Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_3236
.pdf
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB231891A
[]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата проведения конвенции (США): 3 апреля 7924 года.
231,891 Дата подачи заявления (в Соединенном Королевстве): 3 апреля 1925 года. № 8964/25.
Полная спецификация принята к рассмотрению: 6 мая 1926 г.
Усовершенствования в области управления динамо-машинами и связанные с этим аспекты.
Мы, компания TEE BRITISH THOMSON-LHOUSTON COMPANY Limited, британская компания,
зарегистрированный офис которой находится по адресу: Crown House, Aldwych, London, W.C. 2
(правопреемники Макса Альберта Уайтинга, проживающего по адресу: Rugby Road, 650, Schenectady, County
of Schenectady, State of New York, United States of America, гражданина Соединенных Штатов Америки),
настоящим заявляем о характере данного изобретения и способе его осуществления, которые будут
подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
-5 Наше изобретение относится к усовершенствованиям систем управления динамо-электрическими
машинами, благодаря которым машины могут точно регулироваться с помощью простого и эффективного
устройства.
Хотя данное изобретение не обязательно ограничивается этим, оно находит особое применение в системах
управления двигателями, предназначенными для привода лифтов, подъемников и тому подобного. Ранее
были разработаны устройства для привода высокоскоростного тягового лифта с помощью двигателя
постоянного тока, якорь которого питается от генератора, напряжение которого может регулироваться для
регулирования скорости двигателя. Эти системы обычно называют системами регулирования напряжения
генератора или системами управления типа «Уорд Леонард». Подобные устройства особенно применимы к
лифтам без редуктора, в которых вращающийся элемент приводного двигателя соединен с приводным или
тяговым шкивом лифта для непосредственного управления. Поскольку тяговый двигатель, необходимый для
такой системы, обычно имеет относительно небольшую мощность и, следовательно, работает на
относительно низкой скорости, [Цена 1 [-] тяговый двигатель обычно имеет изначально относительно высокое
сопротивление цепи обмотки якоря и, как следствие, относительно высокий процент падения напряжения на
обмотке якоря при номинальной нагрузке.
Если только это оружие...
Если падение напряжения IR компенсируется, то при нагрузке на двигатель наблюдается снижение скорости
вращения двигателя 50. Если используемый генератор имеет раздельное возбуждение, не имеет
компаундирующей обмотки и не компенсируется каким-либо другим особым образом, его напряжение на
клеммах 5,5 будет уменьшаться при включении нагрузки. Если двигатель, приводящий в движение генератор,
также имеет характеристику снижения скорости, что типично для двигателей, обычно используемых для этой
цели, то снижение скорости двигателя еще больше увеличит снижение напряжения генератора. Поскольку эти
эффекты (падение напряжения на якоре тягового двигателя, падение напряжения в генераторе и падение
скорости двигателя, приводящего генератор) суммируются, скорость тягового двигателя имеет тенденцию
значительно падать под нагрузкой. По аналогичным причинам, когда нагрузка приводит двигатель в движение,
и двигатель работает как генератор для обеспечения подачи электроэнергии к основному источнику питания,
скорость вращения тягового двигателя имеет тенденцию к значительному увеличению.
Следовательно, регулирование скорости тягового двигателя 7 осуществляется при максимальной нагрузке,
как у двигателя.
и максимальная рекуперативная нагрузка. s.' не так близко, как хотелось бы для практической эксплуатации
высокоскоростных лифтов.
Попытки улучшить регулирование скорости с помощью методов, создающих эффект дифференциального
компаундирования тягового двигателя, оказались лишь частично успешными, поскольку такой эффект
дифференциального компаундирования, как правило, негативно сказывается на стабильности и крутящем
моменте двигателя во время перегрузок. Также были предприняты усилия по реализации изобретения для
улучшения регулирования системы в той форме, которую мы сейчас рассматриваем как предпочтительную,
путем компоновки генератора в суб-предпочтительной форме, вспомогательный возбудитель является, по
сути, обычным способом, который должен обеспечивать генератор, например, с помощью кумулятивной
серии, надлежащее кумулятивное возбуждение. Это поле обычного типа на вспомогательном возбудителе
генератора сконструировано и, помимо обычного, отдельно расположено таким образом, чтобы стать
насыщенным невозбужденным шунтирующим полем. Однако это имеет зависимость от генератора, так что
недостаток заключается в том, что если достаточное последовательное воздействие этой вспомогательной
машины может быть ограничено по своему максимальному значению, а в 75% улучшение регулирования на
полной скорости в целом пропорционально распределено независимо от этого тягового двигателя, эффект
слишком велик при сравнительно низких скоростях.
В диапазоне действия вспомогательных устройств, иными словами, серия aMapere turns - машина.
Вспомогательный возбудитель необходим для определенного сочетания, подключенного к цепи с отдельно 80
генератором при полном напряжении и нормальном возбуждении поля генератора таким образом, чтобы
насыщение было чрезмерным при воздействии низкого напряжения генератора и, следовательно, на
различных скоростных режимах модулировалось на ненасыщенном удерживаемом положении.
Дополнительным недостатком позднего эффекта суммирования или регулирования является то, что
возбудитель становится тяжелым. 85 кратковременная регенеративная установка тока. Далее мы
конструируем возбудитель и, пока тяговый двигатель замедляется, подключаем его к цепи возбуждения
генератора, которая может быстро привести к состоянию покоя или низкой скорости вращения. В таком случае
последовательная обмотка возбуждения генератора может привести к тому, что компонент отдельной цепи
возбуждения будет поврежден.
26 Для преодоления сопротивления обмотки возбуждения генератора, создаваемой шунтирующим полем,
возбуждение генератора будет изменяться достаточно сильно, вызывая резкое и быстрое, устойчиво прямое
изменение тока якоря двигателя до заданного максимального значения после того, как этот компонент станет
практически постоянным в течение длительного времени. Кроме того, в принципе, генераторы могут быть...
усугубляется смещением щеток назад, то есть в направлении, противоположном вращению генератора, и,
кроме того, поэтому скорость двигателя может быть идеально предопределена и, следовательно,
пропорциональное воздействие возбудителя на применение. Мы также предлагаем схему расположения, при
которой напряжение генератора и, следовательно, скорость двигателя могут быть 36 Однако, в связи с
регулированием напряжения генератора с помощью «напряжения генератора» или «нагрузки Уорда»,
нагрузка может быть очень хорошо отрегулирована, так что управление Леонардом должно обеспечивать
желаемое ускорение, а тяговый двигатель должен иметь желаемое ускорение, регулируемое с помощью 5, как
и метод компаундирования. Кроме того, мы предлагаем схему последовательного возбуждения обычного
типа, благодаря которой возбудитель должен иметь пропорциональную...
Одной из целей нашего изобретения является значительно больший эффект при определении параметров
генератора, используемого для регулирования напряжения генератора под нагрузкой, а также регулирования
напряжения двигателя постоянного тока, когда возбуждение генератора 11) обеспечивает значительный
кумулятивный эффект, при котором возбужденное поле изначально находится при полном напряжении и,
таким образом, обеспечивает хорошую настройку для сравнительно эффективного регулирования скорости
двигателя на полной и низкой скорости тягового двигателя.
Мы также предлагаем средства, предотвращающие мгновенные изменения скорости тягового двигателя, 115 -
присущие очевидным методам кукурузы, когда предпринимается попытка быстро изменить скорость
двигателя.
— Еще одной целью изобретения является обеспечение достаточного, но не чрезмерного суммарного
эффекта при низких напряжениях, чтобы быстро снизить возбуждение генератора 120, а также при полном
напряжении, тем самым быстро снизить возбуждение двигателя и одновременно избежать указанных
трудностей. Кроме того, мы предлагаем устройство, обеспечивающее достаточный, но не чрезмерный
суммарный эффект при низких напряжениях, чтобы тем самым быстро снизить возбуждение генератора и
улучшить регулирование скорости двигателя при всех напряжениях и одновременно избежать указанных
трудностей. 60: — Еще одной целью изобретения является достижение вышеуказанных целей без таких
трудностей, как скорость изменения:
Прибегая к «ступенчатому» методу регулирования скорости двигателя, скорость изменения потока
возбуждения или использование множества реле или аналогичных устройств с сложной системой соединений
требует применения сложной системы взаимосвязей. - изменения тока, обмениваемого 130 231,891 231,891 3
между генератором и тяговым двигателем, или любого другого подходящего изменяющегося условия, чтобы
предотвратить изменение направления тока через поле генератора возбудителем до такой степени, что это
приведет к эффектам, вредным для плавной работы лифта или другого устройства. При такой схеме, как
указано, мы можем также использовать схему, при которой возбудитель может оказывать сравнительно очень
большое влияние на регулирование возбуждения поля генератора 1 5 и предотвращать чрезмерное
кратковременное отклонение характеристики скорости тягового двигателя от подходящей характеристики
скорости при попытке быстро снизить скорость тягового двигателя.
Хотя изобретение имеет общее применение в управлении динамо-машинами и, в частности, в улучшении
характеристик систем регулирования напряжения генераторов, для облегчения понимания изобретения мы
проиллюстрировали его и опишем изобретение в связи с системой управления, применяемой, в частности, к
тяговому лифту, подъемнику и тому подобному.
Обращаясь к прилагаемым чертежам, на которых так проиллюстрировано изобретение, на фиг. 1
представлена очень упрощенная диаграмма системы управления напряжением генератора, воплощающей
изобретение; на фиг. 2 представлена аналогичная очень упрощенная система управления, в которой
предусмотрено специальное обеспечение того, чтобы возбудитель для отдельно возбуждаемого поля
генератора оказывал пропорционально большое влияние на определение напряжения генератора при
регулировке возбуждения генератора таким образом, чтобы получить сравнительно низкую скорость
вращения тягового двигателя; на фиг. 3 представлена аналогичная система управления, воплощающая
общие особенности компоновки на фиг. 2 и имеющая дополнительно средства, с помощью которых
управление возбуждением генератора реагирует на скорость изменения рабочего состояния (в показанной
компоновке — в соответствии со скоростью изменения магнитного потока возбуждения генератора); на фиг. 4
представлена деталь альтернативной компоновки для достижения в целом тех же целей, что и компоновка на
фиг. 3; На фиг. 5 показана еще одна деталь устройства, аналогичного устройству на фиг. 2, в котором
предусмотрена дополнительная обмотка возбуждения для генератора, которая питается непосредственно от
возбудителя, а на фиг. 6 представлены характерные кривые зависимости скорости от нагрузки, которые могут
быть получены с помощью оборудования, работающего в соответствии с изобретением.
Следует отметить, что системы управления, показанные на фиг. 1–5 включительно, представлены в очень
упрощенном виде на схеме 70, а некоторые части, такие как электромагнитные тормоза, концевые
выключатели и другие вспомогательные устройства, которые были бы необходимы при практическом
применении изобретения для управления лифтом, не показаны, поскольку считается, что специалисты в
данной области легко поймут применение таких вспомогательных устройств в системах изобретения.
Предполагается, что изобретение будет «более понятным без описания вспомогательных частей», хотя мы
хотели бы, чтобы было понятно, что мы предполагаем, что при использовании изобретения для управления
лифтом или подобным устройством такие вспомогательные устройства будут поставляться в соответствии с
требуемыми условиями:
Обращаясь к рис. 1, мы видим, что на нем в очень простой схематической форме изображено устройство
реверсивного управления для двигателя М, который мы будем называть главным двигателем. Якорь этого
двигателя соединен с генератором G для приема рабочего тока, а обмотка возбуждения mn двигателя
подключена к источнику питания 10 с практически постоянным потенциалом, который служит шиной
возбуждения. Генератор G предназначен для привода от двигателя 11, который показан как трехфазный
двигатель переменного тока -100 В, предназначенный для подключения к соответствующему источнику
питания. Возбудитель E показан установленным на том же валу, что и якорь генератора G, так что 105
приводится в движение двигателем переменного тока 11, хотя следует понимать, что нет необходимости
устанавливать якорь этого возбудителя на том же валу, что и якорь генератора 110 G; достаточно лишь того,
чтобы возбудитель вращался с практически постоянной скоростью любым подходящим способом.
Генератор снабжен обмоткой возбуждения F, которая предназначена для отдельного возбуждения от шины
возбуждения 10. Соединения выполнены таким образом, что якорь возбудителя E находится в
последовательном соединении с отдельно возбуждаемым полем F в цепи, управляемой электромагнитным
реверсивным переключателем, включающим контакты 12 и 13, которые управляются контроллером
реверсирования и изменения скорости C. Возбудитель E имеет обмотку возбуждения 125.
E/ который, как показано на рисунке, подключен к цепи, включающей якорь двигателя M и генератор G, так что
возбуждающий ток E должен изменяться в пределах заданных значений в соответствии с изменениями тока,
подаваемого на двигатель M, и тока, подаваемого этим двигателем при работе в рекуперативном режиме.
Магнитная структура и обмотки возбудителя сконструированы и расположены таким образом, что
напряжение, генерируемое возбудителем, существенно изменяется в соответствии с током в локальной цепи,
которая включает в себя обмотки генератора и двигателя, до заданного значения, после чего магнитная
структура практически насыщается, так что дальнейшее увеличение тока в указанной локальной цепи будет
приводить к сравнительно небольшому увеличению напряжения, генерируемого возбудителем. Таким
образом, возбудитель обеспечивает составляющую возбуждения генератора, и эта составляющая
изменяется в пределах -20° в соответствии с током, потребляемым двигателем. В целом можно сказать, что
целью данного положения является обеспечение надлежащего возбуждения генератора! они должны иметь
кумулятивный характер, чтобы компенсировать упомянутое выше снижение скорости вращения, и что для
всех обычных нагрузок, воздействующих на двигатель М, компенсация присущей двигателю М характеристики
снижения скорости вращения должна соответствовать току нагрузки двигателя М, но для нагрузок на
двигатель М, превышающих заданное нормальное значение, характеристика скорости вращения должна
снижаться, чтобы обеспечить тем самым безопасное и стабильное рабочее состояние при перегрузках.
Кроме того, в целом можно сказать, что в силу того, что возбудитель сконструирован и расположен таким
образом, что он практически насыщается при заданном значении нагрузки на двигатель М, возможна большая
свобода проектирования генератора.
Иными словами, вместо того чтобы пытаться обеспечить компенсацию просадки характеристики скорости
вращения главного двигателя с помощью специальной и сложной конструкции генератора или главного
двигателя, компенсация осуществляется путем подбора мощности возбудителя, которым может быть
динамо-машина очень малой мощности по сравнению с генератором.
Мы утверждали, что возбудитель предпочтительно должен быть сконструирован таким образом, чтобы
генерируемое им напряжение существенно изменялось в соответствии с током нагрузки генератора до
заданной нагрузки, после которой дальнейшее увеличение тока генератора будет приводить к сравнительно
небольшому увеличению напряжения, генерируемого возбудителем. Методы, с помощью которых это может
быть достигнуто, известны специалистам по проектированию динамо-электрических машин, особенно
возбудителей. Однако, чтобы облегчить понимание изобретения и способа его реализации, мы опишем
метод, который может быть использован.
В целом, магнитная цепь возбудителя имеет такую структуру, что для всех нагрузок генератора вплоть до
желаемой точки насыщения возбудителя почти все магнитное сопротивление сосредоточено в воздушном
зазоре, и, кроме того, ни одна часть железа не приблизилась к полному насыщению. Под "железом" мы
подразумеваем магнитопроницаемый материал магнитной цепи, будь то железо в строгом смысле этого
слова, сталь или другой материал. На участке железной проволоки с ограниченным сечением имеется
равномерное сужение длиной 81 дюйм, так что по мере увеличения тока возбуждения примерно до
нормальной нагрузки генератора этот суженный участок начнет насыщаться первым. При дальнейшем
увеличении rS возбуждения сопротивление этого ограниченного участка будет очень быстро возрастать и
составит значительную долю от общего сопротивления. Таким образом, дальнейшее увеличение потока будет
относительно небольшим на единицу увеличения возбуждения, и напряжение, генерируемое возбудителем
при перегрузочных воздействиях, соответственно, не будет значительно превышать его значение при
нормальной нагрузке.
95 Вышеизложенный принцип иллюстрируется приведенным здесь примером, в котором представлены
табличные значения, относящиеся к магнитной цепи простого типа, соответствующие элементы которой
предназначены для представления эффектов, по существу пропорциональных всем существенным эффектам
элементов в реальном возбудителе, разработанном для воплощения желаемых характеристик.
В примере используется железо марки 105, которая, как предполагается, является типичным образцом
листовой стали с высокой магнитной проницаемостью, а значения магнитного сопротивления в приведенной
ниже таблице взяты из данных, в основном отражающих характеристики типичной партии стали указанной
марки. Однако успех этого метода распределения возбуждения не зависит от точных магнитных
характеристик используемого железа. 115 Предполагается, что выбранный воздушный зазор имеет
эффективное поперечное сечение 3,0 квадратных дюйма и общую длину (оба зазора, соединенные
последовательно) 0,10 дюйма. Предполагается, что ограниченный участок железа имеет равномерное
поперечное сечение 1,0 дюйма и общую длину 3,0 дюйма. Предполагается, что остальные части железа
менее насыщены, чем ограниченный участок, и их интегральный эффект достаточно точно для этих целей
представлен поперечным сечением размером 1,5 квадратных дюйма и длиной 10 дюймов. Характеристики
всей магнитной цепи будут приблизительно следующими: J 3a 231 891 Полный магнитный поток, "линии" 30
000 60 000 Плотность магнитного потока в воздушном зазоре, "линии"] кв. дюйм.
10,000 20,000 Ограниченная плотность сечения "линий" / кв. дюйм. 30,000 60,000 Неограниченная плотность
сечения, "линии" / кв. дюйм. 20,000 40,000 Для воздушного зазора Для ограниченного участка Для
неограниченного участка Общее количество ампер-витков, необходимое для подключения.
31.3 626 6 12 17 25 d 336 663 90 000 30 000 120 000 135 000 40 000 4500() 90 000 120 000 135 000 60 000 80 000
90 000 939 46 1025 1252 1005 83 2840 1,40S 6000 153 7561.
В данном примере не учтены утечки, влияние которых может несколько изменить значения суммарных
амперных составляющих, необходимых для получения указанных значений магнитного потока. Однако
наличие умеренной утечки не меняет лежащего в основе принципа, и в реальном варианте осуществления
влияние утечки может быть сведено, благодаря умелой конструкции, практически к пренебрежимо малому
значению.
В приведенном примере будет видно, что магнитный поток практически точно пропорционален общему
количеству ампер-витков вплоть до значения 90 000 «линий» при 1025 ампер-витках.
и что при количестве линий свыше 90 000 поток увеличивается с гораздо меньшей скоростью на единицу
приращения ампер-витков. Таким образом, это значение в 90 000 «линий» при 1025 амперах соответствует
подходящему режиму работы возбудителя при максимальной нагрузке генератора, при которой желательно
поддерживать точное регулирование 3,5 главного двигателя. Следует понимать, что, сохраняя одинаковую
длину различных элементов магнитного пути, но увеличивая или уменьшая поперечные сечения, причем
различные поперечные сечения изменяются в той же пропорции, можно использовать больший или меньший
магнитный поток, который тогда будет обладать характеристикой, пропорциональной характеристике,
показанной на иллюстрации.
Рассчитывая аналогичные упрощенные примеры 4,5, в которых изменяются пропорции соответствующих
элементов магнитной цепи, специалисты по проектированию возбудителей легко получат еще более полное и
детальное понимание метода.
Мы не утверждаем, что для получения пользы от применения изложенных здесь принципов необходимо
строго придерживаться показанных пропорций⁵, и мы также не утверждаем, что показанные пропорции
обязательно являются наилучшими из возможных для данной цели.
Кроме того, мы хотели бы, чтобы было понятно, что успешная работа нашего изобретения, например, как это
показано на рис. 2 для достижения результатов, столь же подходящих, как и показанные на рис. 6, не зависит
от существенного улучшения конструкции возбудителя в соответствии с изложенными здесь принципами, но
мы считаем указанные улучшения в конструкции возбудителя полезными в некоторых случаях для
достижения дальнейшего улучшения характеристик регулирования скорости главного двигателя по
сравнению с показанными на рис. 6.
Возбудитель E предпочтительно сконструирован таким образом, чтобы при нормальной нагрузке на главный
двигатель M он генерировал напряжение, составляющее заданный процент от значения напряжения на шине
возбуждения 10. Мы обнаружили, что хорошие результаты работы достигаются, когда возбудитель генерирует
напряжение, составляющее приблизительно 35–40% от напряжения шины возбуждения 10, хотя мы хотели
бы, чтобы было понятно, что наше изобретение не ограничивается этим диапазоном значений, поскольку эти
значения будут варьироваться в зависимости от характеристик генератора, главного двигателя и режима
работы, в котором они используются. Предпочтительно, конструкция возбудителя должна быть такой, чтобы
при умеренных перегрузках двигателя М магнитная структура возбудителя полностью насыщалась, и в этих
условиях возбудитель генерировал лишь незначительно более высокое напряжение.
Резистор R предназначен для регулирования максимального напряжения холостого хода генератора G с
целью определения максимальной скорости вращения главного двигателя холостого хода, и этот резистор
может быть отрегулирован до любого подходящего значения под управлением контроллера C, как это будет
понятно специалистам в данной области. Резистор R1 предназначен для шунтирования поля генератора F,
когда контроллер C находится в положении «выключено», чтобы тем самым создать путь разряда для поля
генератора и обесточить это поле со скоростью, которая не является чрезмерно высокой, когда контроллер
переведен в положение «выключено». Резистор R1 подключен к цепи, включающей вспомогательные
переключатели 14 и 15 реверсивных контакторов 12 и 13 соответственно, и эти вспомогательные
переключатели обычно находятся в замкнутом положении; то есть, когда реверсивные контакторы 12 и 13
обесточены и разомкнуты, устанавливается путь разряда, включающий резистор R, относительно гена 11):
6:3,9 поле ратор. В случае, если один из реверсивных контакторов замкнется под напряжением,
соответствующий ему вспомогательный выключатель разомкнется, тем самым размыкая цепь разряда.
Траектория разряда обмотки возбуждения генератора исключает якорь возбудителя, так что уменьшение
магнитного потока возбуждения генератора не зависит от напряжения возбудителя, когда контроллер 0
находится в положении «выключено». Следует отметить, что реверсивные контакторы 12 и 13 управляют
цепью, включающей якорь возбудителя и обмотку возбуждения генератора, так что когда контроллер C
находится в
1
,5
В положении «выключено», когда реверсивные контакторы 12 и 13 обесточены и разомкнуты, обмотка
возбуждения и обмотка возбуждения генератора полностью отсоединены от шины возбуждения 10. Таким
образом, подключение якоря возбудителя к цепи внутри механизма реверсивного переключателя
обеспечивает правильную полярность возбудителя для всех различных условий, которые должны быть
выполнены; то есть, когда двигатель M1 вращается по часовой стрелке, когда двигатель M вращается по
часовой стрелке с рекуперацией, когда двигатель M вращается против часовой стрелки, и когда двигатель M1
вращается против часовой стрелки с рекуперацией.
Таким образом, правильность полярности возбудителя E во всех случаях подтверждается следующим:
Предположим, что контроллер C перемещен в одно из своих рабочих положений вправо, т.е. с левой группой
сегментов в соединении, тем самым активируя реверсивный контактор 12 для соединения шины возбуждения
10 через цепь от нижнего проводника шины 10, через часть регулируемого резистора R, определяемую
положением контроллера C, через нижний главный контакт контактора 12, поле генератора 46 F, якорь
возбудителя E, верхние главные контакты контактора 12 к верхнему проводнику 10. Предполагается, что
возбуждение генератора G происходит в направлении, которое вызывает вращение двигателя M по часовой
стрелке. Предположим, что двигатель М нагружен как двигатель, и что при этих условиях направления токов в
различных цепях обозначены стрелками. Возбудитель E должен быть подключен таким образом, чтобы
напряжение на нем было направлено в сторону стрелки, т.е. чтобы E увеличивал ток через F.
Теперь рассмотрим контроллер C, переведенный в противоположное рабочее положение, то есть с контактом
правой группы сегментов, так что реверсивный контактор 12 обесточен и разомкнут, а реверсивный контактор
13 замкнут. Направление тока возбуждения генератора в точке F теперь будет противоположно направлению
стрелки.
Предположим, что двигатель М, теперь вращающийся против часовой стрелки, снова нагружен как двигатель.
Направление тока в цепи якоря 70 G и M будет противоположно направлению стрелки, так что ток в поле
возбуждения EJ также будет противоположен направлению стрелки. Таким образом, напряжение,
генерируемое возбудителем E, будет направлено противоположно стрелке 7o, т.е. возбудитель E1 снова
увеличивает ток возбуждения генератора в фазе F, как это было в случае, когда двигатель M вращался по
часовой стрелке. Очевидно, что при постоянном направлении вращения 80 двигателя М и, соответственно,
постоянном направлении возбуждения поля генератора F, если возбудитель E постоянно подключен таким
образом, чтобы повышать ток в поле F при нагрузке двигателя М 86, то возбудитель будет снижать ток поля
генератора при регенеративной нагрузке двигателя М. Моментная сила возбуждения двигателя 3М не
подвержена влиянию возбуждающего элемента E, поскольку это поле может быть постоянно подключено
непосредственно к шине возбуждения 10.
Таким образом, будет видно, что в любом из заданных рабочих положений контроллера C (9.5), в котором
значение резистора R, определяемое положением контроллера, включено в цепь возбуждения генератора, в
случае увеличения нагрузки на двигатель M, работающий как двигатель 10q, возбуждение генератора будет
увеличиваться по причине соответствующего увеличения возбуждения возбудителя, так что напряжение,
генерируемое генератором, соответственно увеличивается для компенсации падения напряжения IR
двигателя M и других характеристик, которые приводят к плохому регулированию скорости. Компонент
возбуждения генератора, который 110 обеспечивается эксейтером, таким образом, регулирует напряжение
генератора и скорость главного двигателя. Таким образом, автоматически поддерживается существенно
улучшенное регулирование скорости двигателя М, и если выбраны машины с выгодными
характеристическими кривыми, скорость двигателя М может поддерживаться практически постоянной, как это
видно из анализа рис. 6.
Аналогично, когда двигатель M работает как генератор, возвращая мощность источнику питания, к которому
подключен двигатель переменного тока 11, такая регенеративная нагрузка двигателя M уменьшит напряжение
125, генерируемое генератором G, тем самым предотвращая существенное увеличение скорости двигателя
M. Таким образом, существенное улучшение регулирования скорости главного двигателя является
эффективным, 131> 231,891 шина возбуждения. Таким образом, независимо от того, насколько высок ток
регенеративной нагрузки во время задержки, возбудитель E не может изменить направление тока в поле
генератора.
F против направления тока, проходящего через 70, поля генератора, определяемого шиной возбуждения 10 и
замыканием выбранного контактора направления 12 и 13.
Было показано, что последовательное поле 7h обычного типа на генераторе, если оно достаточно мощное
для значительного улучшения регулирования на полной скорости главного двигателя, будет чрезмерно
мощным на низких скоростях. Система соединений, показанная на рис. 1, предотвращает чрезмерное
воздействие возбудителя E, когда двигатель M работает на пониженных скоростях. Причина этого
заключается в том, что когда контроллер C находится в любом положении пониженной скорости 85°, эффект
возбудителя E уменьшается на величину того же резистора, который уменьшает эффект шины возбуждения
10. Это можно ясно понять из следующей иллюстрации, в которой 90 конкретных значений выбраны
исключительно для того, чтобы прояснить общий принцип: предположим, что на полной скорости и при
нормальной нагрузке двигателя M возбудитель E 95 будет генерировать 90 вольт, а напряжение шины
возбуждения 10 поддерживается практически постоянным на уровне 240 вольт.
В этих условиях ток возбуждения генератора увеличится в 100 раз.
240 +90, т.е. будет увеличено до 137,5% от своего первоначального значения или значения холостого хода, и
в типичном случае мы предположим, что это приведет к увеличению тока в обмотке возбуждения генератора с
3,0 ампер при холостом ходе до 4,12 ампер при номинальной или нормальной полной нагрузке.
Предположим, что это увеличение возбуждения поля генератора достаточно для повышения суммарного
напряжения генератора (напряжение на клеммах плюс падение напряжения в цепи якоря генератора плюс
падение напряжения на щетках генератора) примерно на 30 вольт (с 210 вольт до 240 вольт). В обычных
условиях этого будет достаточно для поддержания относительно равномерной скорости вращения двигателя
115 об/мин в этом диапазоне нагрузок.
Предположим теперь, что контроллер C настроен таким образом, чтобы включить весь резистор R в цепь
возбуждения генератора (первое положение контроллера) в 120, чтобы скорость холостого хода двигателя M
была сравнительно очень низкой, и предположим, что общее сопротивление цепи, включая резистор R и цепь
возбуждения генератора, составляет 960 125 Ом. Поскольку напряжение на шине возбуждения практически
постоянно и составляет 240 вольт, при этих условиях ток возбуждения генератора будет равен 0,25 ампер
независимо от того, работает ли тяговый двигатель как двигатель или как регенеративная машина.
Специалистам в данной области будет понятно из данного описания, что желаемая регулировка
характеристик полной скорости может быть достигнута путем проектирования возбудителя для
соответствующего напряжения при заданной нагрузке. В данном случае целесообразно выбрать возбудитель,
обмотка якоря которого будет генерировать напряжение, немного превышающее ожидаемые значения. Если в
готовом оборудовании значение выбранного таким образом напряжения возбудителя окажется чрезмерным,
избыточное регулирующее воздействие можно удобно компенсировать смещением щеток генератора вперед,
что окажет размагничивающее воздействие на генератор. Таким образом, обеспечивается запас прочности,
который может оказаться полезным для получения желаемых характеристик.
Когда контроллер C переводится из рабочего положения в положение «выключено» (указанное на чертеже),
реверсивные контакторы 12 и 13 находятся в разомкнутом положении, и обмотка возбуждения генератора
подключается к разрядному контуру, включающему резистор k и вспомогательные переключатели или
контакты 15 и 14 реверсивных контакторов. Как уже отмечалось ранее, следует отметить, что якорь
возбудителя не включен в этот разрядный контур, поэтому возбудитель не может ни изменить направление,
ни поддерживать поле генератора после возврата контроллера в положение «выключено».
Как указывалось ранее, магнитная структура и обмотки возбудителя E могут быть подобраны таким образом,
чтобы возбудитель генерировал напряжение, которое достаточно повысит напряжение генератора, чтобы
скорость вращения двигателя M при полной нагрузке сравнялась со скоростью вращения без нагрузки,
поддерживая таким образом практически постоянную скорость вращения двигателя M для всех обычных
нагрузок. Однако, когда возбудитель E имеет такие пропорции, система соединений, используемая на рис. 1,
предотвратит резкое изменение направления напряжения генератора, вызванное возбудителем E, при
быстром замедлении двигателя M путем быстрого управления контроллером, как это было бы в аналогичных
обстоятельствах, если бы использовалось обычное кумулятивное последовательное поле на генераторе,
настроенное на одинаковый кумулятивный эффект. Причина этого заключается в том, что возбудитель
предпочтительно спроектирован таким образом, чтобы при полном насыщении генерировать гораздо более
низкое напряжение, чем напряжение шины возбуждения 10. Следует помнить, что удовлетворительное
максимальное напряжение для возбудителя E было установлено примерно на уровне 35–40% от напряжения
холостого хода 281,891–7.
Возбудитель E, как и прежде, будет генерировать при нормальной полной нагрузке приблизительно 90 вольт,
и с этой регулировкой ток возбуждения генератора будет
240 вольт + 90 вольт 960 Ом или 0,345 ампер. При токе возбуждения 0,25 А генератор G в типичном случае
будет генерировать в общей сложности около 24 вольт, а при токе возбуждения 0,345 А — около 30 вольт, что
составляет повышение всего на 6 вольт.
Падение напряжения IR двигателя M при номинальном токе нагрузки одинаково независимо от скорости,
поэтому, если раньше для равномерного регулирования скорости двигателя M требовалось повышение
напряжения на 30 вольт, то повышение всего на 6 вольт общего напряжения генератора при предполагаемом
низком режиме работы позволит скорости двигателя значительно снижаться с увеличением нагрузки. «Это
противоположный эффект тому, который ранее объяснялся как относящийся к сильному компаундированию и
непосредственному воздействию последовательного поля генератора». Целью изобретения не является
создание устройства, обеспечивающего настолько незначительный суммарный эффект генератора G при
низких напряжениях, чтобы двигатель M имел характерное нисходящее регулирование скорости на низких
оборотах. принц.
Главная цель состоит в том, чтобы гарантировать, что интенсивное комбинирование, необходимое для
обеспечения хорошего регулирования скорости в положениях контроллера C на высоких скоростях, не будет
оказывать чрезмерного воздействия, когда контроллер находится в таком положении, которое приводит к
сравнительно низкой скорости главного двигателя. То, что генератор G на низких скоростях главного
двигателя компенсируется настолько незначительно, что улучшение регулирования скорости главного
двигателя оказывается менее значительным, чем хотелось бы, является лишь побочным результатом
расположения элементов на рис. 1. Однако следует понимать, что на рис. 1 возбудитель оказывает
благоприятное воздействие при пониженном напряжении генератора и пониженной скорости тягового
двигателя, и что регулирование двигателя М на низких скоростях является более равномерным, чем в случае
генератора, не обеспеченного каким-либо кумулятивным эффектом.
Как уже было объяснено выше, применение одинакового суммирующего эффекта в ампер-витках при
нормальном насыщении генератора и при самом низком напряжении холостого хода генератора, как правило,
приводит к чрезмерному эффекту при низком напряжении возбуждения. Было также показано, что
использование только пропорционального эффекта суммирования при насыщении генератора и при
минимальном возбуждении генератора без нагрузки не обеспечивает достаточного суммирующего
возбуждения при минимальном возбуждении без нагрузки для наиболее предпочтительной степени
регулирования. Таким образом, требуется такая модуляция 6'-компенсаторного эффекта, чтобы при
переключении контроллера из положения полной скорости в положение минимальной скорости
компаундирование стало в абсолютном выражении меньше, но пропорционально больше. 7. Для сохранения
преимуществ варианта осуществления изобретения, показанного на рис. 1, а также для существенного
улучшения регулирования на низких скоростях, мы разработали схему 7F, показанную на рис. 2, в которой
предусмотрено, что эффект возбудителя E, хотя и остается ограниченным, на низких скоростях
увеличивается по сравнению с вариантом на рис. 1.
8C Мы показали, что в первом варианте данного изобретения максимальное воздействие вспомогательного
возбудителя на ток возбуждения генератора зависит от относительной величины 85 напряжения возбудителя
и основного напряжения возбуждения от шины 10. Например, если на рис. 1 при минимальной скорости
контроллера и при прочих равных условиях напряжение 90, подаваемое на цепь возбуждения генератора по
шине 10, будет уменьшено, например, до 120 вольт вместо прежних 240 вольт, а резистор RI будет
отрегулирован таким образом, чтобы поддерживать тот же ток возбуждения 95 в фазе F, что и раньше, то
эффект возбудителя E при этих условиях будет вдвое больше, чем раньше.
Напряжение, подаваемое на цепь возбуждения генератора по шине возбуждения 10 i'0(, может быть, по сути,
уменьшено на низких скоростях контроллера с помощью резистора, включенного последовательно, и
резистора, кратного резистору возбуждения F; то есть с помощью потенциометрической схемы, к которой
подключены возбуждение F и возбудитель E.
Таким образом, мы разработали схему, показанную на рис. 2. Детали, выполняющие одинаковую функцию на
рис. 1 и 110 2 соответственно, обозначены одинаковыми буквами. На рис.
2
Предусмотрен резистор Т, часть (Т) которого выполняет функцию разрядного резистора, например, резистора
R, показанного на рис. 1. Резистор R будет иметь те же характеристики, что и в первом варианте, но его
числовые значения на различных этапах, как правило, будут несколько отличаться в конкретном случае,
поскольку падение напряжения на резисторе R теперь определяется, в частности, током, протекающим в
ответвленной цепи, включающей резистор T.
В положении контроллера на полной скорости, когда весь резистор R закорочен, резистор T подключен
непосредственно 125 к шине возбуждения 10. В этом случае резистор T не оказывает никакого влияния на
регулирование возбуждения E и поля генератора F. Резистор T оказывает на поле генератора F
пропорционально большее влияние, чем в положении на полной скорости. При необходимости или в случае
необходимости специалисты в данной области охотно внедрят решения, при которых на каждом
промежуточном положении скорости резистору T 7() будет присваиваться значение, обеспечивающее именно
ту степень усиления, которая необходима для данного положения скорости. Однако мы обнаружили, что когда
характеристики комбинирования на первом и последнем положениях скорости регулируются таким образом,
чтобы обеспечить наиболее подходящие характеристики скорости для этих положений соответственно,
характеристики скорости на промежуточных положениях контроллера обычно оказываются подходящими. 80
Во всех случаях целесообразно предусмотреть в той или иной форме средства для надлежащего отвода
потока поля генератора F, которые будут эффективны всякий раз, когда размыкается цепь возбуждения поля
F.
На рис. 85 1 показан разрядный резистор Rl, который вступает в действие при замыкании обоих контактов 14 и
15, что происходит только тогда, когда все основные контакты контакторов 12 и 13 разомкнуты. 90 На рис. 2,
если бы контакты 14, 15, 16 и 17 не использовались, резистор Т служил бы путем разряда для поля F. Однако
есть две причины, по которым это может быть нежелательным вариантом для получения пути разряда: (1)
сопротивление T, отрегулированное для желаемого регулирования скорости в первом положении, обычно
будет выше, чем наиболее подходящее для разрядного резистора; (2) продолжение работы возбудителя E в
цепи с полем F в положении «выключено» будет активировать поле генератора F и стремиться поддерживать
движение двигателя M. По этим причинам используется несколько иная схема разряда 1(; 5 цепи. Для
удобства контакты 14 и 15 могут быть использованы, как показано на рис. 2, при этом часть Т резистора Т
используется в качестве разрядного резистора для поля F. Контакты 16 и 17 не являются строго
необходимыми и фактически могут быть опущены в некоторых устройствах, в которых используется система,
показанная на рис. 2; в таком случае сопротивление Т достаточно велико, чтобы возбудитель E не
перегружался при таком прямом подключении 11b к Т2 в положении «выключено».
Однако использование контактов 16 и 17, как показано на рисунке, благодаря чему цепь к якорю возбудителя
E размыкается в положении «выкл», позволяет использовать любую часть или весь резистор T в качестве
Соседние файлы в папке патенты