groß genug sein, um im Kern der Selbstinduktion eine solche Sättigung herbeizuführen, daß beim plötzlichen Verschwinden dieser Sättigung, also bei Öffnung des Schalters 4, die in dem Schwingungsstromkreis ausgelöste Energie gerade groß genug ist, um solche Schwingungen der Grundschwingungszahl einzuleiten.
Die Ausführungsform nach Abb. 3 zeigt eine selbsttätige Abschaltvorrichtung in Gestalt
eines Relais 12 in Verbindung mit dem Gleichrichter 15. Bei Schluß des Schalters 9
fließt der Wechselstrom der Quelle 1 durch die Selbstinduktionsspule 2 in die untere
Wicklung des Relais 12 zum Umwandler 8 und zurück. Durch die rechte Hälfte der
Selbstinduktionsspule 2 fließt dann sowohl der eben erwähnte Wechselstrom wie auch der
durch den Gleichrichter 15 erzeugte Gleichstrom. In der oberen Wicklung des Relais 12
fließt demnach sowohl der Wechselstrom wie auch der Gleichstrom zum Ruhekontakt des
Ankers oder Schalters 4, in die Drosselspule 10 und Gleichrichter 15. In den beiden Wicklungen
des Relais 12 fließt Wechselstrom in entgegengesetzter Richtung. Er erzeugt demnach
keine magnetische Strömung im Kern dieses Relais 12. Ist das Relais aberregt, so
ist der Schalter 4 geschlossen; ist jedoch durch den verbleibenden Gleichstrom das Relais
12 nunmehr genügend stark erregt, so öffnet es den Kontakt 4 und unterbricht damit
den Strom durch den Gleichrichter 15. Die von diesem Gleichstrom herrührende Magnetisierung
des Kernes 2 wird unterbrochen, Selbstinduktion entsteht in der Spule 2 unabhängig
von dem Wechselstrom der Wechselstromquelle i, und die freien Schwingungen
im Schwingungsstromkreis setzen mit der Grundschwingungszahl und den harmonischen
Schwingungen ein. Die Wechselzahl des Wechselstromes der Quelle 1 entspricht
der Wechselzahl der harmonischen Schwingungen im Schwingungsstromkreis, so daß wieder durch Aufrechterhaltung der harmonischen
Schwingungen auch die Grundschwingungen der niedrigen Wechselzahl aufrechterhalten
werden. Das Relais 12 bleibt in betriebsfähigem Zustand infolge der im Schwingungsstromkreis
fließenden Ströme. Der Kontakt 4 bleibt also offen während des eigentliehen
Betriebs, und der Gleichrichter 15 führt also während des Betriebs keinen Strom.
Hören aus irgendeinem Grund die Schwingungen des Schwingungstromkreises auf, so wird wieder der Kontakt 4 infolge Aberregung
des Relais 12 geschlossen, und damit fließt wieder Gleichstrom durch den Anstoßstromkreis
infolge der Einschaltung des Gleichrichters 15. Diese Ausführungsform
hat demnach den Vorteil, daß die Schwingungen des Schwingungsstromkreises, die ausgenutzt werden sollen, selbsttätig wieder
einsetzen, falls sie unterbrochen werden sollten, da durch den vom Gleichrichter 15 hergestellten
Gleichstrom der Kern der Selbstinduktionsspule 2 immer genügend stark gesättigt wird, um bei Öffnung des Schalters 4
und Unterbrechung dieses Stromes die Schwingungen der Grundschwingungszahl ins
Leben zu rufen. Der Anlaßstromkreis enthält hier einen Kondensator 11 und eine Drosselspule
10, um Strom von der höheren Wechselzahl, wie sie Hochfrequenzströme haben,
zu unterdrücken.
Sollte also aus irgendeinem Grund im Schwingungsstromkreis oder in- dem Belastungsstromkreis
der Leitungen 6, 7 eine Störung vorkommen, welche die Erregung des Schwingungsstromkreises verhindern würde,
so würde das Relais 12 wiederholt erregt und aberregt werden und den Schalter 4 wiederholt
öffnen oder schließen. Eine derartig häufig wiederholte Erregung würde eine Abnutzung
des Kontaktes 4 und vielleicht auch eine Überhitzung des Gleichrichters 15, der
Induktanz 2, des Relais oder anderer Teile im Stromkreis herbeiführen. Um dies zu ver-
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meiden, kann irgendeine Schutzvorrichtung mit einem der Stromkreise verbunden sein.
Dazu gehört beispielsweise eine Sicherung oder Heizspule 16. In Abb. 3 gestattet der
Heizdraht 16 den Durchgang eines Stromes in diesem Anlaßstromkreis unter einem bestimmten
Wert, um augenblicklich das Relais • zu erregen und die Schwingungen anzulassen.
Bei häufiger Wiederholung wird dann dieser Heizdraht 16 infolge seiner Erwärmung den
Anlaßstromkreis mit seinem Gleichrichte!· öffnen, und es wird ein Hilfsstromkreis erregt,
der bei 17 angedeutet ist und beispielsweise
ein Signal oder einen Störungsanzeiger enthält, ig Dieser Stromkreis ist nicht weiter angedeutet.
Abb. 4 zeigt eine Schaltung ebenfalls mit einer selbsttätigen Überwachung für den
Gleichrichterstrom. Hier ist ein Leiter von dem von der Wechselstromquelle 1 aus abgehenden
Leiter zum Gleichrichter 15 geführt,
um von hier zur Induktanz 2 zu gehen. Das Relais 12 arbeitet mit Wechselstrom. Es ist
ein langsam arbeitendes Relais und gestattet also dem Gleichstrom, der in der Induktanz
fließt, den Wert der Sättigung des Kernes ziemlich weit hinaufzutreiben, um bei Unterbrechung
dieses Anlaßstromkreises sicher zu gehen, daß die Schwingungen der Grundschwingungszahl
im Grundstromkreis einsetzen. Diese Unterbrechung hängt von der öffnung des Kontaktes 4 am Relais 12 ab.
Auch hier sind die Schutzvorrichtungen, der Kondensator 11 und die Drosselspule 10, im
Anlaßstromkreis vorhanden, um Hochfrequenzströme zu unterdrücken.
Wird, wie in Abb. 3, für den Anlaßstromkreis ein Gleichrichter 15 benutzt, so kann der
Kondensator 3 des Nutzstromkreises mit dem Schwingungskreis selbst unter Einschaltung
einer Umwandlerwicklung 8 verbunden sein. Dieselbe Verbindung ist für den Schwingungsstromkreis
nach Abb. 4 gewählt. Dadurch wird der Schwingungsstromkreis nicht nur in seiner Wirkung gleichmäßiger, es wird
dadurch auch der Wirkungsgrad des Kondensators 3 erhöht, und man kann demnach aus
einer bestimmten Induktanz und Kapazität eine höhere Leistung erreichen. Der Umwandler
8 kann gleichzeitig als Umwandler für den Belastungsstromkreis 6, 7 benutzt .werden.
In Abb. 3 und 4 ist der Kondensator 3 mit der Wicklung des Umwandlers 8 so verbunden,
daß er mit höherer Spannung betrieben wird als jener Spannung, die zur Verfugung
stünde, wenn er einfach in Brücke zur Wechselstromquelle 1 gelegt wäre, wie in
Abb. ι und 2. Infolge dieser Erhöhung der Spannung am Kondensator wird sein Wirkungsgrad
erhöht, und in dem Belastungs-Stromkreis
6 steht demnach eine verhältnismäßig große Energie zur Verfügung. Will
man. also in dem Belastungsstromkreis 6 eine bestimmte Leistung haben, so kann bei dieser
Anordnung der Kondensator 3 und die Induktanz 2 kleiner gewählt werden, als wenn
der Kondensator 3 nicht infolge seiner Verbindung mit dem Umwandler 8 an eine höhere
Spannung gelegt würde.
Bei praktischer Anwendung der Erfindung wird der Kern des Transformators bis zu
einem Wert in der Nähe des Knies der Sättigungskurve gesättigt. Dadurch werden die
Spannungshöchstwerte an dem Kondensator 3, wie sie von plötzlichen Spannungsschwankungen
und vorübergehend fließenden Strömen herrühren, beschränkt. Diese Anordnung
gestattet die Benutzung des betreffenden Kondensators mit einem höheren Wirkungsgrad.
Gleichzeitig ist dabei die scheinbar auf Kapazität beruhende Impedanz des Kondensators
im Schwingungsstromkreis bedeutend verringert. Wie oben erwähnt, kann demnach, bei
einem Kondensator einer bestimmten Kapazität und einer Selbstinduktion bestimmter Induktanz
im Schwingungsstromkreis eine viel größere Leistung aus diesem Schwingungsstromkreis abgenommen werden, solange die
Schwingungen anhalten.
Der Umwandler 8 dient auch zur Stabilisierung des Schwingungsstromkreises und
macht dadurch diesen Stromkreis weniger von den Belastungsschwankungen abhängig.
Werden in einer Anordnung zur Reduktion der Schwingungszahl, wie beispielsweise in
Abb. ι gezeigt, die Konstanten so gewählt, daß der Schwingungsstromkreis bei Leerlauf
zufriedenstellend weiterschwingt,, so kann man aus diesem Schwingungsstromkreis
kaum irgendwelche Energie zur Überwindung einer Last ableiten. Werden andererseits
die Konstanten so gewählt, daß der Schwingungsstromkreis
bei einer bestimmten Last zufriedenstellend schwingt, so werden die
Schwingungen ungleichmäßig und hören auf, wenn die Belastung verringert wird. Diese
Ungleichmäßigkeit geht selbst so weit, daß die Schwingungszahl des Schwingungsstromkreises
von der ursprünglich beabsichtigten Grundschwingungszahl abweicht. Soll beispielsweise
diese Grundschwingungszahl 20 Wechsel pro Sekunde bedeuten, so springt
bei Entfernung der Belastung diese Schwingungszahl auf 30 pro Sekunde. Die Einschaltung
des Umwandlers 8 in den Schwingungsstromkreis hat den großen Vorteil, daß 11.5
innerhalb weiter Belastungsgrenzen die Schwingungen gleichmäßig und ununterbrochen
aufrechterhalten werden.
Eine weitere Stabilisierung des Schwingungsstromkreises kann auch durch Einschaltung
eines Widerstandes in Reihe mit der Induktanz 2 und dem Kondensator 3 erreicht
. werden. Der Widerstand verzehrt den Strom, wenn keine äußere Belastung vorhanden
ist, so daß der Wert der Induktanz nicht so weit heruntergeht, daß Resonanzerscheinungen
mit dem Kondensator 3 bei höherer Schwingungszahl bemerkbar werden. Der Nachteil des Widerstandes ist jedoch,
daß er die Leistung herabdrückt, die abnehmbar ist, solange die Schwingungen anhalten.
Es kann nun eine Anordnung getroffen werden, um den Reihenwiderstand mit der Belastung
zu verändern, beispielsweise durch Einschaltung einer Lampe im Schwingungsstromkreis. Aber selbst dann ist die Ände-
rung des Widerstandes nicht ebenso rasch wie die Änderung der Belastung. Auch diese Anordnung
mag wohl eine Vergrößerung der Leistung verhindern, sie genügt jedoch nicht, um den Schwingungsstromkreis vollständig
zu stabilisieren und ihn gegenüber Änderungen in der Belastung noch genügend empfindlich
zu erhalten.
Um die Wirkung des Umwandlers 8 besser würdigen zu können, sei hier auf Abb. 2 hingewiesen.
Diese Abbildung zeigt eine etwas vereinfachte Anordnung der Schaltung nach Abb. 3. Statt des Umwandlers 8 ist eine Induktionsspule
in Brücke zur Wechselstromquelle ι gelegt. Der Kondensator 3 ist jedoch
nicht an diese Spule so angeschaltet, daß damit die Spannung an seinem Ende erhöht
wird; auch findet keine Erhöhung der Kapazität dieses Kondensators statt. Werden in
diesem Stromkreis der Abb. 2 die Konstanten so gewählt, daß der Schwingungsstromkreis
gleichförmig weiterarbeitet, wenn die Belastung im äußeren Stromkreis eine Vollbelastung
ist, und wird die Spule 8 so eingestellt, daß ihr Eisenkern gerade ungefähr gesättigt ist, so wird bei Entfernung der Last
im äußeren Stromkreis und bei der damit zusammenhängenden Vergrößerung des Stromes
die Spannung an den verschiedenen Teilen des. Stromkreises ebenfalls erhöht. Die Spannung
am Kondensator 3 und an der Spule 8 führt nun zu einer Verringerung der Impedanz
der Spule 8, und infolge dieser Verringerung der Impedanz wird das Anwachsen der Spannung und des Stromes über einen bestimmten
zulässigen Wert unmöglich gemacht, auch wenn die Belastung im äußeren Stromkreis verringert ist. Die Spule 8 hat
also schon bei dieser Anordnung den Zweck, jede übermäßige Zunahme des Stromes im
Schwingungsstromkreis, herbeigeführt durch Entfernung der Last, zu beseitigen, und damit
ist also schon eine Stabilisierung gewährleistet. Prüfungen haben ergeben, daß zwischen
breiten Grenzen der Belastung schon dadurch eine genügende Stabilisierung des Schwingungsstromkreises erreicht wird. Es
geht dies darauf zurück, daß das Eisen der Spule 8 bis zu einem Wert nahe dem Knie
der Sättigungskurve magnetisiert ist und demnach eine sehr genaue Überwachung zuläßt.
Die Induktanz der Spule 8 kann so gewählt werden, daß selbst Resonanzerscheinungen
mit dem Kondensator 3 entweder bei der Grundschwingungszahl oder einem größeren
oder kleineren Vielfachen der Grundschwingungszahl der Induktanz 2 und des Kondensators 3 wahrgenommen werden. Man
kann also den Schwingungsstromkreis, der die Induktanz, d. h. die Induktionsspule oder
den Umwandler 8 und den Kondensator 3 enthält, so einstellen, daß die Schwingungszahl
dieses Stromkreises die Grundschwingungszahl ist. Die dabei erzeugten harmonischen
Schwingungen mögen nun eine Schwingungszahl umfassen, die gleich ist der Grundschwingungszahl
des Schwingungsstromkreises, welcher nur die Induktanz 2 und den Kondensator 3 enthält. Bei dieser Anordnung
kann man also an den Leitern 6 Strom einer Wechselzahl abnehmen, die gleich ist der Grundschwingungszahl des ersterwähnten
Schwingungsstromkreises, umfassend den Kondensator 3 und die Spule 8, und. man kann auch einen Strom abnehmen, dessen
Wechselzahl gleich ist der Grundschwingungszahl des zweiten Schwingungstromkreises,
welcher die Induktanz 2 und den Kondensator 3 enthält. Auch hat diese Anordnung die Wirkung, daß die Wellenhöhe
der Schwingungen im Schwingungsstromkreis unabhängiger von dem Belastungsstromkreis
wird. Dieser Stromkreis, welcher die Induktionsspule oder den Umwandler 8 benutzt,
hat Ähnlichkeit mit Gleichstromkreisen, beschrieben auf S. 76 bis 82 in Steinmetz, 3. Auflage, »Alternating Current
Phenomena«, 1900, veröffentlicht durch McGraw Publishing Co. Er hat auch Ähnlichkeit
mit den Anordnungen, beschrieben in einem Aufsatz »Constant Current D-C-Transmission«,
Verfasser C. H. Willis, B. D. Bedford und F. R. Elder, veröffentlicht im
»Electrical Engineering Journal«, Januar 1935, S. 102, Bd. 54, Nr. ι unter dem Namen
»Monocyclic Network«. »o
Falls die Belastung an eine Wicklung der Spule oder des Umwandlers 8 angeschlossen
ist, kann man auch diesen Umwandler als eine Vorrichtung zur Abtrennung der beiden
Stromkreise voneinander auffassen, so daß der Schwingungsstromkreis gewissermaßen
unabhängiger von den Belastungsänderungen im äußeren Stromkreis wird. In dieser Hinsicht
scheint die Anordnung ähnlich wie in jenen bekannten Anordnungen zu arbeiten, in
welchen Vakuumoszillatoren verwendet werden; siehe I. R. E., Bd. 19, Dezember 1931,
von F. B. Llowellyn, betitelt »Constant
Frequency Oszillator«, S. 2063 bis 2094.
Die Spule oder der Umwandler 8 kann auch als ein Nebenschluß aufgefaßt werden, der
die Schwingungen des anderen Stromkreises stabilisiert. Wird die Spule oder der Umwandler
8 als eine solche Brücke betrachtet, so sei angenommen, daß ein Teil des Schwingungsstromes
in diesem Nebenschluß die Schwingungen im Hauptschwingungsstromkreis beeinflußt. Die Spule 8 läßt jenen Teil
des Schwingungsstromes durch, welcher den äußeren Stromkreis, d. h. den Laststromkreis,
über eine breite Zone von Schwingungsbelastungen hin stabilisiert. Der Nebenschlußstrom
wird dann zu einer Funktion des Belastungszustandes, soweit der Hauptstromkreis in Frage kommt. In Anlagen, in welchen
die Schaltung einen Rufstrom von
20 Wechseln pro Sekunde für ein Fernsprechnetz erzeugen soll, kann diese Wechselzahl
wieder zur Abgabe von hörbaren Signalen verwendet werden, wenn man eine zusätzliche
kleine, aber veränderliche Induktanz 18 in Reihe mit dem Kondensator legt (Abb. 3). Es
stellt diese Anordnung ein sehr einfaches und wirksames Mittel zur Überwachung des Wertes
des Stromes von hoher Wechselzahl in dem äußeren Stromkreis dar, und diese Anordnung
dient gleichzeitig auch zur Veränderung der Wellenform des abzugebenden Stromes.
Bei ganz geringer Wechselzahl ist die Induktanz 18 äußerst klein, auch wenn sie einstellbar
ist, und dann hat sie natürlich keinen wesentlichen Einfluß auf die Veränderung
der Wellenform des Stromes in dem äußeren Stromkreis. Ist die Wechselzahl jedoch verhältnismäßig
hoch, so vergrößert sich die Induktanz dieser zusätzlichen einstellbaren Spule 18 so weit, daß sie die Wellenform verändert
oder unregelmäßig gestaltet und dadurch den Strom für die Rufvorrichtung abgibt.
Natürlich kann auch eine derartige zusätzliche Induktanz in den Stromkreis nach
Abb. 4 geschaltet werden.
In den dargestellten Ausführangsbeispielen wird der Schalter 9 im Stromkreis der
Wechselstromquelle 1 durch ein Relais überwacht, das entweder durch einen gewöhnlichen
Schalter erregt wird oder das beispielsweise seine Erregung erhält, wenn im Amt der Rufschalter
auf Ruf stellung umgelegt wird, wie dies bekannt ist.
In der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurden viele Versuche gemacht, und
zwar mit einem gewöhnlichen Wechselstromnetz einer Spannung von 120 Volt und der
Wechselzahl 60. Die Größe der verschiedenen Stromkreisteile, wie sie beispielsweise
in Abb. 3 benutzt werden, hängt natürlich von der Leistung, der Spannung und dem
Strom ab, der durch diesen Umwandler abgegeben werden soll; sie hängt jedoch auch
von der Spannung der Wechselstromquelle ab. In einer Ausführungsform wurde beispielsweise
als Induktanz 2 eine Spule benutzt, die auf einen Kern eines Querschnitts von 29 qcm (4,5 Quadratzoll) gewickelt war;
der Kondensator 3 hatte eine Kapazität von 20 Mikrofarad. Mit diesen Abmessungen
bzw. Werten arbeitet die Schaltung sehr zufriedenstellend. Benutzte man in dem Stromkreis
nach Abb. 1 eine Induktanz 2 mit einem Kern von 14,5 qcm Querschnitt (2,25 Ouadratzoll)
und einen Kondensator von 20 Mikrofarad, so ergab sich eine Höchstleistung von 25 Watt mit einem Strom von der Wechselzahl
20. Dabei war jedoch die Spannungsregelung keine sehr gute. Es ist zu bedenken, daß die Spannung im Belastungsstromkreis
häufig 4O°/0 schwankt zwischen einem belastungslosen Zustand und der vollen Belastung
von ungefähr 25 Watt.
Bei der Schaltung nach Abb. 3 wurde die gleiche Induktanz und der gleiche Kondensator
benutzt. Man konnte im Belastungsstromkreis mit einer Wechselzahl 20 eine
Leistung von 1Zs PS herausnehmen. Bei dieser
Schaltung ist jedoch die Spannungsregelung viel besser, und die ganze Spannungsschwankung
zwischen den Leitern 6 ist höchstens 7°/„ zwischen belastungslosem Zustand und
der Normalbelastung von 1J8 PS.
In dieser Beschreibung bedeuten die Ausdrücke Grundwechselzahl oder Grundstrom
jene Wechselzahl oder jenen Strom, dessen Wechselzahl mit dem Hauptstromkreis in Resonanz
ist. Die darin erwähnten harmonischen Wechselzahlen sind Wechselzahlen, welche ein Vielfaches der Grundwechsel zahl 1°°
sind. Die dritte Harmonische hat also die dreifache Wechselzahl. Der dritte harmonische
Strom oder die dritte harmonische Spannung nehmen Bezug auf diese Wechselzahl. Wenn in der Beschreibung betont
wird, daß die Anlaßanordnung imstande ist, im Schwingungsstromkreis freie Schwingungen
von der Grundwechselzahl und den harmonischen Wechselzahlen hervorzurufen,
so bedeutet dies, daß in dem Schwingungs-Stromkreis ein Strom vorhanden ist, der diese
Grundwechselzahl hat, und ein Strom oder mehrere Ströme, in welchen die Wechselzahl
der Harmonischen entspricht. Es bedeutet dies jedoch nicht, daß etwa der Schwingungs- "S
Stromkreis so abgestimmt ist, daß er frei mit den harmonischen Wechselzahlen schwingen
würde. Der Schwingungsstromkreis ist vielmehr so abgestimmt, daß er bei der Grundwechselzahl
frei schwingt, und wenn diese Schwingung stattfindet, so wird dadurch auch
eine harmonische Schwingung erzeugt.·
Claims (11)
- Patentansprüche:ι. Einrichtung zur Verringerung der Frequenz eines niederfrequenten Wechselstromes, in welcher eine nicht lineare Induktanz mit einem Kondensator in einem Stromkreis angeordnet ist, in welchem andauernd Schwingungen von niederer Frequenz erzeugt werden, wenn die Induktanz durch Schwingungen höherer Frequenz erregt wird, insbesondere zur Signalerzeugung in Fernsprechanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schwingungsstromkreis (2, 3) niedererFrequenz eine zum Schwingungsanstoß dienende selbsttätige Anlaßvorrichtung (12) durch den in diesem Stromkreis fließenden Strom derart überwacht wird, daß die Anlaßvorrichtung (12) erregt wird, wenn der Strom in dem Schwingungsstromkreis niederer Frequenz aussetzt.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßvorrichtung (12) eine unsymmetrische Impedanz (10) enthält, welche selbsttätig in den Schwingungsstromkreis eingeschaltet wird, wenn dieser Stromkreis stromlos wird.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßvorrichtung (12) ein Relais enthält, das nur langsam erregt wird, wenn der Schwingungsstromkreis unterbrochen wird, um die Anhäufung genügend großer Energie in dem Relais bei Unterbrechung des i'Schwingungsstromkreises zu erzielen und dadurch die Einschaltung der von dem Relais überwachten Anlaßvorrichtung mitSicherheit herbeizuführen.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßvorrichtung (12) bei ihrer Erregung einen Anlaßstromkreis vorübergehend schließt, der einen mit der Induktanz (2) verbundenen Gleichrichter (15) enthält.
- 5. Einrichtung nach den Ansprüchen ι und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaßstromkreis, der bei Unterbrechung des Schwingungsstromkreises niederer Frequenz geschlossen wird, auch Mittel (Drosselspule 10 oder Kondensator 11) enthält, durch welche die Beeinflussung des Stromkreises durch Hochfrequenzschwingungen vermieden wird.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (3) des Schwingungsstromkreises durch eine zweite Induktanz (8) überbrückt wird, um einen stabilisierenden Nebenschluß zu bilden, welcher mit dem Belastungsstromkreis (6) gekuppelt ist, wobei das Verhältnis der Induktanz (2) in dem eigentlichen Schwingungsstromkreis zur Induktanz (8) des stabilisierenden Zweiges so groß gewählt ist, daß selbst bei starken Schwankungen in der Belastung nur geringe Schwankungen in den Schwingungsstromkreis übertragen werden.
- 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungsstromkreis (6) von dem Kondensator (3) und einem veränderlichen Teil (18) der Stabilisierungsinduktanz gespeist wird, wodurch auch eine Änderung in der Wellenform des Belastungsstromes ermöglicht wird.
- 8. Abgeänderte Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungsstromkreis (6) von einer Reihenschaltung der Kapazität (3) und der veränderlichen Induktanz (18) aus durch Induktion gespeist wird.
- 9. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (3) des Schwingungsstromkreises und die Hilfsinduktanz (18) desselben hintereinander geschaltet und in dieser Reihenschaltung im Nebenschluß zur Primärwicklung eines Umwandlers (8) gelegt sind, dessen Sekundärwicklung den Belastungsstromkreis (6) speist.
- 10. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandler (8) einen Magnetkern hat, dessen Sättigungspunkt nahezu erreicht ist, und zwar bei einem Spannungswert, der beträchtlich unterhalb des normalen Wertes der zu liefernden Spannung liegt, wodurch die Spannung des Belastungsstromkreises stabilisiert wird.
- 11. Einrichtung nach den Ansprüchen7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3) mit der Induktanz (2) über einen Transformator (8) hin vereinigt ist, der die Spannung erhöht, so daß die Spannung des Kondensators eine größere ist als die der Induktanz.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US470128XA | 1935-06-03 | 1935-06-03 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE671513C true DE671513C (de) | 1939-02-08 |
Family
ID=21946573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEA79445D Expired DE671513C (de) | 1935-06-03 | 1936-05-19 | Einrichtung zur Verringerung der Frequenz eines niederfrequenten Wechselstromes |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE671513C (de) |
FR (1) | FR806958A (de) |
GB (1) | GB470128A (de) |
-
1936
- 1936-05-19 DE DEA79445D patent/DE671513C/de not_active Expired
- 1936-05-19 GB GB14209/36A patent/GB470128A/en not_active Expired
- 1936-05-29 FR FR806958D patent/FR806958A/fr not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR806958A (fr) | 1936-12-30 |
GB470128A (en) | 1937-08-10 |
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