Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_2577
.pdf
3, В автоматической машине, как указано в пункте 25 по п. 1, имеющей катушку, как указано в п. 2, механизм
для продвижения и втягивания катушки для удержания проволоки относительно захватывающих губок.
[0069]
30 4. В * автоматической машине, как указано в пунктах 1, 2 и 3, механизм, обеспечивающий срабатывание
режущего устройства после втягивания катушки для удержания проволоки.
[0070]
5. Автоматический станок для формования 35 катушек из тонкой проволоки, включающий пару
захватывающих губок для проволоки, оправку и механизм для ее продвижения по линии, прилегающей к
плоскости соприкосновения губок и направленной к ней, механизм подачи проволоки 40, включающий
устройство для подачи конца проволоки к губкам, устройство для захвата конца проволоки губками,
устройство для намотки проволоки на оправку в положении продвижения 45, механизм для извлечения
оправки из сформированной катушки и устройство для открытия губок для извлечения катушки.
[0071]
6. Автоматическая машина для формования 50 катушек, пригодных для использования в качестве нитей
накаливания для электрических ламп накаливания и аналогичных устройств, сконструированная и
работающая в основном так, как описано выше или как показано на прилагаемых чертежах.
[0072]
Дата: 2 июля 1924 года.
[0073]
Джон Грей,
[0074]
Краун-Хаус, Олдвич, Лондон.
[0075]
В.К. 2, 60
[0076]
Представитель заявителей.
[0077]
Редхилл: Напечатано для типографии Его Величества компанией Love & Malcomson, Ltd. — 1925 год.
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_218675.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=218675&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB218675A
[]
Власть.
Мы, компания HAZELTINE RESEARCH CORPORA, предлагаем усовершенствованный метод и устройство для
преобразования электрической энергии. Действуя в соответствии с законами штата Делавэр, Соединенные
Штаты Америки, имея место ведения бизнеса по адресу: 15, Exchange Place, Джерси-Сити, Нью-Джерси,
Соединенные Штаты Америки, правопреемники Луиса Соединенные Штаты Америки, почтовый адрес
которых: 1024, Хадсон-стрит, Хобокен, округ Хадсон, штат Нью-Джерси, Соединенные Штаты Америки,
настоящим заявляют о характере данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут
подробно описаны и установлены в следующем заявлении: — Данное изобретение относится к методу и
устройству для повышения эффективности преобразователей электрических вентилей с минимальным
образованием гармоник тока и напряжения. Оно представляет собой усовершенствования и расширения
методов, описанных в моем британском патенте № 155789. В общих чертах, электрический клапан — это
устройство, сопротивление которого можно регулировать с целью изменения протекающего через него тока.
Электронный вентильный преобразователь состоит из одного или нескольких электрических вентилей и
связанных с ними цепей, которые преобразуют одну форму электрической энергии в другую. Примерами
преобразования с помощью электрических ламп являются: (1) механический коммутатор, который
преобразует переменный ток в постоянный, постоянный ток в переменный, переменный ток одной частоты в
переменный ток другой частоты или переменный ток из одной фазы многофазной системы в другую таким
образом, чтобы обеспечивать или поглощать реактивную мощность; (2) дуговой выпрямитель, который
преобразует переменный ток в постоянный; (3) дуговой генератор, который преобразует постоянный ток в
переменный; (4) ламповый выпрямитель; (5) ламповый генератор; (6) ламповый усилитель, который
преобразует постоянный ток в переменный ток с электрически управляемой формой волны; (7) микрофон,
который преобразует постоянный ток в переменный ток со звукоуправляемой формой волны; и (8) кварцевый
выпрямитель, который обычно преобразует модулированный высокочастотный переменный ток в
модулированный постоянный ток.
Сопротивление электрической лампы может постепенно изменяться от одного значения к другому, как в
усилителе и микрофоне, или резко от очень низкого значения к очень высокому, как это наглядно
демонстрирует механический коммутатор. При постепенном изменении сопротивления неизбежны
относительно большие потери мощности в самом клапане, и высокая эффективность преобразования
становится невозможной. С другой стороны, при резком изменении сопротивления падение напряжения на
лампе будет небольшим, когда сопротивление будет низким, а ток будет небольшим (обычно нулевым), когда
сопротивление будет высоким (обычно бесконечным); таким образом, потери мощности всегда низки, и,
следовательно, эффективность преобразования высока. Можно говорить о клапане, срабатывающем резко,
как о закрытом, когда его сопротивление относительно низкое, и как об открытом, когда его сопротивление
относительно высокое. В течение всего периода, когда клапан закрыт, требуемые напряжения входной и
выходной цепей, как правило, не равны; и для достижения высокой эффективности разница между этими
напряжениями должна быть компенсирована за счет сильно реактивного импеданса.
В течение всего интервала времени, когда клапан открыт, требуемые токи входной и выходной цепей, как
правило, также не будут равны, и их разница должна быть компенсирована в сильно реактивной
проводимости. Если не предусмотрены средства для поглощения разницы напряжений и токов, то либо в
вентиле возникнут существенные потери мощности, либо форма входного или выходного тока и напряжения
будет искажена по сравнению с желаемой. В британском патенте № 155789, на который ссылаются, показаны
средства для поглощения разности напряжений (в виде импедансной катушки 25, рис. 14) и средства для
поглощения разности токов (в виде конденсатора 31, рис. 14), причем конкретное устройство представляет
собой генератор, использующий электростатически управляемые вакуумные лампы или триоды. Некоторые
виды преобразования электрической энергии достигаются с помощью стационарных устройств,
использующих только явления электромагнитной индуктивности и электростатической емкости. К ним
относятся: (1) повышение или понижение переменного напряжения; (2) переход от одной многофазной
системы к другой; (3) переход от системы переменного тока с постоянным напряжением к системе
переменного тока с постоянным током или наоборот; и (4) подача или поглощение реактивной мощности.
Все эти преобразования происходят без изменения частоты и без перехода от многофазного к однофазному
режиму или наоборот. Другие способы преобразования электрической энергии осуществляются с помощью
электрических вентилей. К ним относятся: (1) преобразование переменного тока в постоянный или наоборот;
(2) преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты; (3) преобразование
многофазного переменного тока в однофазный переменный ток той же частоты (особенно низкой частоты)
или наоборот; (4) повышение или понижение постоянного напряжения; (5) преобразование системы
постоянного тока с постоянным напряжением в систему постоянного тока с постоянным током или наоборот;
(6) преобразование постоянного тока в переменный ток с управляемой формой волны (например, голосовой
ток в телефонии); (7) подача или поглощение многофазной реактивной мощности без соответствующего
накопления энергии (как в конденсаторах или индуктивных катушках соответственно); (8) изменение или
обращение эффективного реактивного сопротивления катушки или конденсатора.
Эти преобразования могут быть объединены различными способами. Только вторая из этих модификаций
составляет конкретный предмет настоящего изобретения; первая составляет предмет Раздела В данном
документе представлены методы преобразования постоянного тока в переменный ток во всех ламповых
преобразователях в цепях, где входное и выходное напряжения различаются по форме в течение
циклических интервалов, когда вентили закрыты; в одной из цепей требуется последовательное
сопротивление для поглощения этой разности напряжений; а в цепях, где входной и выходной токи
различаются по форме в течение циклического интервала, когда вентили открыты, в другой цепи требуется
параллельное сопротивление для поглощения этой разности токов. – Все рассматриваемые здесь
преобразования относятся к этому классу, при этом переменные токи и напряжения являются
синусоидальными, а постоянные токи и напряжения остаются постоянными от момента времени к моменту.
Подобные преобразования применялись в прошлом в некоторых областях с использованием коммутаторов,
представляющих собой механически управляемые клапаны, однако проблема формы волны либо не
рассматривалась, либо не была полностью решена.
Кроме того, обычный коммутатор имеет определенные ограничения, такие как допуск лишь умеренно низкой
частоты, возникновение нежелательных временных коротких замыканий между стержнями, когда они
перекрываются щеткой, и необходимость работы в регулярном порядке и, как правило, через равные
промежутки времени. Основная цель данного изобретения — создание стационарных вентилей и
соответствующих схем для преобразования переменного тока одной частоты в переменный ток другой
частоты, и, в частности, создание высокоэффективной формы электростатически управляемого вентильного
преобразователя термоэлектронного типа. Во многих, но не во всех отношениях постоянный ток эквивалентен
переменному току нулевой частоты. Следовательно, преобразование постоянного тока в переменный имеет
много общих проблем с преобразованием частоты в переменный, и в данном описании оно рассматривается в
первую очередь из-за большей простоты и полезного взаимодействия двух преобразований в конкретном
применении изобретения.
Однако преобразования с использованием постоянного тока в данном документе не предусмотрены, за
исключением случаев, когда они рассматриваются как дополнительный этап преобразования частоты. Одним
из конкретных применений данной технологии модернизации клапанов является эксплуатация электрических
железных дорог. Наиболее предпочтительным способом передачи электроэнергии на значительные
расстояния является использование трехфазного переменного тока, поскольку переменный ток легче всего
преобразуется в напряжение. Наиболее предпочтительной формой питания для электровозов и вагонов
является высоковольтный постоянный ток, поскольку он требует всего одного контакта и позволяет избежать
помех в линиях связи, которые возникают при использовании однофазного переменного тока. Наиболее
предпочтительным типом двигателя был бы многофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым
ротором, питаемый током регулируемой частоты, поскольку этот двигатель не имеет скользящих контактов и
отличается наиболее прочной конструкцией, но требует использования переменной частоты для
эффективного регулирования скорости. Эти противоречивые требования к форме энергии можно согласовать
с помощью ламповых преобразователей, которые сначала преобразуют трехфазный переменный ток в
высоковольтный постоянный ток на подстанциях, а затем преобразуют постоянный ток в многофазный ток с
переменной частотой на локомотиве или вагонах.
Прямое преобразование постоянного тока в низкочастотный переменный ток требует очень большого
количества ламп, если только катушки, поглощающие напряжение и ток, и конденсаторы не будут иметь
больших размеров; кроме того, остаточные гармоники при малом количестве ламп будут иметь частоту в
пределах слышимого диапазона и, следовательно, могут вызывать помехи в телефонных цепях. Кроме того,
форма клапана, являющаяся частью данного изобретения, наиболее подходит для умеренно высокой частоты
управления. По этим причинам преобразование на подстанциях и в электровозе или вагоне осуществляется в
два этапа: на подстанции преобразование происходит с низкой частоты на умеренно высокую, а затем с этой
высокой частоты на постоянный ток; в электровозе или вагоне преобразование происходит в обратном
порядке: с постоянного тока на умеренно высокую частоту, а затем с этой высокой частоты на низкую
переменную частоту. Поскольку эти два преобразования одинаковы по форме, но противоположны по смыслу,
подробно будет описано только последнее.
В электровозе все основные цепные соединения являются постоянными, что позволяет избежать
использования тяжелых контактов и потерь на реостате. Регулировка скорости осуществляется
исключительно путем настройки цепей управляющих электродов, причем эти электроды, в конечном итоге,
управляются через коммутатор. Клапан, предпочтительно используемый для осуществления данного
изобретения, представляет собой термоэлектронный клапан с магнитным управлением и электростатическим
контролем, в котором (когда клапан закрыт) электроны ускоряются от катода с помощью
высокоположительного управляющего электрода (в виде сетки) и вынуждены двигаться вдоль линий
магнитного потока таким образом, чтобы они проходили между стержнями сетки, не достигая их, а затем,
притягиваясь управляющим электродом, замедляются до низкой скорости, прежде чем достигнут анода.
(Обычно основные электроды поочередно выступают в роли анода и катода и, следовательно, оба
поддерживаются в излучающем состоянии, например, за счет нагрева.) Таким образом, падение напряжения
в цепи лампы поддерживается на очень низком уровне, а ток в сети практически незначителен, хотя
потенциал сети может быть очень высоким. Дополнительными особенностями этой лампы являются
заключение электродов в концентрические металлические оболочки, которые отражают обратно к электродам
тепло, выделяемое за счет потерь; конструкция такова, что это тепло поддерживает излучение от основных
электродов.
Следует понимать, что прилагаемые чертежи, хотя и иллюстрируют варианты осуществления изобретения,
показывают лишь некоторые из множества возможных вариантов, позволяющих достичь тех же целей, но они
иллюстрируют предпочтительные формы для наиболее распространенных применений и принципы, в
соответствии с которыми могут быть легко разработаны другие формы. Обращаясь к этим чертежам, на рис.
1а представлена та же схема, что и на рис. 14 британского патента № 155789, и иллюстрируется ламповый
генератор для преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток, в частности, высокой
частоты. Рис. 1b идентичен рис. 16b того же патента и показывает формы тока и напряжения, представленные
на рис. 1a. На рис. 2 представлена та же схема, что и на рис. 20 британского патента № 155789, и
иллюстрируется ламповый генератор для преобразования постоянного тока в многофазный переменный ток.
На рис. 3а также показан генератор для преобразования постоянного тока в многофазный переменный ток, но
в нем используются только три лампы.
На рис. 3b показаны формы тока и напряжения, представленные на рис. 3a. На рис. 4а представлен ламповый
преобразователь, аналогичный показанному на рис. 2, но предназначенный для преобразования мощности в
любом направлении. На рис. 4b показаны токовые и вольтовые осциллограммы, представленные на рис. 4a.
Рис. 5а представляет собой модификацию рис. 4а, обеспечивающую работу, аналогичную работе рис. 3а. На
рис. 5b показаны токовые и вольтовые осциллограммы, представленные на рис. 5a. Рис. 6а представляет
собой дальнейшую модификацию рис. 4а. На рис. 6b показаны токовые и вольт-амперные характеристики,
представленные на рис. 6a. На рис. 7 показаны осциллограммы постоянного тока и переменного напряжения
для рис. 4а, 5а и 6а. На фиг. 8-16 показан обобщенный трехфазный вентильный преобразователь постоянного
тока с различными вариантами расположения вентилей относительно цепи постоянного тока и относительно
расположения катушек импеданса. На рис. 17а показан многофазный вентильный преобразователь
постоянного тока с размыканием цепи, в отличие от предыдущих преобразователей, которые имели
замыкание цепи. На рис. 17b показаны формы волн напряжения и тока, представленные на рис. 17a.
На рис. 18а показана модификация схемы, изображенной на рис. 17а, в которой изменен интервал открытия
каждого клапана. На рис. 18b показаны формы тока и напряжения, представленные на рис. 18a. На рис. 19а
показана еще одна модификация рис. 17а. На рис. 19b показаны формы тока и напряжения, представленные
на рис. 19a. На рис. 20 показаны осциллограммы постоянного напряжения и переменного тока для рис.
соответственно. На рисунках 24, 25 и 26 также показаны модификации схем, представленных на рисунках 17a,
18a и 19a соответственно. Многофазный вентильный преобразователь постоянного тока с размыканием цепи,
имеющий различное расположение вентилей относительно цепи постоянного тока и относительно
расположения третичных цепей. На рис. 36-43 показаны частотные преобразователи с многофазным
замыканием цепи и различными вариантами расположения клапанов относительно входной и выходной
цепей. На рис. 44 и 45 показаны формы тока и напряжения соответственно. преобразователь имеет более
низкую частоту. На рисунках 46 и 47 показаны формы тока и напряжения соответственно для рисунков 36-43,
когда импедансная сторона преобразователя имеет более высокую частоту.
На фиг. 48-53 показаны частотные преобразователи с многофазным открытием цепи и различными
вариантами расположения вентилей относительно входной и выходной цепей. На рис. 54 показаны основные
схемы предпочтительной схемы преобразования постоянного тока в два этапа в многофазный ток
переменной частоты для работы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором на электровозе. На
рис. 55 показана альтернатива рис. 54. На рис. 56 показана модификация конструкции клапана постоянного
тока, изображенного на рис. 54 или 55, для его работы при половинном напряжении. На рис. 57а показаны
схемы управляющих электродов для структуры вентиля постоянного тока преобразователя, показанного на
рис. 54. Инжир. для конструкции клапана переменного тока преобразователя, показанного на рис. 34. полной
конструкции клапана, показанной на рис. 54. На рис. 58b показан план в разрезе, соответствующий рис. 58a.
На рис. 59 представлен детальный план и вид в проекции конструкции клапана, показанной на рис. 58а и На
рис. 1а показаны электростатически управляемые клапаны, каждый из которых имеет катод в виде
нагреваемой нити, анод в виде пластины и управляющий электрод в виде сетки, расположенной между
катодом и анодом.
Под управлением сеток анодные цепи двух вентилей попеременно открываются и закрываются, позволяя
постоянному току от генератора G попеременно протекать через две половины 21, 22 первичной обмотки. Эти
первичные токи в совокупности действуют как переменный ток и индуцируют переменный ток во вторичной
обмотке 11, который питает нагрузку, подключаемую справа. Если генератор постоянного тока должен иметь
постоянный ток и постоянное напряжение от момента времени к моменту времени, а нагрузка переменного
тока должна иметь синусоидальный ток и синусоидальное напряжение от момента времени к моменту
времени, и вентили должны работать практически как идеальные вентили без поглощения тока или
напряжения, то необходимо предусмотреть конденсатор C для поглощения разницы между прямоугольным
прерывистым постоянным током и синусоидальным переменным током, а также катушку импеданса L для
поглощения разницы между постоянным напряжением и полусинусоидальным выпрямленным переменным
напряжением.
В силу фазовых соотношений, необходимых для подключения управляющих электродов к катушкам 21, 22
выходного трансформатора, частота автоматически регулируется таким образом, чтобы конденсатор C
находился в резонансе с первичной обмоткой трансформатора 31, 32 и его нагрузкой; желательны большая
емкость и низкая индуктивность первичной обмотки, поскольку это обеспечивает высокую проводимость для
поглощаемых гармонических токов. Желательно, чтобы значение собственной индуктивности в точке L было
таким, чтобы оно соответствовало низкому сопротивлению, обеспечивая высокое сопротивление
гармоническим напряжениям. На рис. 1b показаны фактически полученные формы волн тока клапана или
анода ip, напряжения клапана или потенциала анода ep и потенциала управляющего электрода eg. На рис. 2
представлены три однофазных ламповых генератора, аналогичные показанным на рис. 1а, соединенных
путем подключения вторичных катушек 11, 13, 15 по схеме «треугольник» для их синхронизации и
обеспечения трехфазного генератора. В этой дельте протекает ток тройной частоты, тем самым разгружая
конденсаторы от таких гармоник.
Вместо двух ламп используются три, а вместо одного трансформатора со средним отводом — три отдельных
трансформатора, каждый с шунтирующим конденсатором. Такая конструкция позволяет получить трехфазный
генератор вместо симметричного однофазного.
1,
2 и 3, или анодные цепи, замыкаются последовательно, каждая на одну треть цикла, в результате чего
постоянный ток генератора G разбивается на три прямоугольных токовых лепестка в трех первичных
обмотках 31, 32 и 33. Эти токи индуцируют трехфазные вторичные токи в катушках 11, 12 и 13, которые
должны быть подключены к трехфазной нагрузке справа. Катушки 21, 22 и 23 одного и того же
трансформатора подают потенциалы соответствующей фазы на три управляющих электрода.
Последовательность срабатывания клапанов является случайной при первом замыкании цепи; однако, если
необходимо обеспечить определенную последовательность, сначала можно замыкать анодные цепи только
двух клапанов; и перед замыканием анодной цепи третьего клапана его управляющий электрод может быть
подключен к точке в колебательной цепи, потенциал которой имеет желаемое фазовое соотношение
относительно других управляющих электродов, например, путем соответствующего расположения резисторов
и реактивных сопротивлений в этой цепи.
Конденсатор C3 необходим для поглощения разницы между прямоугольными прерывистыми постоянными
токами и синусоидальными токами, потребляемыми нагрузкой. Кроме того, как показано на рис. 1а, катушка
импеданса L должна поглощать разницу между постоянным напряжением и выпрямленным синусоидальным
напряжением первичных обмоток трансформатора. (На обоих рисунках катушка L может быть подключена к
какой-либо другой точке первичной обмотки трансформатора, помимо нейтральной точки, но в этом случае ей
придется поглощать часть основного синусоидального напряжения в дополнение к гармоникам.) Как и на рис.
1a, в цепи управления используется катушка импеданса Lg, выполняющая ту же общую функцию, что и
основная катушка. L — это сопротивление анодной цепи, а R — сопротивление, обеспечивающее
отрицательное смещение на управляющих электродах. Как показано на рис. 1a и 2, катушки L и Lg могут быть
соединены, а могут и не быть. Если они соединены, сопротивление R выполняет дополнительную функцию
предотвращения однофазных колебаний, при которых катушка L и её собственные ёмкости образуют
резонансный контур.
Как Его можно опустить, что окажет лишь незначительное влияние на работу, при этом сопротивление R
будет служить для поглощения разности напряжений. В нижней части рис. 3b показаны формы волн
постоянного тока и синусоидального напряжения каждой из фаз. Формы волн тока клапана или анода ip,
напряжения клапана или потенциала анода eP и потенциала управляющего электрода eg показаны в верхней
части рис. 3b и в целом аналогичны формам на рис. 1a, но ток протекает в течение одной трети цикла вместо
половины, а напряжения представляют собой синусоидальные дуги в течение остальных двух третей цикла.
Средние кривые на рис. 3b показывают формы волн и напряжение eL, поглощаемое катушкой импеданса L.
Рис. 4а идентичен рис. 2, за исключением формы; вместо шести отдельных ламповых структур показана
единая структура; вместо трех отдельных генераторов показана единая цепь постоянного тока "DC"; и
конденсаторы подключены к цепи переменного тока, а не к местной ламповой цепи, причем это изменение
является необязательным.
Формы волн постоянного тока На рис. 7 показаны схемы цепи переменного тока, которые отличаются друг от
друга. Формы волн всех токов вентилей показаны в верхней части рис. 4b; а формы волн всех напряжений
вентилей показаны в средней части этого рисунка. Эти формы сигналов аналогичны формам на рис. 1b, но
являются идеализированными: предполагается, что падение напряжения на клапанах равно нулю при
протекании тока, а управление срабатывает мгновенно. Кроме того, как и на предыдущих диаграммах,
Конденсаторы должны обладать очень высокой собственной индуктивностью и пренебрежимо малым
сопротивлением; предполагается, что они имеют большую емкость и резонируют с трансформаторами; а
сопротивление обмоток трансформатора должно быть пренебрежимо малым. Волна На рисунке 4b в нижней
части показаны осциллограммы напряжений eL трех импедансных катушек. Схема на рис. 5а аналогична
схеме на рис. 3, но удвоена, однако имеет единую ламповую структуру, а обмотки трансформатора в линии
переменного тока соединены по схеме «треугольник».
Как показано на рис. 4а, клапаны могут управляться любым способом и служить для преобразования энергии
в любом направлении. Две катушки импеданса L и Ll не связаны между собой. Формы волн тока и напряжения
=
Не содержит четных гармоник, которые компенсируются в двух первичных обмотках каждого трансформатора.
На рис. 6а показана та же конструкция клапана, что и на рис. 40 и 5а, и он служит той же цели. Однако вместо
трех и двух импедансных катушек, соответственно, используется только одна импедансная катушка L. Такая
конфигурация приводит к тому, что ток через каждый клапан протекает в течение одной шестой части цикла,
как показано в верхней части рис. 6b. В течение этой шестой части цикла напряжение на вентилях равно
нулю, как показано в середине рисунка 6b. В нижней части рисунка показана форма волны тока конденсатора
ic, представляющая собой разность между синусоидальным переменным током между двумя верхними
линиями и током обмотки трансформатора 11, который уравновешивает два прямоугольных тока обмоток 31 и
34. В нижней части этого рисунка также показана форма волны напряжения импедансной катушки eL, которая
представляет собой разницу между постоянным постоянным напряжением и шестью выпрямленными
синусоидальными напряжениями, последовательно подаваемыми от катушек трансформатора 31–36.
содержат гармоники порядков, больших или меньших на единицу, чем кратное шести, то есть гармоники
порядков 5, 7, 11, 13 и т. д. На рисунках 4b и 5b гармоники, не являющиеся общими для разных волн eL,
компенсируются относительно цепи постоянного тока путем соединения разных L с общей точкой; таким
образом, единственные гармоники, которые могут достигать внешних цепей, совпадают с гармониками волны
eL на рисунке 6b и имеют порядки, кратные шести. Эти результаты согласуются с общей теорией взаимного
подавления гармоник, изложенной далее. Все волны на рис. 4b, 5b и 6b соответствуют единичному
коэффициенту мощности, как это обычно бывает в саморегулирующихся генераторах и выпрямителях. Если
коэффициент мощности не равен единице, то волны напряжения на лампе и напряжения на катушке
импеданса будут представлять собой другие синусоидальные дуги, отличные от показанных на рисунке. На
рисунках с 8 по 16 показаны схемы, в которых вентили срабатывают с теми же интервалами и в течение того
же времени, что и в схемах на рисунках. 8, 9, 10, 11 и 14 эти катушки могут быть соединены любым из трех
способов, образуя
что эквивалентно введению одной катушки импеданса в цепь постоянного тока и, следовательно, приводит к
работе, аналогичной показанной на рис. 6а; образуя две группы по три катушки в каждой, как показано на рис.
11, что оказывает на работу аналогичное воздействие, как и две катушки L. группы по две катушки каждая, как
показано на рис. 14, оказывают на работу такое же воздействие, как три катушки L, L и L11 на рис. 4а. Однако
определенная форма связи между этими импедансными катушками необходима. Эти пять рисунков наглядно
демонстрируют, как можно различными способами соединять вентили относительно цепи постоянного тока,
причем это соединение не зависит от группы вентилей. На рис. 8 все вентили подключены параллельно цепи
постоянного тока, как и на рис. 1a, 3a, 4a, 5a и 6a. На рис. 9 каждая вентиля подключена к отдельной цепи
постоянного тока; в этом случае сумма токов шести, трех или двух вентилей (в зависимости от способа связи
импедансных катушек) постоянна, но поскольку токи отдельных вентилей непостоянны, для компенсации
колебаний тока в каждой цепи постоянного тока необходимы конденсаторы.
Если шесть цепей постоянного тока, показанных на рис. 9, соединить последовательно, чтобы образовать
одну цепь постоянного тока, получится рис. 10; если цепи постоянного тока, показанные на рис. 9, соединить
две последовательно и три параллельно, получится рис. 11; а если цепи постоянного тока, показанные на рис.
9, соединить три последовательно и две параллельно, получится рис. 14. На рис. 12 показаны три
параллельно соединенных клапана и две группы последовательно соединенных клапанов относительно цепи
постоянного тока. При таком способе соединения катушек импеданса их можно заменить одной катушкой
импеданса L, как показано на рис. 13. На рис. 15 показаны два параллельно соединенных клапана и три
группы последовательно соединенных клапанов относительно цепи постоянного тока. При таком способе
соединения катушек импеданса их можно заменить одной катушкой импеданса L, как показано на рис. 16.
Импедансные катушки L на рис. 13 и 16 поглощают гармонические напряжения всех последовательно
соединенных групп. Формы волн токов вентилей На рисунке 6b показаны схемы, если катушки импеданса
соединены, как на рисунке 8; на рисунке 5b — схемы, если катушки импеданса соединены, как на рисунках 11
и 12; и на рисунке 4b — схемы, если катушки импеданса соединены, как на рисунках 14 и 13.
катушки; поэтому конденсатор, подключенный параллельно катушке 13 переменного тока этого
трансформатора, не обязан поглощать эти гармоники тока. Математическая теория этого эффекта изложена
ниже с использованием следующих обозначений. (Числа, указанные в скобках, например, после p и w,
относятся к случаям, когда катушки импеданса соединены, как показано на рис. 11 и 12). p — количество фаз
на группу (=3); r — порядковый номер в приведенных выше 1, 2, ... p; pw; следовательно, общее количество
фаз (3 x 2 = 6); n, порядок гармоники; альфа — фазовый угол управления, определяемый соотношением,
согласно которому в первом клапане первой группы управляющий электрод становится положительным при
этом угле. произвольная точка отсчета времени. катушки; I — ток каждого клапана, когда он закрыт. Ток I
протекает через r-клапан группы u из углового времени. Согласно теореме Фурье, коэффициент n-й
гармоники, выраженный в комплексной форме, тогда равен Два экспоненциальных члена представлены
единичными векторами, различающимися по углу на
а) вектор, перпендикулярный среднему углу и имеющий длину, равную удвоенному синусу половины угла
между ними. Следовательно, гармонический коэффициент равен Число витков на обмотках вентилей (31-36)
каждого трансформатора таково, что переменные напряжения вентилей равны по величине и имеют равные
последовательные разности фаз, и могут быть выражены следующим образом: где 0 — разница для каждого
трансформатора, а отрицательное значение указывает на изменение полярности. Теперь пусть указанный
выше ток протекает через катушку трансформатора, имеющего такое количество витков. Коэффициент n-й
гармоники ампер-витков всех ламп и обмоток этого трансформатора тогда равен . Члены каждой из сумм
представлены единичными векторами с равными угловыми разностями и образуют замкнутый многоугольник,
за исключением случаев, когда их угловые разности... пв сумма. Эти случаи можно представить вместе как
n=mpw+ 1. В любом из этих случаев векторы расположены под одним и тем же углом и дают гармонический
коэффициент. Это общее количество витков тока должно быть магнитно уравновешено переменным током
обмотки трансформатора (как показано на рис. 13), подключенной к линии переменного тока.
Следовательно, все гармоники тока будут отсутствовать в этой катушке и в конденсаторе, подключенном
параллельно ней, за исключением тех, порядки которых на единицу больше или меньше, чем кратное числу
фаз клапана; и амплитуды этих гармоник обратно пропорциональны их порядкам. Количество и расположение
фаз в многофазных линиях не имеют значения для этого правила, которое, очевидно, включает результаты,
ранее приведенные для конкретных цепей на рис. 4а, 5а и 6а. Наличие гармоник в напряжениях цепей
постоянного тока предшествующих вентильных преобразователей регулируется правилами, приведенными
далее в связи с вентильными преобразователями общего типа с замыканием цепи (рис. 36–43). Тип схемы
преобразователя вентиля, существенно отличающийся от ранее рассмотренных; здесь вентильные цепи
открыты в течение некоторого кратного цикла, тогда как в предыдущих схемах вентили были закрыты в
течение некоторого кратного цикла. Клапаны, изображенные на рис. 1а – рис. 16, можно назвать клапанами,
закрывающими цепь, а клапаны, изображенные на рис. 17а, 18а и 19а, — клапанами, открывающими цепь.
Различие между замыканием и размыканием цепи в целом объясняется далее во вводной части к рис. 48. В
преобразователе постоянного тока с замыканием цепи каждый клапан замыкает цепь на долю цикла, равную
обратной величине числа клапанов в группе (группа состоит из клапанов, связанных с катушкой импеданса
или с соединенными катушками импеданса таким образом, что токи клапанов в сумме составляют постоянную
величину). С другой стороны, в преобразователе постоянного тока с размыканием цепи каждым клапаном,
каждый клапан размыкает цепь на долю цикла, равную обратной величине числа клапанов в группе (группа
состоит из числа клапанов, напряжения на которых, благодаря схеме, в сумме дают постоянное значение).
Таким образом, на рис. 17а переменные составляющие напряжений клапанов 1 и 4 вынуждены быть равными
и противоположными по знаку вследствие параллельного соединения третичных катушек 61 и 64; на рис. 18а
переменные составляющие напряжений клапанов 1, 3 и 5 вынуждены складываться в ноль вследствие
замкнутой третичной цепи 61, 63, 65; а на рис. 19а переменные составляющие напряжений всех шести
клапанов вынуждены складываться в ноль вследствие замкнутой третичной цепи 61–66.
Подобно преобразователям с замыканием цепи, преобразователи с размыканием цепи имеют
последовательное сопротивление с одной стороны и параллельное сопротивление с другой, но теперь
последовательное сопротивление находится на стороне переменного тока (катушка Lz и конденсатор Cz, рис.
17a, 18a, 19a), а параллельное сопротивление — на стороне постоянного тока (Cy, рис. 17a, 18a, 19a). В
соответствующих идеальных условиях, указанных в связи с рис. 4а, 5а и 6а, работа, показанная на рис. 17а,
18а и 19а, по существу осуществляется следующим образом. Когда любой клапан закрыт, как показано на
этих рисунках, происходит следующее: (различные масштабы для трех фигур) наносится непосредственно на
трансформатор, связанный с этим клапаном, а затем путем преобразования на открытый клапан. Таким
образом, волны напряжения имеют форму, указанную вверху. Они настроены на резонанс с частотой цепи
переменного тока, так что протекающие через них токи будут ниже... Таким образом, токи, возникающие в
результате преобразования в клапанах, состоят из синусоидальных дуг, как это представлено на рисунке.
Импедансные катушки Lz и конденсаторы Cz поглощают разницу между синусоидальным переменным
напряжением и прямоугольным прерывистым постоянным напряжением, одна из этих разностей
представлена волной ez в нижней части рисунков 17, 18a и 19a. Напряжения ez не содержат третьих
гармоник, поскольку любые третьи гармоники, которые могут присутствовать в отдельных напряжениях,
компенсируются в напряжениях между линиями из-за Y-образного соединения обмоток трансформатора в
цепи переменного тока. Конденсатор Cy поглощает разницу между постоянным током и результирующей
выпрямленных синусоидальных токов, представленных волной iy в нижней части рис. 19b. Третичные цепи
также образуют локальные проводимости и принимают гармоники тока, представленные соответствующими
наборами волн iy в нижней части рисунков 17b, 18b и 19b. Будет замечено, что формы волн и напряжение
меняются местами. Представленные формы тока соответствуют условию единичного коэффициента
мощности.
При других коэффициентах мощности токи в вентилях будут состоять из других синусоидальных дуг, и в
течение части каждого цикла их направление будет меняться на противоположное. Для этого потребуется
клапан, который позволял бы току протекать в любом направлении, например, за счет излучения как анода,
так и катода, или за счет нагрева в конструкции клапана, показанной на рис. 58a и 58b. На рис. 21
представлена модификация рис. 17а, в которой отсутствует третичная цепь за счет размещения двух
связанных катушек лампы 51 и 54 на одном железном сердечнике, что приводит к равенству и
противоположному направлению их напряжений. Аналогичным образом, на рисунках 22 и 23 избегаются
третичные цепи, показанные на рисунках 18a и 19a, за счет использования многофазных трансформаторных
сердечников, которые заставляют потоки, а следовательно, и напряжения различных фаз, суммироваться до
нуля. Считается, что эти трансформаторы имеют незначительную магнитную утечку между концами. На
рисунках 24, 25 и 26 сердечники трансформаторов выполнены аналогично сердечникам регуляторов
индукции, при этом первичная и вторичная обмотки расположены в больших пазах, отверстия которых
сходятся.
На рисунке показаны катушки питания в разрезе, и предполагается, что они соединены по схеме «Y», как
показано на предыдущих рисунках. Шаг витков катушек клапана на каждом рисунке, измеренный в градусах
электрического пространства, равен интервалу времени, в течение которого клапан должен быть открыт,
измеренному в градусах электрического времени. На рисунках 27–35 показаны схемы, в которых вентили
работают с теми же интервалами и в течение того же времени, что и вентили других схем. На рисунках 32 и 35
(где третичные цепи должны быть расположены, как показано) третичные цепи на всех этих рисунках могут
быть расположены тремя способами: образуя одну группу из шести катушек, как показано на рисунке 27, что
приводит к работе, аналогичной работе на рисунке 19а; образуя две группы по три катушки в каждой, как
показано на рисунке 35, что приводит к работе группы по две катушки в каждой, как показано на рис. 32, что
делает работу такой же, как на рис. 17а. На каждом из рисунков с 27 по 35 необходима одна из этих форм
третичной цепи, за исключением случаев использования многофазных трансформаторов, как на рисунках с 21
по 23 или с 24 по 26.
Семь рисунков 27, 28, 29, 30, 31, 33 и 34 наглядно показывают, как можно подключать запорные клапаны к
цепи постоянного тока, причем это подключение не зависит от расположения третичных катушек 61–66. На
рис. 27 все вентили подключены параллельно относительно цепи постоянного тока, как это было показано на
рис. Каждый клапан подключен к отдельной цепи постоянного тока, для каждой из которых требуется
собственный шунтирующий конденсатор. Если шесть цепей постоянного тока, показанных на рис. 28,
соединены последовательно, образуя одну цепь постоянного тока, то получается рис. 29; если цепи
постоянного тока, показанные на рис. 28, соединены параллельно тремя вентилями, а две группы —
последовательно, то получается рис. 30; если они соединены параллельно двумя вентилями, а три комплекта
— последовательно, то получается рис. 33; если они соединены последовательно двумя вентилями, а три
комплекта — параллельно, то получается рис. 31; и, наконец, если они соединены последовательно тремя
вентилями, а два комплекта — параллельно, то получается рис. 34.
Рис. 32 представляет собой модификацию рис. 31, в которой отсутствуют все шунтирующие конденсаторы,
кроме одного. Аналогично, рис. 35 представляет собой модификацию рис. 34, в которой отсутствуют все
шунтирующие конденсаторы, кроме одного. Если катушкам 71–76 одной линии переменного тока придать
соответствующее количество витков, использованное в катушках 31–36 на рис. 8–16, а катушкам 81–86 —
соответствующее количество витков катушек 41–46, то токи различных вентилей будут равны и равномерно
смещены по фазе. При таких пропорциях напряжения катушек 71–76 (или 81–86) будут суммироваться таким
образом, что большинство гармоник будут компенсироваться, и, следовательно, их не нужно будет поглощать
импеданс. Математическое описание комбинации этих напряжений в точности аналогично описанию
комбинации токов на рисунках 8–16; таким образом, остаются только те гармоники напряжения, порядки
которых на единицу больше или меньше кратного числа вентилей, а их относительные величины обратно
пропорциональны их порядкам.
Соседние файлы в папке патенты