Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_432
.pdf
первоначально предложено. В случае обмоток барабана 95 шаг обычно определяется расчетами,
аналогичными приведенным выше для определения отношения плотностей первичного и вторичного
магнитных потоков. Было отмечено, что число 100 цепей, подходящих для работы обмотки на парах полюсов
P и Q, равно P+Q=a, и для обеспечения возможности работы такого числа фаз обмотку необходимо разделить
как минимум на n секций. В n 105 таких участках (или, конечно, в любом подкратном n) порядок фаз в поле
Вращение P пар полюсов по часовой стрелке аналогично вращению Q пар полюсов против часовой стрелки.
Однако обмотка может содержать любое количество сечений, кратное n, например, r n, и тогда ее можно
рассматривать как r обмоток, каждая из которых состоит из n сечений. В таких обмотках изменение
направления вращения с пар полюсов P на пары полюсов Q на 115 градусов в другую сторону обычно
приводит к изменению фазы обмотки на 360 градусов (s). Обмотки нумеруются от 8=1 до s=r, скажем, по
часовой стрелке, на 4- и 6-полюсных парах, при этом видно, что при суперпозиции устраняется только
четверть секций. Таким образом, если обмотки для пар полюсов P и Q состоят из r (P-+Q) участков, их можно
наложить друг на друга таким образом, что -4h r участков будут исключены. Получив составную обмотку по
этому правилу, обращение к идеальной кривой амперпроводников и небольшие корректировки, внесенные
описанным выше способом, чтобы получить кривую, максимально приближенную к идеальной, позволят
завершить проектирование.
Если такая обмотка спроектирована с дополнительными проводниками, намотанными в пустые пазы для
обеспечения возможности ее работы на базовых полюсах P и Q, а также на каскадной скорости, то всегда
можно, сделав отводы в соответствующих точках и подав на них ЭДС подходящей фазы, использовать ее в
качестве первичной обмотки, адаптированной для обеих пар полюсов P и Q. Такая обмотка создается путем
соединения каждой ее ветви или фазы несколькими параллельными отрезками под углом 80 градусов уже
известным способом, например, описанным в Спецификации.
Обмотка № 143600 также может использоваться в качестве вторичной обмотки на других номерах полюсов,
или в любом случае может использоваться независимая вторичная обмотка 85: таким образом, если такая
вторичная обмотка разработана, ее всегда можно использовать в качестве первичной обмотки. Очень
хорошим примером этого является случай пар полюсов 5 и 7, равных 90, что дает n=12. Возьмем r=2, что даст
в общей сложности 24 участка. В спецификации № 123395 показано, как 24 секции могут быть соединены
вместе, образуя 5- и 7-полюсные пары в качестве первичной обмотки, а также как 1295 секций, несущих
12-фазные токи, могут быть соединены вместе, чтобы требовать только трехфазного питания. При наложении
двух обмоток, каждая из которых состоит из 24 секций, одна из которых имеет 5, а другая — 7 пар полюсов,
приведенное выше правило 100 показывает, что из двух наборов по 12 чередующихся секций, на которые
делится каждая такая обмотка, один набор будет идентичен по обоим номерам полюсов, а другой будет
взаимно инвертирован по фазе по обоим номерам полюсов. 105 Таким образом, в результате каскадного
соединения будет наблюдаться только первая обмотка, поскольку вторая компенсирует друг друга.
Второй провод также будет намотан и выведен на контактные кольца (требуется всего три), при коротком
замыкании скорость вращения такой каскадной машины увеличится с 24 полюсов до 10 или 14 полюсов.
В качестве иллюстрации применения соответствующих разделов.
Это правило обычно выполняется, если ни один участок обмотки, кроме первого (s-. -1), не сохраняет ту же
фазу после изменения полюсного числа, что и раньше; обычно это происходит либо при r, равном n, либо при
отсутствии общего множителя между r и n.
Если существует такой общий множитель b, что n - b6m и r = bt, то правило можно применить, рассматривая
обмотку как разложенную на br обмоток, состоящих всего из m секций, каждая из которых mr является, таким
образом, субкратной P + Q. Это правило позволяет нам установить принципы пропорционирования обмоток
для пар полюсов P и Q, из которых каскадные обмотки могут быть получены путем суперпозиции. Если,
например, r=2, то для первой обмотки (1l) 360 (s-I)=0, а для второй Ir 360 (s 1)180. Это можно
проиллюстрировать на примере двух- и трехполюсных пар и двух обмоток, каждая из которых состоит из пяти
секций.
Фазы этих секций будут такими, как показано в таблице ниже, рассчитанной по правилу разности фаз: 360 P
или 360 Q. Секция 4-полюсная, 6-полюсная, 6-полюсная. Фаза. Фаза. Обратная.
A B C D E 1 0 1 0 0 2 72 2 108 252=72+180 3 144 1 216 144 4 216 2 324 36 =_]6+180 288 1 72 288 6 0 2 180
180=0+180 7 72 1 288 72 8 144 2 36 324=144+180 9 216 1 144 216 288 2 252 108=288+180 При наложении
10-секционной обмотки с фазами, как в столбце B, на 10-секционную обмотку с фазами, как в столбце E,
каждая вторая секция компенсирует друг друга, поскольку они сдвинуты по фазе на 180 градусов, оставляя
каскадную обмотку всего из 5 разделы. Аналогично, если r=4, 360 (s--i) -180 при s=3. Очевидно, что r и s
должны быть выбраны таким образом, чтобы приведенная выше формула давала разность фаз 1800 для
одной из двух обмоток, если эта обмотка должна компенсироваться при суперпозиции. Если r=2, то половина
общего числа участков сокращается. Если r=4, то четверть от общего числа участков сокращается. В общем
случае r должно быть четным числом. Например, аналогичная таблица может быть составлена для 20
разделов 306 J 175,306 изобретения, как описано до сих пор; ниже описаны шесть типичных вторичных
обмоток. Четыре из них представляют собой обмотки, предназначенные для 4 и 6 пар полюсов, но будет ясно,
что обмотки для другого количества полюсов могут быть построены на тех же принципах.
Оставшиеся две обмотки рассчитаны на 2 и 6 полюсов, комбинация, которая до сих пор считалась
нецелесообразной.
Становится ясно, что если говорится о секции или блоке, состоящем из одного витка, занимающего один паз,
то несколько витков в том же пазу или распределенных по нескольким пазам могут быть заменены без
изменения принципа действия.
rTINDING I.
Эта обмотка намотана в 60 пазах, каждый из которых содержит от одного до трех проводников. В таблице
ниже показано распределение проводников и фазы тока (одинаковые во всех) для первых шести пазов.
Количество слотов. Фаза верхнего проводника: 1 0 2 0 3 288 4 252, нижний проводник, средний проводник.
0 36 180 180 6 180 180 144 Следующие шесть слотов точно такие же по количеству проводников и фазовому
соотношению, за исключением того, что фаза каждого проводника на 144 больше, чем фаза
соответствующего проводника в первых шести слотах. Таким образом, каждая последующая группа из шести
ячеек повторяет таблицу с шагом в 1440 по фазе по сравнению с фазами предыдущей группы. Очевидно, что
пазы с 31 по 36 идентичны пазам с 1 по 6 соответственно; короче говоря, пазы с 31 по 60 являются
повторением пазов с 1 по 30, такое повторение необходимо для обеспечения магнитной балансировки. Если
обмотка соединена парами, то окажется, что это в основном однофазная концентрическая обмотка; все
катушки могут быть закорочены сами на себя, или катушки, расположенные диаметрально противоположно,
могут быть соединены последовательно, а группа — закорочена; или, в качестве альтернативы, все катушки
одной фазы могут быть соединены последовательно, а каждая группа фаз — закорочена, или группы фаз
могут быть соединены звездой с чередующимися внешними концами, подключенными к двум клеммам,
образуя таким образом 10-полюсную однофазную обмотку.
При каскадном режиме работы два сгруппированных однофазных вывода должны быть закорочены; однако
две или более базовых скорости могут быть достигнуты следующим способом (60 вариантов). Как видно из
таблицы, в пазах достаточно места для еще одной очень похожей обмотки. Две обмотки вместе образуют
двухфазную 10-полюсную концентрическую обмотку, состоящую из 20 секций. Как показано на рисунке 65 в
моей спецификации № 143600, такая обмотка способна работать в качестве вторичной обмотки как на
8-футовых, так и на 12-футовых полюсах. Фазы дополнительной обмотки не могут быть постоянно
закорочены, но ее диаметрально противоположные катушки могут быть соединены парами параллельно и
соединены с пятью контактными кольцами, через которые при необходимости все пары могут быть соединены
параллельно. 75 ОБРАБОТКА II.
Это барабанная намотка, выполненная в пазах, по две катушки в каждом пазу; она состоит из 10 подобных
цепей, одна из которых включает катушку, состоящую из 80 верхних проводников паза 1 и нижних
проводников паза 4, соединенных последовательно, в обратном порядке, посредством соединения между
нижними проводниками пазов 4 и 7, с катушкой, состоящей из верхнего 85 проводника паза 4 и нижнего
проводника паза 7. Остальные цепи начинаются соответственно с верхнего проводника паза 5, 9, 13 и т. д.
Эти 10 цепей могут быть соединены звездой, а 90 чередующихся внешних клемм постоянно соединены в два
комплекта, которые закорочены друг с другом во время каскадной работы. Это объясняет наличие лишь
чередующихся пар проводников как в верхнем 95-сантиметровом, так и в нижнем слоях обмоток. Остальные
проводники могут быть аналогичным образом соединены между собой, образуя полностью независимую
обмотку, состоящую из двухфазной обмотки l 00, включающей 20 секций и предназначенной для
использования в качестве вторичной обмотки на 8 и 12 полюсах. Как и прежде, диаметрально
противоположные катушки дополнительной однофазной обмотки могут быть постоянно соединены парами
параллельно, 105, и пять образованных таким образом цепей могут быть соединены с контактными кольцами,
через которые при необходимости замыкаются короткозамкнутые соединения.
Десять подобных цепей, образующих каскадную обмотку 110, отличаются по фазе друг от друга на 1440 на 8 и
12 полюсах; то же самое относится и к десяти цепям дополнительной обмотки; и каждая из них находится в
промежуточной фазе между цепями каскадной обмотки 115 по обе стороны от нее.
175,306 НАМОТКА III.
Такое же количество витков с тем же шагом, расположенных аналогично в том же количестве пазов, что и в
обмотке II.
Все они могут быть соединены в каскадную обмотку из 10 цепей; первая цепь, типичная для остальных,
состоит из следующих проводников, соединенных в указанном порядке, причем оба конца каждой цепи
соединены, например, Lu, с общей точкой: верхняя часть паза 1, нижняя часть паза 4, верхняя часть паза 2,
нижняя часть паза 5, нижняя часть паза 7, верхняя часть паза 4, нижняя часть паза 6, верхняя часть паза 3. В
данном случае изменение амперных характеристик проводников от паза к пазу в основном обусловлено не,
как в обмотках I и II, изменением количества фактических проводников, а изменением фазового соотношения
между двумя проводниками каждого паза. Как и прежде, при использовании на 8 и 12 полюсах фазы цепей
различаются на 1440. Поскольку обмотка занимает все доступное пространство в пазах, дополнительные
цепи, необходимые для обеспечения работы машины на скорости каскада, должны быть сформированы за
счет дополнительных соединений в самой обмотке каскада. С этой целью соединения между парами нижних
проводников (примером которых является соединение нижнего проводника паза 5 с нижним проводником паза
7, см. выше) могут быть выведены на контактные кольца, которые могут быть закорочены друг с другом или на
общую точку обмотки, тем самым закоротив каждую пару витков в обмотке.
Диаметрально противоположные секции могут быть соединены намертво, как и прежде, что требует всего
пяти контактных колец.
НАМОТКА IV.
Эта обмотка также имеет 40 пазов, каждый из которых содержит два проводника; хотя в некоторых пазах в
каскадную обмотку включен только один из проводников.
- Намотка состоит из 10-гранной сетки, - 45 с 10-лучевой звездой, соединенной с ее углами. Одна сторона
сетки, типичная для остальных, включает следующие проводники: нижний из паза 6, верхний из паза 3,
верхний из паза 5, нижний из паза 8. Следующая сторона начинается с нижнего проводника паза 10.
Соединение нижнего проводника 8 и нижнего проводника 10 соединено со звездообразным плечом,
состоящим из верхнего проводника паза 6 и нижнего проводника паза 9. Следующий аналогичный элемент
обмотки можно описать, добавив 4 к каждому из упомянутых номеров пазов; и так далее. Фазы проводников
можно увидеть со стороны соединений, помня, что один элемент обмотки отличается по фазе от следующего,
проводник за проводником, и что звездообразная обмотка находится между по фазе двумя сетчатыми
обмотками, между которыми она расположена. В эту обмотку не входит четверть проводников (65), а именно
нижний проводник 3, верхний проводник 4, нижний проводник 7, верхний проводник 8 и так далее. Их можно
использовать для получения базовых скоростей 70 путем соединения с 10-лучевой звездой, внешние выводы
которой соединены с пятью контактными кольцами, диаметрально противоположные катушки которых
соединены с тем же контактным кольцом.
Однако было бы предпочтительнее также ввести дополнительные короткие замыкания в саму обмотку
каскада для обеспечения базовых скоростей. Это можно сделать, соединив средние точки противоположных
сторон сетки и выведя их к пяти контактным кольцам 80 для закорачивания; в этом случае, вместо соединения
вспомогательной обмотки с контактными кольцами, ее можно закоротить при необходимости с помощью
любого из хорошо известных для этой цели устройств 85, установленных на вращающемся роторе.
НАМОТКА V.
Выведенное выше правило показывает, что для вторичной обмотки с 2 и 6 полюсами требуется 4 фазы.
Теперь обмотка с любым количеством фаз может быть спроектирована по образцу любой из описанных выше
пятифазных обмоток путем добавления или удаления одного или нескольких аналогичных элементов
обмотки; например, четырехфазные обмотки могут быть получены путем удаления одной пятой части
проводников. Таким образом, описание 40-пазовой 5-фазной обмотки достаточно наглядно демонстрирует,
как 4-фазная обмотка с одинаковым шагом пазов и соединениями может быть намотана в 32 паза. В
пятифазной обмотке каждая из фаз будет повторяться дважды для обеспечения магнитной баланса.
Для 2 и 6 полюсов это не требуется, как уже указывалось выше. Таким образом, половину проводников
полученных 4-фазных обмоток можно исключить, и необходимое распределение магнитодвижущей силы
может быть получено из 4-фазной обмотки в 16 пазах. 110 НАМОТКА VI.
Поля, состоящие из 3 и 1 пары полюсов, вращающихся в одном направлении, создают каскадную скорость,
соответствующую двум парам полюсов.
Одна из базовых скоростей, а именно та, что соответствует 115 для 1 пары полюсов, выше g 175,306, чем эта
каскадная скорость; таким образом, двигатель, намотанный для дифференциального каскада из 3 и 1 пары
полюсов, может обеспечивать две скорости и разгоняться из состояния покоя до каскадной скорости; он также
магнитно сбалансирован. Таким образом, подобный двигатель может иметь практическую ценность. Правило
указывает на то, что двухфазная обмотка (по крайней мере, с двумя фазами, отличающимися на 180°,
которую обычно называют однофазной) является достаточной; однако для обеспечения достаточно точного
приближения к требуемому распределению магнитодвижущей силы лучше использовать, скажем,
четырехфазную обмотку в 20 пазах. Ниже приведено распределение проводников между фазами и пазами
для такой обмотки: В первой фазе пазы 1 и 2 содержат по три проводника, паз 6 — три, пазы 7 и 8 — четыре,
паз 9 — два, а паз 14 — два; ни один из остальных пазов не содержит проводников этой фазы. Вторая фаза
содержит такое же количество проводников, аналогично распределенных по пазам, но начиная с паза 16 и
двигаясь в обратном направлении; в третьей фазе нумерация происходит в том же порядке, что и в первой
фазе, начиная с паза 11; а в четвертой фазе нумерация идет так же, как и во второй, начиная с паза 7.
Диаметрально противоположные пазы находятся в противоположных фазах; следовательно, проводники
могут быть соединены в обмотку с диаметральным шагом.
Дополнительные скорости вращения двигателей с вторичной обмоткой, как показано в этих примерах, могут
быть получены за счет использования вторичной обмотки в качестве первичной.
Для работы в качестве каскадных обмоток обычно соединяются цепи P + Q, так что в них может быть создана
сбалансированная система ГЦМ токов фазы P + Q; следовательно, это однофазные обмотки для числа
полюсов (P + Q), поскольку поле с таким числом полюсов будет генерировать в соседних участках ЭДС,
различающиеся по фазе на 1800. В случае обмоток I и II, описанных выше, 3 проводника, заполняющие пазы,
оставшиеся после каскадной обмотки, образуют четырехфазную обмотку, которая может служить первичной
обмоткой при подключении к двухфазному (строго четырехфазному) источнику питания.
Для адаптации обмотки III к работе в 4-фазном режиме необходимо модифицировать ее для создания
зацепного соединения. Верхние проводники пазов 1, 3, 5 и т. д., которые, как описано выше, соединены с
общей точкой «звезды», должны быть соединены попарно, например, 3 и 5, 7 и 9 и т. д., в результате чего
получится в общей сложности 6 десять таких верхних и десять нижних соединений. Чередующиеся
соединения могут быть подключены к общему выводу; так же, как и чередующиеся соединения между
нижними проводниками, описанными выше как 65, могут быть подключены к контактным кольцам; и четыре
полученных таким образом вывода будут выводами 4-фазной обмотки для 5 пар полюсов. Обмотку IV можно
преобразовать в четырехфазную обмотку путем соединения 70 проводников, не используемых в каскадной
обмотке, в катушки парами, причем каждая пара включает проводники в пазах, расположенных на расстоянии
1-4 друг от друга (например, один в пазу 3 и один в пазу 4), и 75 соединения нижнего проводника каждой
катушки со серединой смежной стороны сетки; например, нижний проводник паза 7 с местом соединения
верхних проводников пазов 3 и 5.
Таким образом, обмотка 80 состоит из 10-гранной сетки с 20-лучевой звездой, соединенной с ней. Если ветви
звезды соединены с четырьмя клеммами вместо одной общей точки звезды, то есть первая, пятая, девятая и
т. д. ветви — с одной клеммой, вторая, шестая, десятая — со следующей и так далее, — эти клеммы
образуют клеммы для четырехфазного питания.
Остается рассмотреть статор 90 или первичные обмотки этих машин.
Для машины, имеющей всего два полюса, всегда можно предусмотреть две отдельные обмотки статора,
которые не будут мешать друг другу. В случае 95 любой набор равномерно расположенных секций
представляет собой сбалансированную систему многофазной ЭДС.
ЭДС будет генерироваться полем, состоящим из любого количества пар полюсов, которое не равно или не
кратно количеству секций; таким образом, если такой набор секций соединить последовательно,
результирующая ЭДС будет...
В них будет ноль. Следовательно, обмотки, соединенные звездой и не содержащие параллельных цепей,
рассчитанные на любые два полюса, не кратные друг другу, будут взаимно неиндуктивными.
Однако использование одной обмотки статора имеет большое преимущество, особенно в тех случаях, когда
машина работает с более чем одной парой полюсов; и во многих случаях это возможно. Рассмотрим,
например, машину со вторичной обмоткой, как указано выше (1s), подходящей для 8 и 12 или 4 и 16 полюсов.
Четыре равномерно расположенных участка обмотки статора, которые можно обозначить как a, b, c и 1, будут
находиться в фазе на 8 и 12 полюсах, ai, и будут иметь попеременно противоположные фазы oi на 4 и 16
полюсах. Соедините секции p, a, b, c, d последовательно в замкнутую цепь p, поменяв местами секции c и d.
(Этот обмоточный элемент имеет четыре возможных вывода c на стыках секций d, которые можно обозначить
как выводы a, b, b, c и т. д.) Для первичных полей с 8 и 16 полюсами питающий ток должен входить в элемент
через клеммы d a r и b c; клеммы a b и c d a должны быть соединены резисторами, чтобы между ними мог
протекать индуцированный 12-полюсный или 4-полюсный ток c; для первичных полей с 4 и 12 полюсами
питающий ток должен проходить между клеммами a b и c d, а путь для индуцированных 16- или 8-полюсных
токов должен быть обеспечен путем соединения клемм cd a и b c через резисторы.
Таким образом, обмотка, состоящая из таких элементов, будет подходящей первичной обмоткой для любой
пары полюсов. Как уже говорилось ранее, в таком двигателе вряд ли потребуется 4-полюсная скорость;
достаточно спроектировать обмотку для 8, 12 и 16 полюсов. Для этого требуется как минимум 24 секции,
образующие шесть из этих элементов. Для 16 и 8 полюсов эти секции соединены клеммами d, a и b, c в
трехстороннюю сетку, причем два элемента с каждой стороны расположены на статоре на расстоянии 45°
друг от друга; для 16 полюсов два элемента с каждой стороны сетки соединены последовательно; для 8
полюсов углы сетки закорочены, а три линии соединены с точками, расположенными между элементами. Для
12 полюсов элементы соединены клеммами a, b и c, d в две группы по три элемента последовательно, при
этом в одну группу входят чередующиеся элементы. Одна группа проводников подключена одним концом к
клемме трехфазного источника питания, а другим — к центру автотрансформатора, соединенного с другими
клеммами источника питания; другая группа подключена к симметричным отводам трансформатора, которые
подают на него напряжение, равное 0,866 от линейного напряжения.
При выполнении этих соединений необходимо убедиться, что северный и южный полюса каждой фазы на
каждом полюсе расположены в правильной последовательности.
Станет очевидно, что такая конструкция обмотки применима только в том случае, если два числа пар
полюсов, разделенные на их G.C'. MV1. Присвоить одному четное значение oo, а другому — нечетное; однако
аналогичный подход может быть разработан и для случаев, когда число пар ole в обоих случаях нечетное,
что, как уже указывалось выше, является достаточным условием для обеспечения магнитного равновесия.
Возьмите описанную выше схему 65 ase вторичного резистора Resigned для 2 и 6 полюсов. Первичная
обмотка должна иметь 6 полюсов и выполнять функцию вторичной обмотки на 2 полюсах.
Условия, которым должна соответствовать любая обмотка 70, а именно, одновременно выступать в качестве
первичной обмотки на одном полюсе и в качестве вторичной обмотки, способной регулировать сопротивление
на другом, в общих чертах следующие.
(1) Сумма ЭДС любых цепей, остающихся замкнутыми при разомкнутых резисторах, должна быть равна нулю
(или очень мала). Это необходимо для того, чтобы все вторичные токи проходили через сопротивления и не
циркулировали внутри самой обмотки, что сделало бы регулирование невозможным.
(2) Сумма вторичных токов, протекающих к любой точке соединения нескольких параллельных цепей, должна
быть равна нулю. 85 Это необходимо для обеспечения независимости первичного и вторичного токов, чтобы
они могли протекать одновременно в одной и той же цепи.
Каскадные первичные обмотки обычно содержат несколько параллельных обмоток, и простейший способ
удовлетворить первое условие — обеспечить, чтобы сумма ЭДС вторичной обмотки в каждой параллельной
обмотке была равна нулю. Это было сделано в описанном выше 95-секционном элементе. Используя выводы
d, a, b, c в качестве основных, a, b и c, di образуют две параллельные линии. ЭДС в секциях a и b будут
одинаковыми на 8 и 16 полюсах, и противоположными, так что их сумма будет равна нулю на 4 и 12 полюсах.
В рассматриваемом нами случае, если соединить три равномерно расположенных участка последовательно,
ЭДС на 6 полюсах будут одинаковыми и образуют сбалансированную трехфазную систему, результирующая
которой равна нулю на 2 полюсах. Вместо каждого такого участка мы можем последовательно поставить два
диаметрально противоположных участка, взаимно поменяв их местами, таким образом, всего получится 6
последовательно соединенных участков. Если следовать приведенному выше соотношению лишь
приблизительно, то можно будет достичь почти нулевой вторичной ЭДС 110. Это самая дорогая из описанных
далее обмоток. Для выполнения второго условия может существовать три параллельные линии длиной 115
метров. Например, каждая фаза 6-полюсной обмотки из 54 секций может состоять из трех параллельных
ветвей, каждая из которых содержит три пары диаметрально противоположных секций, причем секции 120 127
A, 06 пары соединены смежно и взаимно перевернуты, и все шесть соединены последовательно; три пары в
одной ветви будут представлять собой пары, расположенные на расстоянии 19 секций друг от друга,
например, 54, 27; 19, 46; и 38, 11; в то время как соответствующие пары трех ветвей будут представлять
собой пары, равномерно расположенные вокруг машины.
Между соединениями первой и второй пар в трех ветвях подключены переменные сопротивления, а между
соединениями второй и третьей пар в трех ветвях — другие переменные сопротивления. Поскольку три пары,
соединенные последовательно, расположены не совсем равномерно, их фазы не будут точно равны 1200.
Даже это незначительное отклонение от теоретически желаемого условия можно избежать, используя
перекрывающиеся секции, при этом несколько секций могут быть свернуты в один паз. Однако такое
усложнение неоправданно, поскольку неточность приведет лишь к дисбалансу ЭДС примерно на 6% от общей
ЭДС.
через одну из ветвей обмотки; и это создаст циркулирующий ток только при запуске, когда сопротивления
отключены; кроме того, он будет небольшим, поскольку должен пройти через шесть последовательно
соединенных секций; и такой ток будет способствовать пусковому моменту. Влияние этих остаточных токов не
является существенным и может быть дополнительно уменьшено путем соединения только соответствующих
ветвей, образуя три звездообразные точки вместо одной, и подключения дополнительного реостата для
соединения этих звездообразных точек.
Если от пусковых сопротивлений можно отказаться, например, когда не требуется большой пусковой момент,
обмотка может состоять всего из 18 секций, при этом каждая фаза по-прежнему содержит три параллельные
ветви, соответствующие пары трех ветвей e5 расположены равномерно по окружности машины, но каждая
ветвь состоит только из одной пары взаимно перевернутых диаметрально противоположных секций.
Если вторичная обмотка рассчитана на пары с 1 и 3 полюсами в дифференциальном каскаде 3, то первичная
обмотка должна обеспечивать 2 полюса и быть способной работать в качестве вторичной обмотки с 6
полюсами. Если двухполюсная обмотка подключена в трехфазную цепь, каждая фаза состоит из двух
диаметрально противоположных участков, соединенных последовательно и относительно поменянных
местами, то шестиполюсное поле вызовет
ЭДС вокруг сетки, не противодействующая напряжению питания, является первым условием, которое
необходимо обеспечить. Однако в 6 секциях 6-полюсное поле будет индуцировать только однофазные токи,
поэтому следует использовать 12 или 18 секций, соединенных в две или три независимые цепи, чтобы
обеспечить двух- или трехфазные пути для 6 вторичных токов. Для возбуждения двухполюсного поля
необходим источник питания с 12-фазной или однофазной характеристикой. Это можно получить способом,
описанным в моей Технической спецификации.
№ 123395. В качестве альтернативы трансформатору, описанному в данной спецификации (пункт 7), на
первичной обмотке может быть размещена вспомогательная обмотка, предназначенная для обеспечения тех
же значений ЭДС.
Другой метод заключается в использовании для 7-полюсной обмотки обычной замкнутой барабанной обмотки,
подобной обмотке якоря постоянного тока, подключенной к источнику питания в трех равномерно
расположенных точках; но поскольку такая обмотка не приспособлена для работы в качестве вторичной
обмотки, необходимо предусмотреть отдельную вторичную обмотку на вторичном звене. Такая конструкция
особенно полезна для машин с коротким номинальным временем работы, в которых количество 8-дюймовой
медной проволоки на обмотку невелико, и, следовательно, наличие двух отдельных обмоток в пазах не
является нежелательным.
Датировано 5 августа 1920 года.
Сефтон-Джонс, О'Делл и Сифенс, дипломированные патентные поверенные, Хай-Холборн, 285, Лондон, W.C.
1, агенты заявителя.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Обмотки для электрических машин переменного тока, работающих в режиме динамо.
1, Фредерис Криди, подданный короля Великобритании и Ирландии, проживающий по адресу: Эшберн Плейс,
10, Илкли, Йоркшир, настоящим заявляет о характере данного изобретения и о способе его осуществления,
которые подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Преимущества работы двигателей переменного тока в каскадном режиме привели к разработке машины,
оснащенной двумя обмотками как на статоре, так и на роторе, соединенных и управляемых аналогично
обмоткам двух отдельных двигателей, соединенных каскадно. В свою очередь, из этого было разработано ряд
конструкций, в которых одна обмотка на каждой детали воспроизводит эффект двух обмоток, которые она
заменяет.
Было признано, что не каждую пару отдельных двигателей, соединенных каскадно, можно имитировать с
помощью так называемой внутренней каскадной машины. Для того чтобы вращающиеся поля двух отдельных
машин могли сосуществовать в одной магнитной цепи, каждая из них должна быть неспособна влиять на
обмотку, посредством которой генерируется другая машина или с которой она взаимодействует.
Результирующее распределение магнитного потока должно быть таким, чтобы ротор не подвергался
несбалансированному магнитному притяжению.
Однако в прошлом конструкция таких двигателей с внутренним каскадным расположением цепей была
неоправданно ограничена, поскольку считалось, что вышеупомянутые результаты могут быть достигнуты
только при соблюдении определенных узких условий, которые, как я обнаружил, не являются необходимыми,
хотя и достаточными для достижения таких результатов. Например, утверждалось, что полюсные числа двух
вращающихся полей должны быть нечетным, а другим четным кратным их ГЦМ; и что для обеспечения
магнитного равновесия этот ГЦМ должен быть больше 2.
Настоящее изобретение частично основано на открытии более общих правил, регулирующих проектирование
машин с внутренним каскадом; и его первая особенность заключается в новом диапазоне обмоток ротора,
или, говоря более общим образом, вторичных обмоток (т.е. обмоток, не подключенных к сети), что позволяет
использовать множество соотношений числа полюсов, для которых ранее известные обмотки не подходили.
Для обеспечения полного использования преимуществ этого расширенного диапазона изобретение
дополнительно включает обмотки, приспособленные для работы с более чем одной парой полюсных номеров;
усовершенствованные средства для повышения скорости работы каскадной машины от скорости каскада до
скорости, соответствующей одному или нескольким ее полюсным номерам; и средства для получения других
скоростей от таких вторичных обмоток; а также включает новые первичные обмотки, приспособленные для
взаимодействия с этими вторичными обмотками.
На прилагаемых чертежах: Рисунок 1 представляет собой схему, иллюстрирующую идеальное распределение
амперных проводников в одной обмотке ротора, работающей в качестве вторичной обмотки на одном полюсе
и в качестве первичной обмотки на другом. 65 Рисунки 2, 3 и 4 представляют собой схемы, поясняющие
общий метод проектирования такой обмотки.
На рисунке 5 представлена схема конкретной каскадной обмотки. 70 На рисунке 6 показаны фазы токов в нем
при различном количестве полюсов.
На рисунке 7 показана модифицированная обмотка, позволяющая двигателю развивать скорость, отличную от
каскадной. 75 На рисунках 8 и 9 показано распределение ампер-проводников в этой обмотке.
На рисунке 10 показана дальнейшая модификация обмотки, позволяющая двигателю развивать скорость,
отличную от каскадной. 80 Рисунок 11 представляет собой еще одну форму диаграммы, представленной на
рисунке 5.
На рисунках с 12 по 19 показаны другие конкретные обмотки ротора, проиллюстрированные схемами в виде
рисунка 5 или рисунка 11. 85 На рисунках 20–23 представлены обмотки статора, адаптированные для
взаимодействия с описанными обмотками ротора.
На рисунке 24 показан один из типов обмотки ротора и устройство для ее использования в самых разных
целях.
На рисунке 25 показано применение изобретения к двигателю, в котором одна обмотка статора получает
питание от ротора.
Прежде чем можно будет полезно описать конкретные обмотки ротора, адаптированные для использования в
качестве вторичной обмотки на одном полюсе и в качестве первичной на другом, в качестве примеров
изобретения, необходимо уточнить свойства, необходимые или желательные для таких обмоток, и показать,
как можно спроектировать обмотки, обладающие этими свойствами.
Поскольку при каскадном режиме работы вторичная обмотка не подключена ни к какой внешней цепи,
индуцированные токи должны протекать по замкнутым цепям в обмотке, и поскольку это сбалансированные
многофазные токи, должно существовать множество таких цепей, равномерно распределенных по окружности
вторичной обмотки. Для того чтобы произошло каскадное действие, ЭДС, индуцированная во вторичной
обмотке первичным полем, должна возбуждать вторичное поле с 115 различными полюсами, и ЭДС...
Вследствие этого отключения вторичного поля, вторичная обмотка должна компенсировать поле,
создаваемое первичным полем, во всех замкнутых цепях обмотки. Это подразумевает, что две ЭДС,
генерируемые двумя полями, рассматриваемыми по отдельности, должны иметь одинаковую частоту, равную
величину и противоположную фазу в каждой такой цепи, а не только в одной.
Это условие устанавливает необходимую связь между числом фаз во вторичной обмотке (и, следовательно,
числом секций) и отношением числа полюсов машины к числу полюсов. (Если два числа пар полюсов имеют
общий множитель C F, то окружность машины будет иметь C F одинаковых зон; для краткости описания далее
величины P и Q, хотя и называются числами пар полюсов, следует понимать как число пар полюсов в одной
из этих C F одинаковых зон, другими словами, как число пар полюсов, деленное на их G.C.1AL). Если два поля
с парами полюсов P и Q соответственно должны создавать ЭДС противоположных фаз в каждом из n
равномерно расположенных участков, то разность фаз между ЭДС, индуцированными в соседних участках
одним полем, должна быть равна разности фаз между ЭДС, индуцированными в соседних участках другим
полем. Из этого можно сделать вывод (аналогичным рассуждениям, изложенным ниже), что если два поля
вращаются в противоположных направлениях, то число секций n должно быть равно или кратно P+Q, и в них
должны генерироваться ЭДС фаз P+Q.
P±Q остается постоянным для любого заданного соотношения чисел полюсов. Таким образом, любую пару
полюсных чисел в соотношении 2:1 с полями, вращающимися в противоположных направлениях, можно
обработать с помощью трехфазных внутренних каскадных обмоток, подобных уже разработанным; однако
трехфазные обмотки не подойдут для любого другого соотношения полюсных чисел при полях, вращающихся
в противоположных направлениях. Из моих исследований стало ясно, что пары полюсов в соотношении 3:2
можно использовать, если обмотка рассчитана на 5 фаз; пары полюсов в соотношении 4:3 требуют 7 фаз; и
так далее; другими словами, обмотки можно проектировать для пар полюсов, сумма которых, деленная на их
среднеквадратичное отклонение, больше 3. Однако 5 фаз также является подходящим числом для полюсов в
соотношении 4:1; а 7 фаз — подходящим числом для полюсов в соотношении 5:2 и 6:1; и так далее с большим
числом фаз.
То, что электромагнитные импульсы, генерируемые двумя полями, будут иметь одинаковую частоту, следует
из того факта, что якорь вращается со скоростью каскада, то есть со скоростью, соответствующей сумме или
разности чисел полюсов двух полюсов в зависимости от того, вращаются они в противоположных или в одном
направлении. Положение о том, что они должны быть одинаковой величины M и противоположной фазы,
определяет величину и фазу вторичного потока.
В идеальной машине с внутренним каскадом имелось бы два гармонических пространственных
распределения ампер-проводников с 75 различными полюсами, равномерно вращающихся, скажем, в
противоположных направлениях, со скоростями, обратно пропорциональными числу полюсов. Изучение
распределения амперных проводников, соответствующих 80 результирующей двух таких распределений
компонентов, покажет, к чему следует стремиться при проектировании обмотки, которая, будучи
сконцентрирована в определенных точках окружности, а именно 85 пазах ротора, может лишь
приблизительно соответствовать идеальному распределению.
Сила тока в амперах на единицу длины в любой точке 1 окружности (рис. 1) может быть представлена
известным способом в виде проекции на базовую линию C Z вектора Cla, который, как предполагается,
вращается равномерно со скоростью, соответствующей частоте, где Cla — положение вектора в
определенный момент времени 95, называемый здесь начальным моментом времени. Амперные проводники
в любой другой точке окружности, соответствующей этому же распределению компонентов, могут быть
представлены вектором той же длины, вращающимся с той же скоростью и отличающимся от Cla только
своим положением в начальный момент времени. Пусть окружность будет разделена на любое произвольное
число частей, скажем, 36. Если поле является 2-полюсным полем, то вектор, соответствующий точке 2, будет
проходить через 22 в начальный момент времени, и так далее; то есть вектор, соответствующий любой
второй точке, будет отличаться от вектора 110, соответствующего начальной точке 1, на тот же угол, который
разделяет вторую точку от начальной точки.
На рисунке 1 предполагается, что поле первой компоненты является 4-полюсным полем. Следовательно, 115
ампер-проводников в точке 19 должны иметь ту же фазу, что и в диаметрально противоположной точке 1, т.е.
представляться тем же вектором C10a или C19a; а ампер-проводники в точке 10 будут иметь
противоположную фазу и будут представлены вектором C10a, проходящим через точку 19. Для 4-полюсного
поля вектор для любой второй точки отличается от вектора для начальной точки на удвоенный угол,
разделяющий вторую точку от начальной точки. И, как правило, для поля из P пар полюсов вектор для любой
второй точки будет отличаться от вектора для начальной точки на величину P, умноженную на угол,
разделяющий вторую точку от начальной точки.
На рисунке 1 вектор, соответствующий определенным точкам окружности, обозначен соответствующей
буквой. Точки на внутренней окружности, представляющей собой длину окружности, пронумерованы
последовательно от 1 до 36; точки на следующей окружности, такие как 1a, 2a, представляющие векторы,
соответствующие 4-полюсному полю, имеют вдвое большее угловое расстояние, чем точки на первой, и также
пронумерованы последовательно, в результате чего каждая точка имеет два номера.
В качестве второй компоненты поля, выбранной для иллюстрации на рисунке 1, представлено 6-полюсное
поле, вращающееся в направлении, противоположном 4-полюсному полю. Таким образом, точки на внешней
окружности имеют в три раза большее угловое смещение, чем точки на внутренней окружности, и нумеруются
последовательно в обратном направлении; каждая точка обозначается тремя числами, например, 4b, 16b,
28b.
Вектор, представляющий амперпроводники для любой точки окружности, соответствующей результирующему
полю, может быть получен путем суммирования компонентных векторов для этой точки. Таким образом, два
вектора 02a и C2b показаны объединенными, образуя вектор C2r. Если построить достаточное количество
таких результирующих векторов, получится кривая, показанная на рисунке 1.
Любая линия, проведенная от точки C к этой кривой, например, C2r, представляет собой вектор, который,
если он вращается равномерно со скоростью, соответствующей частоте, своей проекцией на базовую линию
C Z представляет амперпроводники в соответствующей точке, например, 2, на окружности ротора.
Это пятилепестковая кривая, имеющая пять максимумов, равных сумме радиусов Cl+ClU, и пять минимумов,
равных их разности. Число максимумов определяется соотношением двух чисел полюсов. Максимум
достигается каждый раз, когда векторы для двух компонентных полей совпадают. Если поля состоят из пар
полюсов P и Q соответственно и движутся в противоположных направлениях, то вектор для поля P
изменяется на угол, а вектор для поля Q — на угол. В. Начиная с П.
Если вектор совпадает с точкой на роторе, то, когда сумма углов, на которые они переместились, равна 360°,
то есть 1, векторы снова совпадут 65°.
когда (1 Q) 360, т.е. когда вектор для поля P сместился на 70 градусов на угол a =P+Q, а вектор для поля Q на
угол a Q Q 3Q6 (Следует помнить, что P и Q следует рассматривать как число пар полюсов, деленное на их
наибольший общий делитель. Кривая замыкается, когда векторы совпадают после того, как каждый из них
прошел через целое число, кратное 3600; это происходит, когда вектор P прошел через 80 P. 3600 = a (P+Q), а
вектор Q через Q. 360 = a (P Q)+; отсюда следует, что число совпадений или максимумов равно P+Q.
В приведенном выше рассуждении векторы 8-5 рассматриваются как представляющие собой амперы
проводников на единицу расстояния по окружности. Их с тем же успехом можно было бы рассматривать как
ЭДС на стержень или участок, создаваемую двумя противоположно вращающимися полями под углом 90°,
хотя тот же аргумент показал бы, что существуют только положения P+Q-, где фаза ЭДС, создаваемой двумя
такими полями, совпадает, или где наблюдается точное противопоставление фаз под углом 95°, если одно из
полей имеет точно обратную фазу. Следовательно, только в точках P+Q две ЭДС могут быть компенсированы
Соседние файлы в папке патенты