Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_432
.pdf
путем правильной корректировки их величин. Из этого следует, что, как указано выше (за исключением
исключительных случаев, когда в одной цепи может быть несколько точек противофазы), каскадные
вторичные обмотки для пар полюсов P и Q должны иметь цепи P+Q, расположенные на равном расстоянии
друг от друга.
Если оба вектора вращаются в одном направлении, начиная с точки совпадения, они снова совпадут, когда
один из них поверн на тот же угол 110, что и другой, плюс некоторое кратное 3600, то есть когда разница
между углами, через которые прошли векторы, будет кратна 3600; т.е. используя ту же запись 175,306 Q, что и
выше, когда a (1-P) =360.
Следовательно, для полей, вращающихся в одном направлении, число максимумов на кривой
распределения, или число равномерно расположенных цепей в обмотке, будет равно P-Q. Таким образом,
очевидно, что обмотки можно проектировать для пар чисел полюсов, разность которых, деленная на их общий
кратный, превышает 3.
Максимальные и минимальные точки на кривой распределения фиксированы относительно обмотки, к
которой относится распределение, и находятся на равном расстоянии в пространстве и фазе. Все лепестки
кривой имеют одинаковую форму и различаются только фазами. Следовательно, обмотка, способная создать
такую кривую распределения, должна содержать по меньшей мере столько же фаз, сколько фаз максимумов
P+Q (или вдвое больше, если считать, что проводники, по которым протекают противоположные токи, имеют
противоположные фазы). Однако иногда обнаруживается, что большее количество фаз позволяет более
точно построить кривую распределения; и поскольку добавление одной или нескольких фаз к части обмотки,
создающей один лепесток, означает соответствующее добавление ко всем остальным частям, общее
количество фаз может потребовать некоторого кратного P+Q. Взаимосвязь фаз должна быть неизменной, так
что количество фаз может быть таким образом увеличено только в том случае, если это увеличение может
быть достигнуто путем соединения участков обмоток по схеме «звезда» и «цепь», например, как описано ниже
со ссылкой на рисунок 5.
Намотка на рисунке 5 образует всего пять максимумов, а соответствующая схема (рис. 11) показывает только
пять цепей, однако благодаря звездообразному соединению присутствует 10 фаз (или 20, если считать
противоположно направленные токи за противоположные фазы).
Теперь видно, что обмотка, способная генерировать 5-фазные токи и характеризующаяся пятью максимумами
на кривой распределения амперпроводников, необходима не только для полей с 1 и 4 парами полюсов, а
также с 2 и 3 парами полюсов, вращающимися в противоположных направлениях, но и для полей с 1 и -6
парами полюсов и так далее, вращающихся в одном направлении; и 7-фазная обмотка с 7 максимумами
аналогично подходит для 5 и 2 пар полюсов и так далее.
Возможность использования конкретной обмотки для двух пар полюсов с числом 60 с наибольшей экономией
железа зависит от соотношения плотностей магнитного потока составляющих полей, которое составляет
приблизительно
B2 одинаков для обеих пар полюсных номеров.
Плотность магнитного потока для обмотки с заданным шагом 65° может быть рассчитана на основе хорошо
известных принципов; удобная формула для типов обмоток, рассматриваемых в данной спецификации,
содержится в докладе заявителя, прочитанном перед Институтом электротехников 12 апреля 1921 года.
Ранее считалось, что для обеспечения магнитного равновесия количество пар полюсов двух компонентных
полей должно иметь общий множитель. Но поскольку магнитное притяжение пропорционально квадрату
плотности магнитного потока, для обеспечения равновесия достаточно, если любое значение квадрата
плотности магнитного потока, возникающее в одной точке, также возникает в одной или нескольких других
точках, равномерно расположенных вокруг ротора относительно первой. Это условие выполняется не только
тогда, когда два числа пар полюсов имеют общий множитель, равный 85, но и когда они просты друг другу и
оба нечетные. В любом поле с нечетным числом пар полюсов диаметрально противоположные точки имеют
равную и противоположную магнитную плотность; поэтому результирующая двух таких полей также должна
иметь равную и противоположную плотность в диаметрально противоположных точках.
Теперь показано, какие полюсные числа обеспечат магнитное равновесие; 95, сколько одинаковых и
равномерно расположенных групп проводников и сколько фаз требуется в обмотке для любой заданной пары
полюсных чисел; сколько максимумов амперных проводников должна представлять обмотка; и к какой кривой
должно приближаться распределение ее амперных проводников. Далее приводятся некоторые общие
указания о том, как можно спроектировать обмотку на основе этих данных, чтобы она соответствовала
конкретному случаю.
Кривая распределения показывает, что существенной характеристикой обмотки является определенное
число n=P+Q точек с максимальным током. 110 Простейший тип обмотки, обладающий этой характеристикой,
— это однофазная обмотка с n=P+Q полюсами. Такая обмотка состоит из n полос амперных проводников,
чередующихся по фазе (образующих n максимумов), и, как правило, n промежутков между полосами, в
которых разматываются пазы, образующие n минимумов.
V 175,306 В такой однофазной обмотке один конец каждого из n полюсов может быть соединен с общей
точкой, в то время как из оставшихся концов нечетные могут быть соединены с одним выводом, а четные — с
другим.
Однофазную обмотку, соединенную таким образом, можно рассматривать как примитивный тип каскадной
обмотки; поскольку, если два однофазных вывода закорочены, каждый из n полюсов закорочен независимо, и,
следовательно, в них может циркулировать сбалансированная система из n фазных токов, как это было
показано ранее, необходимо для каскадной обмотки на выводах P и . Q-полюсные пары. Таким образом,
подобная однофазная обмотка может быть принята за основу для создания обмотки, которая обеспечит
более точное желаемое распределение тока. Намотка может быть концентрической или барабанной.
На рисунке 2 в качестве примера показана концентрическая 10-полюсная однофазная обмотка, намотанная в
40 пазов на якоре, имеющем 60 пазов, при этом в центре каждого полюса остаются два пустых паза. Фазы
ЭДС, возникающей в проводниках при каскадном соединении обмотки, указаны на рисунке. На рисунке 3
представлена схема распределения амперпроводников в этой обмотке. Это достигается путем выведения из
общего центра C векторов, представляющих амперные проводники в каждом пазу, именно тем способом,
который описан со ссылкой на рисунок 1. Для каждого стержня рисуется вектор, которому присваивается
номер ячейки, содержащей этот стержень. Затем все векторы, несущие номер любого заданного слота,
объединяются вместе. В этом разделе! В конкретном случае векторы объединяются попарно, и поскольку два
проводника в пазу находятся в фазе, объединение заключается лишь в удвоении длины одного вектора,
представляющего каждый проводник. Более того, один и тот же составной вектор представляет два соседних
слота, поэтому C(l) и CIH — это одна и та же линия.
Вся диаграмма представляет собой набор из пяти треугольников, изображенных сплошными линиями.
Очевидно, что это лишь очень плохое приближение к любой пятилепестковой кривой, подобной той, что
изображена на рисунке 1.
Добавление к обмотке проводников, имеющих токи одной из фаз, уже существующих в обмотке, или
противоположной ей, позволяет добиться того, чтобы кривая распределения тока гораздо точнее
соответствовала исходной кривой. Например, добавление проводника в паз I, по которому течет ток 1vi фазы
360, и, следовательно, представленного на рисунке 3 вектором длиной в половину длины CI, расположенным
под углом 360 к нему, значительно приблизит соответствующую точку многоугольника распределения к
идеальной кривой. Добавление этого проводника подразумевает добавление других проводников,
симметрично расположенных вокруг всей обмотки якоря и имеющих приблизительную фазу. Второй слот
удовлетворительно работает без изменений (70); третий слот лучше использовать с одним проводником фазы
2880 вместо пустого; а четвертый слот — с проводником фазы 2520, что означает симметричные добавления
по всей обмотке. 75 Такие дополнения преобразуют схему, показанную на рисунке 2, в схему, показанную на
рисунке 4, и преобразуют распределительный многоугольник из набора из пяти треугольников, показанных
сплошными линиями на рисунке 3, в многоугольник, показанный пунктирными линиями.
Номера ячеек углов этого многоугольника обозначаются суффиксом «а», как Ia. Легко заметить, что,
например, Ia получается путем объединения вектора в позиции 00 85 с другим вектором, длина которого
равна половине его длины, в позиции 36; пунктирная линия lin3 pa — это вспомогательная линия,
завершающая параллелограмм векторов.
Для проверки приближения новой диаграммы 90' к идеальной кривой кривую с рисунка 1 можно перерисовать
на многоугольнике рисунка 3. Для этой цели радиусы двух окружностей, из которых строится кривая,
выбираются следующим образом: их разница немного меньше радиуса окружности, вписанной в центральную
часть пунктирного многоугольника, а их сумма немного больше радиуса окружности, касающейся внешних
ребер многоугольника. На рисунке 3 изображена кривая, которая наглядно демонстрирует, что пунктирный
многоугольник гораздо точнее соответствует кривой, чем сплошной линейный многоугольник. (Будет
очевидно, что пунктирный многоугольник нарисован в другом масштабе, чем многоугольник с прямыми
линиями, чтобы одно представление идеальной кривой было сопоставимо с обоими многоугольниками.) ) 110
Ранее внутренние каскадные обмотки проектировались путем наложения двух отдельных обмоток,
рассчитанных для соответствующих полюсных номеров, и исключения пар стержней, расположенных в одном
и том же 115 пазу, по которым протекают равные и противоположные по направлению токи, или замены двух
стержней, по которым протекают равные токи, отличающиеся по фазе на 1200, одним стержнем, по которому
протекает ток той же величины, но отличающийся по фазе на 120 175,306 от обоих составляющих токов на
120 .
Этот метод также допускает обобщение в свете приведенных выше объяснений и с помощью выведенной
кривой распределения; таким образом, с его помощью можно создавать обмотки, рассчитанные на количество
пар полюсов, сумма которых, деленная на их G.C.31, больше 3. Однако эмпирический подход к выбору
обмоток для суперпозиции нецелесообразен, поскольку при суперпозиции многих пар обмоток не будет
возможности их взаимного сокращения или точной замены двух обмоток одной. Подходящие обмотки для
эффекта суперпозиции можно выбрать, а степень возможного взаимного компенсирования определить,
исходя из изложенных ниже соображений, которые имеют весьма общее, если не универсальное,
применение.
В случае, когда результирующая обмотка имеет диумную форму, следует отметить, что шаг является одной
из переменных, доступных конструктору; он частично определяется расчетами, аналогичными тем, которые
используются для определения отношения плотностей первичного и вторичного магнитных потоков, а
частично — с учетом идеальной кривой распределения.
Было отмечено, что для работы обмотки на парах полюсов P и Q она должна быть способна пропускать токи в
n фазах = P + Q и, следовательно, должна быть разделена как минимум на n секций. В n таких участках (или
любом подмножестве n) порядок фаз в поле из P пар полюсов, вращающихся по часовой стрелке, совпадает с
порядком фаз в поле из Q пар полюсов, вращающихся против часовой стрелки. Однако обмотка может
содержать любое количество секций, кратное n, например, rn, и в этом случае может рассматриваться как r
групп по n секций в каждой.
Пронумеруйте эти группы по часовой стрелке от 1 до r. Если r=n, или если r и n не имеют общего множителя,
то переход от пар полюсов P, вращающихся в одну сторону, к парам полюсов Q, вращающимся в другую
сторону, изменит фазу 8-й группы примерно на 360 (с¹). Если n и r имеют общий множитель r b, так что n = tm
и r = bt, то аналогичное правило применяется, если обмотка рассматривается как разложенная на br групп,
каждая из которых состоит всего из m секций, причем m является, таким образом, субкратным P+Q. Это
правило показывает, как manv секций двух таких обмоток взаимно компенсируются при суперпозиции. Если
r=2, то для второй группы (s=2) 360 (s-i)=18) o Если, следовательно, две обмотки r участков rnn, одна из
которых имеет 60 необходимых фаз для пар полюсов P, а другая — для пар полюсов Q, вращающихся в
противоположных направлениях, накладываются друг на друга.
Вторые группы двух обмоток компенсируют друг друга; то есть половина участков 65 компенсирует друг друга
при наложении; а вместо компенсирующих друг друга участков, которые не компенсируют друг друга, можно
использовать один участок промежуточной фазы.
Убедиться в том, что обмотка, полученная в результате этой суперпозиционной компенсации и замены (70),
даст хорошие результаты, можно, построив кривую распределения описанным выше способом. Иногда
случается, что лучшее приближение к идеальной кривой дают обмотки, в которых компенсируется не более
половины участков.
Если r = 4, то 360 (s-1) = 180' при s = 3. Но это не так, когда s = 1, 2 или 4; следовательно, в этом случае
четверть участков сократится. Таким образом, если обмотки для пар полюсов P и Q соответственно состоят из
r (P+Q) участков, их можно наложить друг на друга таким образом, что -й участок будет исключен.
Распределение амперпроводников в обмотке, составленной таким образом, можно сравнить с идеальной
кривой амперпроводников; и можно внести небольшие изменения в обмотку S0, например, в шаг её шага,
влияние которого проверяется описанным выше способом, чтобы получить кривую, максимально
приближенную к идеальной. 95 Пример применения этого метода можно объяснить, обратившись к рисунку
17, описанному ниже. На этом рисунке показана обмотка из 24 секций, соединенных в две отдельные группы
секций X и Y, способная работать в поле из 5 или 7 пар полюсов.
Показанные на этом рисунке участки сетки могут быть соединены непосредственно последовательно, а
участки звезды — параллельно, как показано на рисунке 18 (1005), что обеспечивает более равномерный ток
на каждом участке. Предположим, имеются две такие обмотки: одна подвержена воздействию поля из 14
полюсов, вращающихся против часовой стрелки, а другая — воздействию поля из 14 полюсов, вращающихся
по часовой стрелке. Этапы в соответствующих секциях будут такими, как показано в следующей таблице: Ot]1
18,306 №.
раздела.
2 3 4 6 7 15- 8 9 11 12 13 14 16 17 18 19 21 22 -;0 23 Фаза в 10-полюсном поле.
0 225 300 240 315 255 330 270 345 210 285 К какой группе относится данный раздел.
X y X Y My X By X Y X Y X Y X Y X By x By X y X BY Фаза в 14-полюсном поле.
0 210 315 270 225 330 285 240 345 300 255 Фаза в 14-полюсном поле изменена на противоположную.
0 255 300 345 240 285 330 225 270 315 210 Из сравнения второго и последнего столбцов видно, что фазы в
секциях группы Y противоположны в двух обмотках. Следовательно, если две такие обмотки наложить друг на
друга, участки группы Y взаимно компенсируются, и останется только группа X, образующая каскадную
обмотку.
До настоящего времени обмотка вторичной обмотки рассматривалась только с точки зрения ее функции: она
выполняла роль вторичной обмотки на одном полюсе и первичной на другом. Хорошо известно, что пара
отдельных двигателей, соединенных каскадно, если их разогнать почти до синхронной скорости,
соответствующей числу первичных полюсов, будет продолжать работать с этой скоростью и сможет
выдерживать нагрузку.
То же самое относится и к внутренним каскадным машинам, к которым относится данное изобретение.
Поэтому целесообразно оснастить машину средствами для повышения ее скорости выше скорости каскада.
Для этой цели подойдет обмотка, которая препятствует вращению магнитных потоков относительно ротора
или вторичного элемента. Такая обмотка может быть образована из самой каскадной обмотки путем введения
в нее дополнительных соединений, так что она представляет собой число замкнутых цепей, которое уже не
равно или не является долей суммы двух чисел пар полюсов. Этот метод позволяет использовать каскадные
обмотки, заполняющие всю площадь 65-контактного разъема или значительную часть пазов.
Пример этого описан ниже со ссылкой на рисунки 14 и 15.
Если вторичным элементом является ротор, такие соединения могут быть выполнены только с
использованием контактных колец. В качестве альтернативы для этой цели может быть предусмотрена
независимая вспомогательная обмотка, как показано на рисунке 13, в этом случае каскадная обмотка не
требует изменения соединений, а устройство 75 может быть низковольтным и иметь очень прочную
конструкцию. Очень часто каскадная обмотка не заполняет все пазы, поскольку из кривой амперпроводников
видно, что результирующие амперпроводники распределены по вторичной обмотке далеко не равномерно.
В таких случаях в свободном пазу может быть намотана независимая обмотка с разомкнутой цепью, и
предусмотрено средство 85 для ее закорачивания, когда машина должна быть разогнана до так называемой
базовой скорости.
Как было отмечено выше, характеристики обмотки для заданной пары полюсных чисел также являются
необходимыми характеристиками для некоторых других полюсных чисел. Я обнаружил, что обмотка,
адаптированная для заданной скорости каскадирования, при соответствующей конструкции может работать с
любой парой полюсных чисел, сумма которых соответствует этой скорости. Следовательно, если первичные
обмотки способны создавать одно число полюсов и выступать в качестве вторичной обмотки для другого
числа полюсов на каждой из двух или более пар чисел полюсов, обеспечивающих каскадную скорость, для
которой рассчитана вторичная обмотка, то двигатель будет удовлетворительно работать на каскадной
скорости независимо от того, какое число полюсов создают первичные обмотки; и первичные обмотки могут
быть заменены с cn:
Номер полюса можно переставить относительно другого, не влияя на работу двигателя. Изменение числа
полюсов 110 лишь изменит порядок расположения фаз во вторичной обмотке; например, набор из пяти фаз
может иметь два различных порядка, а именно: 00, 720, 144, 2160, 2S88 и 00, 115, 144, 2880, 72, 216; первый
порядок соответствует, скажем, 2 и 8 парам полюсов, а второй — 4 и 6 парам полюсов; в общем случае n фаз
могут иметь 9 возможных порядков. Из этого следует, что если вторичный элемент имеет средства короткого
замыкания для создания дополнительных цепей, как описано выше, то переход от каскадной скорости к более
высокой базовой скорости, соответствующей любому из полюсных чисел, которые может создать первичная
обмотка, может быть осуществлен путем предварительного создания первичной обмоткой желаемого
полюсного числа, а затем замыкания дополнительных цепей. Таким образом, если вторичная обмотка
представляет собой 5-фазную обмотку, адаптированную для каскадной скорости, соответствующей 20
полюсам, и первичная обмотка может быть модифицирована для получения 4, 8, 12 или 16 полюсов, работая
при этом в качестве вторичной обмотки на 16, 12, 8 или 4 полюсах соответственно, то двигатель будет
работать не только на скорости 20 полюсов при каждой модификации первичной обмотки, но и может быть
увеличен до базовой скорости, соответствующей любому из этих чисел полюсов, путем предварительной
модификации первичной обмотки для получения этого числа полюсов, а затем замыкания дополнительных
цепей.
Как правило, машина, работающая на сравнительно низких скоростях, соответствующих 8, 12, 16 и 20
полюсам, не должна работать на 4 полюсах. Ниже приведено описание первичной обмотки, рассчитанной на
8, 12 или 16 полюсов, со ссылками на рисунки 21 и 21. Аналогичным образом, 7-фазная вторичная обмотка,
адаптированная для 28-полюсной каскадной скорости, может быть использована для получения базовых
скоростей -35°, соответствующих 4, 8, 12, 16, 20 и 24 полюсам.
Если каскадная 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, соединяющая
каждую ее ветвь или фазу несколькими параллельными звеньями уже известным способом, например,
описанным в Спецификации.
Обмотку № 143600 можно также использовать одновременно в качестве вторичной обмотки на других
номерах полюсов, или же можно использовать независимую вторичную обмотку. Примером тому служит
обмотка, описанная на рисунке 19 ниже.
В качестве иллюстрации возможных вариантов развития изобретения, описанных выше, далее приводятся
некоторые типичные вторичные L-обмотки, которые не все могут быть получены с помощью общих методов
проектирования, рассмотренных до сих пор.
На рисунке 5 показана обмотка, подходящая для 4 и 6 полюсов или для 2 и 8 полюсов. Она расположена на 40
пазах, половина из которых показана и пронумерована на рисунке, причем 65 катушек имеют шаг пазов от 1
до 4.
Половина обмотки состоит из 5 элементов, соединенных в цепь (каждый элемент состоит из двух
последовательно соединенных в обратном порядке катушек), а также 5 элементов (каждый состоит из одной
катушки), соединенных звездой между точкой соединения двух соединенных в цепь элементов и общей
точкой звезды. Эта структура обмотки станет более понятной из рисунка 11, который представляет собой еще
одно схематическое изображение той же обмотки; участок, показанный на рисунке 11 черным кругом,
соединенным с открытым кругом, соответствует участку на рисунке 5 80, состоящему из верхнего проводника
в одном пазу, соединенного с нижним проводником в другом пазу (или из нескольких таких катушек,
соединенных последовательно). Участки на рисунке 11 пронумерованы номером 85-го паза на рисунке 5, в
котором расположен верхний проводник участка. Видно, что все секции с четными номерами соединены в
переплетение, а секции с нечетными номерами — в переплетение «звезда», при этом верхний проводник
секции с нечетным номером 90 соединен с местом соединения нижних проводников секций с четными
номерами по обе стороны от него.
Из рисунка 11 очевидно, что обмотка представляет собой пять симметричных замкнутых цепей, причем
каждая звездообразная секция 95 является общей для двух цепей.
При наличии 4 полюсов разность фаз между соответствующими шинами этих 2 x 3600 цепей составит -144.
Таким образом, фазы токов в соответствующих 100 проводниках можно легко обозначить на рисунке 5
следующим образом. Любые пять равномерно расположенных проводников, скажем, верхние проводники
пазов 4, 8, 12, 16, 20, могут быть обозначены как 0, 144, 288, 720, 216, 105. Соединения обмотки показывают,
что фаза нижней планки паза должна быть 0, фаза верхней планки паза 2 и нижних планок пазов 4 и 7 должна
быть 180, и аналогично определяет фазу всех соединенных в цепи проводников; фаза нижней планки паза 8
должна быть промежуточной между фазами нижних планок пазов 7 и 9, что определяет ее как 1620, 115 и
определяет фазу верхнего проводника паза 5 как 342; и так далее для остальных соединенных звездой
планок.
Для 6-полюсного поля, вращающегося в противоположном направлении, требуется та же последовательность
i фаз; разность фаз между цепями составляет 216, поэтому верхние проводники пазов 4, 20, 16, 12, 8 должны
быть обозначены как 00, 216, 720, 288, 1440.
Теперь результирующая двух единичных токов, отличающихся по фазе на 0 градусов, равна 2 sin - (180 0 0).
Следовательно, ток в любой звездообразно соединенной шине (например, в верхнем проводнике паза 5)
равен - 2 sin - (180 -36 ) раз току в замкнутой шине (например, в нижних проводниках пазов 7 и 9), т.е. ток в
звездообразной шине = 2 sin 720 (ток в замкнутой шине) = 1,9 (ток в замкнутой шине).
Распределение амперпроводников можно исследовать с помощью диаграммы, подобной той, что
представлена на рисунках 1 и 3. Как показано на рисунке 8, нарисуйте первые две окружности с радиусами в
соотношении 1:1,9, то есть пропорциональными току в цепи и току в звезде соответственно.
Отметьте на них каждый из фазовых углов, возникающих в обмотке в стержнях сетки и звездочки
соответственно; например, углы 00, 1800, 144, 324 на внутренней окружности, соответствующие стержням
сетки в пазах 4, 7, 9, 6; и 342, 162 на внешней окружности, соответствующие стержням звездочки в пазах 5 и 8.
В каждой отмеченной таким образом точке укажите номера пазов, содержащих стержни данной фазы:
сетчатые стержни на внутреннем круге и звездообразные стержни на внешнем. Затем сложите все векторы
(как Sa, 5b), несущие номер любого конкретного паза, как показано для паза 5, получив результирующие
амперные проводники паза, которые обозначены римской цифрой, как V.
Соединив концы полученных результатов, получаем многоугольную диаграмму распределения (пунктирными
линиями), демонстрирующую пять лепестков и довольно точно приближающуюся к идеальной кривой
распределения.
На рисунке 6 показаны фазы проводников conE0 для 2 и 8 полюсов, когда разность фаз между цепями
составляет 72 или 288 соответственно. На рисунке 9 показано распределение ампер-проводников,
полученное способом, описанным выше для рисунка 8, но с окружностями радиусов в соотношении 1,17:1, что
соответствует соотношению токов в звездообразной цепи к токам в контурах в данном случае.
На рисунке 7 показана модифицированная обмотка, позволяющая двигателю разгоняться от скорости
каскадного включения до скорости, соответствующей одному из его базовых полюсов. Одним из примененных
здесь способов является использование вспомогательной обмотки, соединенной звездой и прикрепленной к
контактным кольцам, которые могут быть закорочены. Эта обмотка 65 показана пунктирными линиями, а ее
контактные кольца расположены ниже обмотки. Вместо вспомогательной обмотки или в дополнение к ней,
средние точки сторон сетки могут быть выведены на пять других контактных колец, которые могут быть
закорочены, как показано на рисунке 7 выше.
Фазы, отмеченные на рисунке 7, соответствуют 8-полюсному полю. В полной обмотке (которая вдвое больше,
чем показано на рисунке 75) противоположные витки вспомогательной обмотки могут быть соединены с одним
и тем же контактным кольцом.
Эти два метода можно объединить, закоротив каждую фазу каскадной обмотки SQ через одну фазу
вспомогательной обмотки. Это показано на рисунке 10.
Обмотка, изображенная на рисунках 5, 6 и 7, типична для большого класса обмоток, другие примеры которых
приведены ниже. Обмотки для меньшего или большего числа фаз могут быть получены непосредственно из
описанной ранее обмотки путем пропорционального уменьшения или увеличения числа 90 пазов и
проводников, при этом шаг пазов и соединения катушек остаются неизменными.
Например, обмотка для 2 и 6 полюсов, требующая 4 фаз, может быть намотана в 16 пазах, так что она
представлена (поскольку обеспечивает магнитную балансировку без дублирования) четырьмя пятыми
диаграммы на рисунке 6 или, используя форму диаграммы, объясненную со ссылкой на рисунок 11, рисунком
12. Аналогичным образом, обмотку для 8 и 16 полюсов или 10 и 14 полюсов можно изготовить, добавив фазу к
обмотке на рисунке 11 (сравните с рисунком 25). 105 На рисунке 13 показана одна половина обмотки
барабана, приспособленная для работы в качестве каскадной обмотки для 8 и 12 полюсов, и имеющая
вспомогательную обмотку, заполняющую пазы, которые она сама не заполняет, путем короткого замыкания
110, благодаря чему машина может быть разогнана до скорости, соответствующей одному из номеров ее
полюсов. Схема каскадной обмотки показана сплошными линиями. Он состоит из десяти секций, каждая из
которых состоит из двух последовательно соединенных катушек 115, расположенных в обратном порядке;
один конец всех секций соединен с общей точкой S, а другой конец соединен с одним из двух выводов T1 или
T2, причем к одному и тому же выводу подключаются чередующиеся секции.
120 _J 175, 30 При каскадном режиме работы клеммы T1, T2 и S постоянно закорочены. Вспомогательная
обмотка показана пунктирными линиями; ее секции также соединены одним концом с общей звездообразной
точкой s p, а другим концом с пятью контактными кольцами s,....5.
На рисунке 14 показана половина модифицированной каскадной обмотки, изображенной на рисунке 13, с
удвоенным количеством проводников.
В данном случае обмотка состоит из четырех последовательно соединенных катушек, причем две последние
поменяны местами с первыми двумя. Его можно соединить так же, как и каскадную обмотку на рисунке 13;
однако здесь показано, что оба вывода каждой секции соединены с общей точкой соединения в виде звезды
SP.
Поскольку обмотка заполняет все пазы, 210 не остается места для вспомогательной обмотки, необходимой
для повышения скорости машины выше каскадной. Вместо этого, при повышении скорости в обмотке
образуются дополнительные цепи. Средние точки всех секций выведены на контактные кольца Si-S5, а точка
звезды — на контактное кольцо S, и все они закорочены вместе, когда машина должна работать при
определенном числе базальных полюсов. На рисунке 14 отмечены фазы, соответствующие 12 полюсам; на
приведенном ниже изображении проводников показаны фазы, соответствующие 8 полюсам. На рисунке 15
представлена схема этой обмотки, соответствующая рисунку 11.
Дополнительные скорости вращения двигателей с вторичной обмоткой, как показано в приведенных
примерах, могут быть получены путем 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 токов (P+Q)-фазы; следовательно, они являются однофазными обмотками для
числа полюсов P+Q, поскольку поле с таким числом полюсов будет генерировать в соседних участках ЭДС,
отличающиеся по фазе на 180°.
В случае обмоток, описанных выше со ссылкой на рисунки 4 и 13, проводники, заполняющие пазы,
оставшиеся свободными после каскадной обмотки, образуют с ней четырехфазную обмотку, которая может
служить первичной обмоткой при подключении к двухфазному (строго четырехфазному) источнику питания.
Вспомогательная обмотка для заполнения этих пустых пространств показана пунктирными линиями на
рисунке 13. Если отводы этой обмотки подсоединить к двум однофазным клеммам вместо контактных колец,
то нечетные контактные кольца станут одной клеммой, а четные — другой.
Эти два вывода вместе с выводами T1 и T2 (которые для этой цели не должны быть соединены друг с другом
или с точкой S на 65-градусной звезде) образуют выводы для четырехфазного питания. Для адаптации
обмотки, показанной на рисунке 14, для использования в качестве 4-фазной первичной обмотки, необходимо
модифицировать ее для создания зацепного соединения. Верхние проводники пазов 1, 70, 3, 5 и т. д., которые
на рисунке 14 показаны соединенными с общей звездообразной точкой, должны быть соединены попарно,
например, 3 и 5, 7 и 9 и так далее, образуя в общей сложности 10 таких верхних и 10 нижних 75 соединений.
Чередующиеся верхние соединения могут быть соединены с общим выводом, так же как и чередующиеся
нижние соединения, показанные на рисунке 14, могут быть соединены с контактными кольцами; и четыре
полученных таким образом вывода 80 будут выводами 4-фазной обмотки для 5 пар полюсов. Обмотку,
показанную на рисунке 5, можно преобразовать в четырехфазную обмотку, соединив проводники, не
используемые в каскадной обмотке, в катушки 85 попарно, причем каждая пара включает проводники,
расположенные на расстоянии 1–4 друг от друга (например, один в пазу 3 и один в пазу 6).
и соединяя нижний проводник каждой катушки с серединой смежной стороны сетки, обращенной на 90
градусов; например, нижний проводник паза 6 с местом соединения верхних проводников пазов 2 и 4. Намотка
представляет собой 20-гранную сетку с 20-лучевой звездой, соединенной с ней под углом 95 градусов. Если
ветви звезды соединены с четырьмя выводами вместо одной общей точки звезды, то есть первый, пятый,
девятый и т. д. ветви — с одним выводом, второй, шестой, десятый и т. д. — со следующим, и так далее, —
эти выводы образуют клеммы для четырехфазного питания.
В качестве примера дифференциальной каскадной обмотки на рисунке 16 показана обмотка с 3 и 1 парами
полюсов, вращающихся в одном направлении. 105 была разработана путем сначала построения кривой
идеального распределения амперных проводников, а затем размещения проводников в пазах таким образом,
чтобы получить распределение, приблизительно соответствующее этой кривой. На рисунке цифры 110 в
кружках обозначают количество столбцов, которые эти кружки представляют. Все проводники в верхнем ряду
соединены последовательно, как и все проводники в нижнем ряду. 115 Выведенное правило относительно
фаз предполагает, что двухфазная обмотка (или, скорее, обмотка с двумя фазами, отличающимися на 1,80,
которая обычно называется однофазной) будет достаточной; но для обеспечения достаточно точного
приближения к требуемому распределению магнитодвижущей силы лучше использовать четырехфазную
обмотку.
Первая фаза состоит из трех проводников в каждом из пазов 1, 2 и 6; четырех проводников в пазах 7 и 8; и
двух проводников в пазах 9 и 14. 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 идет 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 8. Диаметрально противоположные пазы находятся в
противоположных фазах; следовательно, проводники могут быть соединены в обмотку с диаметральным
шагом.
Следует отметить, что, поскольку базовая скорость, соответствующая одной паре полюсов, выше скорости
каскада, двигатель, рассчитанный на такое количество полюсов, может обеспечивать две скорости и
разгоняться из состояния покоя до скорости каскада. Двигатель будет сбалансирован с помощью магнитов.
Ниже приведено описание подходящей первичной обмотки для такого двигателя со ссылкой на рисунок 24.
На рисунке 17 показана еще одна звездообразная обмотка того же типа, что и на рисунке 11. Он состоит из 24
секций, пронумерованных по порядку по окружности машины; на рисунке секции изображены таким образом,
что их направления соответствуют фазе ЭДС в них. Следует отметить, что они делятся на две отдельные
группы: X и Y. Обмотка способна адаптироваться к различным числам полюсов за счет соответствующего
соединения ее клемм типа «звезда».
На рисунке показано, как он подключается в качестве вторичного резистора к парам из 5 или 7 полюсов. Если
вместо короткого замыкания клеммы обмотки подключить к соответствующим фазам питания, то обмотка
может выступать в качестве первичной обмотки на этих и других полюсах. Его возможности в этой связи
более подробно описаны в моей заявке № 1, находящейся на рассмотрении. 34,934/1921, Уже было
объяснено, что если наложить друг на друга две такие обмотки, как на рисунке 17, расположенные
соответственно для 5 и 7 пар полюсов, то часть Y компенсируется, и в качестве каскадной обмотки для этих
двух чисел полюсов будет использоваться только группа X.
Если на машине предусмотрены обе группы обмоток, причем группа X постоянно закорочена, а группа Y
снабжена средствами закорачивания, то скорость работы машины можно увеличить с 24-полюсной каскадной
скорости до 10 или 14-полюсной скорости (в зависимости от конфигурации первичной обмотки) путем
закорачивания группы Y. Такой машине требуется всего три контактных кольца, несмотря на то, что в ее
секциях 12 фаз.
На рисунке 18 показан еще один способ соединения секций 24-секционной обмотки для 10 полюсов; это также
звездообразная схема 70, но иного типа, чем на рисунке 11. Это также более подробно описано в моем
вышеупомянутом заявлении, находящемся на рассмотрении.
На рисунке 19 показана обмотка из 36 элементов, которая может использоваться в качестве первичной
обмотки при большом количестве полюсов и одновременно в качестве вторичной обмотки при другом
количестве полюсов, как более подробно описано в моей вышеупомянутой заявке, находящейся на
рассмотрении. Конкретное 80-градусное соединение обмотки, показанное на рисунке 19, предназначено для
работы в качестве первичной обмотки, генерирующей 12 полюсов. Его секции соединены в трех
параллельных рядах, что позволяет ему одновременно выполнять функцию второстепенного элемента. 85
Если его клеммы закорочены, он будет работать как вторичная обмотка на двух полюсах; в качестве
альтернативы клеммы могут быть постепенно закорочены через резисторы с целью доведения машины до
базовой скорости.
Теперь доказано, что обмотки ротора могут быть спроектированы для работы с более чем одной парой
полюсных чисел, а также что могут быть предусмотрены дополнительные обмотки или созданы
дополнительные цепи в обмотке, с помощью которых двигатель может разгоняться от скорости каскадного
вращения до скорости, соответствующей одному из его базовых полюсных чисел. 100 обмоток статора
двигателя с внутренним каскадом должны быть способны создавать поле с одним числом полюсов и
выступать в качестве вторичной обмотки с другим числом полюсов. Для простой каскадной схемы легко
обеспечить наличие двух отдельных обмоток на статоре. В любом наборе равномерно расположенных секций
будет генерироваться сбалансированная система многофазных ЭДС полем с любым числом пар полюсов,
которое не равно или не кратно числу секций; так что если такой набор секций соединить последовательно,
результирующая ЭДС в них будет равна нулю. Следовательно, обмотки, соединенные звездой и лишенные
115 параллельных цепей, рассчитанные на любые два числа полюсов, 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 полюсных номеров; и это возможно во многих случаях. По этой
причине далее будут описаны некоторые типичные обмотки статора, подходящие для взаимодействия с
обмотками ротора, как описано выше.
На рисунках 20 и 21 показана обмотка из 24 секций, предназначенная для работы в качестве первичной
обмотки на 16 полюсах и вторичной на 4 полюсах, а также попеременно в качестве первичной обмотки на 12
полюсах и вторичной на 8 полюсах или наоборот. Однако принципы его построения применимы к любой паре
полюсных чисел, которые при делении на их общий множитель дают одно четное, а другое нечетное частное.
Обмотка состоит из блоков, каждый из которых включает четыре секции, равномерно расположенные по
периметру статора, обозначенные как секции 1, 7, 13, 19. Теперь на 4 и 12 полюсах секции 1 и 7 будут
находиться в противофазе, как и секции 13 и 19; на 8 и 16 полюсах все четыре секции будут находиться в
фазе. Секция 19 соединена последовательно с секцией 1, а секция 13 — последовательно с секцией 7; затем
пары 19, 1 и 13, 7 соединяются параллельно, образуя замкнутую цепь, в которой начало секции 19 соединено
с началом секции 13, а конец секции 1 — с концом секции 7. Клеммы e, f, g, AI подключены к соединениям
секций.
Если клеммы e, g подключены к источнику питания, а клеммы f, h соединены через резистор, то первичные
токи будут такими, какие требуются для 8 и 16 полюсов, в то время как вторичные токи, которые
индуцировались бы полем для 4 или 12 полюсов, могут протекать через клеммы f, i и резистор. Если же
клеммы f и k подключены к источнику питания, а клеммы e и g соединены через резистор, то первичные токи
будут соответствовать 4 или 12 полюсам, а поле с 8 или 16 полюсами может индуцировать вторичные токи
через резистор.
В обмотке имеется шесть таких элементов, которые могут быть пронумерованы от 1 до 6, причем каждый
элемент имеет номер, соответствующий наименьшему номеру его секции. Для 16 полюсов они соединены в
трехстороннюю сетку, стороны которой образованы парами последовательно соединенных элементов, а
именно 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6; углы этой сетки могут быть подключены к трехфазному источнику питания L1, L2, L3
путем установки переключателя SW в его левое положение (CD). Если же переключатель установлен вправо,
углы сетки закорочены, а средние точки ее сторон соединены с блоками питания 1 и 4, которые затем
соединены параллельно и образуют одну из ветвей звезды, так же как и блоки 2 и 5, а также 3 и 6. При таком
соединении обмотка дает 8 полюсов.
На рисунке 21 показана обмотка, соединенная в 12 полюсов; блоки 2, 4 и 6 соединены последовательно
между одним полюсом L источника и средней точкой обмотки автотрансформатора W, подключенного к
клеммам L2L источника питания; блоки 1, 3 и 5 также соединены последовательно и отведены от части 75
обмотки трансформатора, что дает 0,866 от линейного напряжения.
* На рисунке 22 показана обмотка статора для двух нечетных чисел полюсов, в данном случае для 2 и 6
полюсов; 80 таким образом, завершая обмоткой, показанной на рисунке 12, получаем двигатель, способный
работать со скоростью каскада, соответствующей 8 полюсам, и со скоростью вращения на базисе,
соответствующей 2 и 6 полюсам соответственно. 85 Условия, которым должна соответствовать любая
обмотка, которая одновременно действует как первичная обмотка на одном полюсе и как вторичная обмотка,
способная регулировать сопротивление на другом, в общих чертах следующие: (1) Сумма ЭДС в любых
цепях, которые остаются замкнутыми при разомкнутых сопротивлениях, должна быть равна нулю (или очень
мала). Это необходимо для того, чтобы гарантировать, что все вторичные токи проходят через сопротивления
и не циркулируют внутри самой обмотки, что сделало бы регулирование невозможным.
Соседние файлы в папке патенты