Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_5938
.pdf
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_286001.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=286001&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB286001A
[]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата подачи заявки: ноябрь. 27, 1926. № 30,011/26.
286,001 1 Слева полностью: сентябрь. 24, 1927, Завершено: февраль. 27,1928, ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ
СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в области электрических преобразователей, трансформаторов и тому подобного или
относящиеся к ним.
Я, Рэймонд Морис Уилмотт, бакалавр искусств.
(CJam.), британский подданный, проживающий по адресу: 4, Priory Mansions, Drayton Gardens, London, -S.W.
10, настоящим заявляет, что сущность данного изобретения заключается в следующем:
Данное изобретение включает усовершенствования электрических преобразователей, трансформаторов и
тому подобного, и относится, в частности, к новому типу коммутаторного преобразователя или
трансформатора, который может использоваться для различных целей, включая преобразование
переменного тока в постоянный, преобразование постоянного тока одного напряжения в постоянный ток
другого напряжения, в качестве фазового преобразователя, а также другими способами, которые будут
описаны далее. Преобразователь согласно изобретению не обязательно предполагает использование
подвижных катушек или больших подвижных масс, даже если он предназначен для преобразования
электрической энергии высокой мощности.
Согласно изобретению, электрический коммутаторный преобразователь характеризуется коммутатором,
отдельные сегменты которого поддерживаются при переменных потенциалах, находящихся в фазе или почти
в фазе друг с другом, но значения которых в каждый момент времени прогрессивно (например,
синусоидально) изменяются от сегмента к сегменту между отрицательными и положительными максимумами,
так что щетки, периодически перемещающиеся по сегментам, будут иметь потенциал, являющийся
произведением двух периодических составляющих: одна обусловлена переменным характером потенциалов,
при которых поддерживаются все сегменты, а другая — чередованием соединений по мере перемещения
щетки от одной части коммутатора к другой.
— Как будет показано далее, виртуальные значения потенциалов коммутаторных сегментов совершенно
различны. Все эти потенциалы находятся в фазе друг с другом в том смысле, что 4% — все они достигают
максимальных и нулевых значений в одни и те же моменты времени. Таким образом, коммутатор легко
отличить от коммутатора, скажем, роторного преобразователя, в котором переменные потенциалы отдельных
коммутаторных секций различаются по фазе и имеют одинаковые виртуальные значения.
Предпочтительно, прогрессивное изменение Lprice 1/-] потенциал от сегмента охватывает по меньшей мере
один или несколько полных периодов синусоидального или подобного периодического закона, а коммутатор и
щетки имеют относительное вращение с постоянной скоростью.
Удобным средством поддержания потенциалов сегментов коммутатора на желаемых значениях является
электрический трансформатор в сочетании с коммутатором, сегменты которого электрически соединены с
отводами обмотки трансформатора, выбранными таким образом, чтобы потенциалы сегментов коммутатора
поддерживались трансформатором на желаемых значениях.
Этот трансформатор может быть либо автотрансформатором, то есть иметь только одну обмотку с отводами
в соответствующих точках, либо иметь вторичную обмотку, электрически отличную от вторичной.
Описанный коммутатор может выполнять множество полезных функций за счет различных вариантов
расположения щеток на нем и путем изменения относительной скорости между щетками и коммутатором.
Таким образом, если на коммутаторе предусмотрена щетка, между которой и поверхностью коммутатора
может поддерживаться относительное движение со скоростью, такой, что щетка проходит полный цикл
сегментов, как определено ниже, за тот же период времени, что и переменный потенциал, проходящий через
полный цикл, то щетка, как правило, будет поддерживаться на среднем потенциале, отличном от нуля.
Цепь может быть замкнута от щетки до средней точки трансформатора 90, и от него может отводиться
постоянный ток или подаваться на него. В последнем случае переменный ток может подаваться от
трансформатора. Под полным циклом сегментов коммутатора понимается последовательность смежных
сегментов, потенциалы которых изменяются в течение одного полного цикла синусоидального или подобного
периодического закона, в соответствии с которым эти потенциалы были выбраны. 100 Переменный ток
удвоенной частоты может быть получен путем установки щетки на 90° со сдвигом фазы, отставания или
опережения (при условии наличия только одной щетки).
Условием получения постоянного тока в Великобритании является (без учета потерь), что % lbw -Mc 4.5
286,001 щетка должна быть в фазе с потенциалом, приложенным к коммутатору, или в противофазе на угол,
отличный от 90°.
Следует понимать, что щетка может считаться находящейся в фазе с потенциалом, когда она достигает
коммутаторного сегмента максимального потенциала в тот же момент, когда сам потенциал максимален, и в
противофазе, когда она достигает сегмента в момент, когда ток в ней падает до нуля. Изменяя фазовое
соотношение щетки на коммутаторе между этими двумя пределами, величину потенциала постоянного тока
можно изменять от нуля до половины максимального значения потенциала переменного тока.
Однако предпочтительно, чтобы для получения постоянного тока была предусмотрена дополнительная
щетка, сдвинутая по фазе более чем на 90° (например, щетки опережают и отстают соответственно от
срединного положения, которое сдвинуто по фазе примерно на 90° относительно потенциала), вторая щетка,
представляющая собой второй вывод цепи постоянного тока.
Причина этого может быть понята из следующего. Если одна щетка будет находиться в фазе с ЭДС, будет
получен пульсирующий постоянный ток, который достигнет своего максимума одновременно с максимумом
переменного потенциала и будет потреблять от сети переменного тока ток, практически совпадающий по
фазе с напряжением питания. Однако, если щетка находится в противофазе с током питания
трансформатора, то и ток в трансформаторе будет находиться в противофазе с напряжением питания и будет
отставать или опережать его в зависимости от того, отстает или опережает щетка.
Следовательно, если необходимо изменить напряжение на стороне постоянного тока путем перемещения
одной щетки, пульсирующий ток выйдет из фазы с источником питания, и коэффициент мощности
переменного тока уменьшится. Этого можно избежать, используя две щетки, одна из которых опережает, а
другая отстает на тот же угол в срединном положении, сдвинутом по фазе на 90°, поскольку при такой
конфигурации будет обнаружено, что независимо от расстояния между щетками пульсирующий ток достигнет
своего максимума в тот же момент, что и переменное напряжение источника питания, пренебрегая на данный
момент вопросом потерь и намагничивающего тока в преобразователе.
Таким образом, напряжение постоянного тока можно изменять, сближая или раздвигая две щетки, сохраняя
при этом среднее положение практически постоянным, без негативного влияния на коэффициент мощности
на стороне переменного тока.
- Для компенсации переменного тока и энергии намагничивания, которая имеет тенденцию снижать
коэффициент мощности за счет запаздывания, при желании среднее положение цепей может быть немного
смещено на 70 градусов вперед, и это смещение предпочтительно изменяется в зависимости от нагрузки,
чтобы компенсация оставалась правильной при всех нагрузках. При желании можно увеличить запаздывание,
чтобы устройство компенсировало задержку в других местах на стороне переменного тока 75 В.
Напряжение между щетками, вращающимися с синхронной скоростью, будет, как указано выше,
пульсирующим. Для получения чистого постоянного тока необходимо, чтобы импеданс 80 цепи постоянного
тока был большим.
Если ток имеет вдвое большую частоту, это можно получить, включив большую индуктивность
последовательно с нагрузкой постоянного тока, или индуктивность параллельно с нагрузкой постоянного тока,
способную обеспечить параллельный резонанс, или используя взаимную индуктивность последовательно с
конденсатором, как в методе мостика А. Кэмпбелла. В этом последнем методе клеммы с пульсирующим
напряжением 90 соединены одна с конденсатором и одним концом нагрузки постоянного тока, а другая — с
клеммой первичной обмотки взаимной индуктивности, при этом другая клемма взаимной индуктивности
соединена с 95 вторичной обмоткой и конденсатором, а нагрузка постоянного тока — со свободным концом
вторичной обмотки взаимной индуктивности. При правильном выборе значений взаимных индуктивностей и
конденсатора, переменная составляющая напряжения на шине постоянного тока будет отсутствовать, за
исключением случаев, когда она вызвана примесями во взаимной индуктивности. Этот эффект можно
компенсировать небольшим сопротивлением, включенным последовательно с конденсатором, или
небольшим конденсатором, подключенным параллельно концам взаимной индуктивности, не соединенным с
конденсатором.
Ток в конденсаторе можно минимизировать, включив индуктивность в цепь конденсатора последовательно с
первичной обмоткой или увеличив магнитный поток рассеяния. При многофазном питании каждая фаза может
быть оснащена своим трансформатором, коммутатором, щетками и т. д., и путем соответствующего
последовательного соединения 115 щеток будет получено постоянное напряжение.
Данное устройство может функционировать как трансформатор постоянного тока. С этой целью
трансформатор 120 может иметь две обмотки, каждая со своим коммутатором, щетками и т. д., при этом
постоянный ток подключается к одному из коммутаторов, а к другому — к нагрузке. Коэффициент
трансформации будет зависеть от положения щеток и соотношения витков двух обмоток, так что, изменяя
положение щеток относительно друг друга, коэффициент трансформации можно постоянно изменять. Только
один 130 Q80,00'.
Можно использовать обмотку, в этом случае токи в двух цепях частично уравновесятся в обмотке аналогично
тому, как это происходит в роторном преобразователе. Можно использовать только один коммутатор,
имеющий два набора щеток⁵, когда коэффициент преобразования будет зависеть от относительного
положения двух наборов щеток.
Если требуется переменная составляющая напряжения (удвоенная по сравнению с основной частотой) на
щетках, то одним из способов устранения постоянной составляющей в нагрузке является последовательное
подключение подходящего конденсатора или, если используется многофазный аппарат, соответствующее
последовательное соединение щеток.
При использовании в качестве трансформатора постоянного тока сердечники трансформатора необходимо
будет возбуждать переменным током, который можно получить из отдельного источника, пропуская
необходимый ток через обмотки трансформатора. Этот ток можно получить от небольшого генератора 9,
вращающегося вместе со щетками, или от контактных колец, отрегулированных под двигатель, используемый
для вращения щеток, так что любое небольшое изменение скорости вращения щеток будет сопровождаться
соответствующим изменением частоты магнитного потока трансформатора. Для устранения пульсирующего
эффекта можно применить многофазный или другой описанный выше метод.
Одно из важных применений изобретения заключается в его использовании в связи с электрической тягой.
Согласно изобретению, электрическая тяговая система может включать в себя электрический коммутаторный
преобразователь описанного выше типа, который получает ток от источника питания (переменного или
постоянного) и подает постоянный ток при другом напряжении на тяговые двигатели постоянного тока, причем
двигатели предпочтительно управляются движением щеток преобразователя.
Такая система позволяет осуществлять рекуперативное торможение путем простой регулировки щеток
преобразователя до точки, в которой постоянное напряжение на щетках становится меньше противо-ЭДС
двигателей. Поскольку напряжение постоянного тока преобразователя изменяется до нуля, рекуперативное
торможение может быть достигнуто на всех скоростях.
Вращая щетки преобразователя со скоростью, отличной от синхронной, можно получить от преобразователя
переменный ток с частотой, отличающейся от частоты источника питания. Однако из-за разницы в двух
частотах ток переменного тока будет изменяться с «биениями». Иными словами, оно будет состоять из токов
с двумя наложенными друг на друга частотами.
65S Одну из частот можно ограничить в нагрузке методами, предложенными при преобразовании
переменного тока в постоянный.
Фат использует резонансный контур последовательно, или метод моста А. Кэмпбелла, или многофазный
источник питания с 70 щетками, соответствующим образом соединенными последовательно.
При несинхронном вращении.
Таким образом, устройство с щетками может быть удобно в качестве преобразователя частоты. Более того,
изменяя скорость вращения щеток, частоту можно непрерывно изменять.
Когда щетки вращаются несинхронно, можно преобразовать однофазный ток в двухфазный или трехфазный,
обеспечив двухфазный ток с двумя щетками по 80° на коммутаторе, расположенными на расстоянии -90° друг
от друга, и трехфазный ток с расстоянием 120° друг от друга. Многофазные токи с большим числом фаз могут
быть получены путем увеличения количества щеток. 85 Если щетки, расположенные на расстоянии 90° друг
от друга, используются на коммутаторе таким образом, чтобы получить сбалансированный переменный ток от
щеток, то источник питания будет иметь только одну частоту как по току, так и по напряжению. Каждую щетку
можно заменить парой щеток, как было предложено в случае нагрузки постоянного тока, так что переменное
давление между щетками в каждой паре можно изменять, изменяя расстояние между ними. Любая
сбалансированная многофазная система будет вести себя аналогичным образом.
То же самое относится и к преобразованию постоянного тока в переменный. Однако в этом случае сердечники
трансформатора сначала должны будут возбуждаться отдельным источником переменного тока, как
объяснялось при описании метода преобразования постоянного тока, если постоянный ток является
единственным доступным источником питания. 105 Искрение на поверхности коммутатора можно свести к
минимуму, увеличив количество сегментов коммутатора, а для почти полного устранения искрения
соединения, передающие переменные потенциалы на коммутатор, включают проводники, проходящие через
магнитную цепь, включающую магнитный элемент.
фиксированное фазовое соотношение с щетками, которые служат для индуцирования в проводниках 115,
соединенных с сегментами, подвергающимися коммутации в любой данный момент времени,
соответствующей коммутирующей электродвижущей силы.
Там, где это возможно, хотя и редко, эта электродвижущая сила индуцируется непосредственно в витках,
подвергающихся коммутации.
То есть, посредством подвижного железного рычага создается поток, необходимый для балансировки
коммутирующей ЭДС, который связывает витки именно в момент их коммутации. i25 Этот железный рычаг
может нести намагничивающую катушку для создания этого потока или же просто замыкать магнитную цепь,
соответствующим образом возбужденную на неподвижной части в момент включения. 30 i 11 1 i i1 i 1 11 i1 J --
---i, 4 286,001 i Изобретение - -до сих пор - описывалось в связи со случаем, когда желательно, насколько это
возможно, поддерживать плавную форму волны или пульсацию напряжения, получаемого от щеток, и поэтому
соответствующие напряжения смежных сегментов предпочтительно следуют синусоидальному закону.
Однако, возможно заставить их подчиняться различным желаемым законам путем выбора соответствующих
отводов, и поэтому, согласно еще одной особенности изобретения, в электрическом коммутаторном
преобразователе предусмотрено сочетание коммутатора и индуктивно намотанной катушки, поддерживаемой
переменным потенциалом, с отводами между сегментами коммутатора и различными точками на катушке, так
что все сегменты поддерживаются при разных переменных напряжениях, которые, однако, находятся в фазе
друг с другом, при этом отводы выбраны таким образом, что щетка, последовательно перемещающаяся по
сегментам коммутатора, поддерживается практически при потенциале, который подчиняется желаемому
периодическому закону.
Более подробное описание предпочтительных вариантов конструкции аппарата приведено ниже.
В одном из вариантов устройства предусмотрен трансформатор, который может представлять собой
вспомогательный трансформатор, обмотки которого имеют отводы в количестве, равном половине числа
сегментов на коммутаторе. Эти положения выбраны таким образом, чтобы напряжения, измеренные от
середины обмотки трансформатора, были пропорциональны последовательным равноудаленным ординатам
половины синусоидальной кривой от ее отрицательного до положительного максимума.
40Отводы соединены проводниками 40с последовательными сегментами коммутатора, простирающимися на
половину его окружности.
Сегменты другой половины коммутатора соединены крест-накрест с сегментами первой половины, и их
потенциалы завершают синусоидальное распределение мгновенных переменных потенциалов вокруг
коммутатора. Вместо одного полного цикла чередования потенциалов вокруг коммутатора, при желании,
может быть два или более полных цикла, которые можно организовать либо путем дублирования отводов в
трансформаторе, либо, что предпочтительнее, путем перекрестного соединения на самом коммутаторе.
Если предположить, что к этому коммутатору приложена щетка, которая перемещается относительно него с
постоянной электрической угловой скоростью 2, и что переменный ток в катушке трансформатора имеет
частоту ω, а щетка опережает по потенциалу на Δ, то можно показать, что напряжение на щетке в любой
момент времени равно E'{co[ -]o[r+], где E — максимальное мгновенное значение переменного потенциала,
подаваемого на коммутатор. В частном случае, когда скорость движения щеток относительно коммутатора
синхронизируется с частотой переменного тока (т.е. Q1 равно co) полученное напряжение, как видно из этого
уравнения, равно E[Cos A -cos (2wt +A)]. То есть оно состоит из постоянной составляющей (cos X) и
переменной составляющей удвоенной частоты (cos (2wt + X)).
Что касается конструкции машины, то это будет зависеть от метода 80 получения относительного движения
между щетками и коммутатором. Можно выделить три основных варианта:
(a) вращение щеток. 85 (b) вращение трансформатора или, по крайней мере, его намотанной части вместе с
ко-мутатором.
(c) - вращение коммутатора при сохранении неподвижности щеток. 90 Способы (а) и (с) предполагают
наименьший вес подвижных частей, но в одном случае необходимо предусмотреть контактные кольца для
передачи тока к щеткам и от них, а в другом — для соединения трансформатора 95 с коммутатором. При
использовании метода (c) количество контактных колец должно быть равно количеству отводов
трансформатора. Вращение будет осуществляться с помощью небольшого синхронного двигателя (которому
нужно будет лишь преодолеть небольшой крутящий момент, возникающий из-за трения, и крутящий момент,
необходимый для создания коммутирующих ЭДС).
Для нейтрализации эффекта магнитного потока основного трансформатора и самоиндукции закороченных
обмоток трансформатора при коммутации постоянного тока необходимо использовать устройство для
создания ИДС в коммутируемых обмотках, как это делается с помощью интерполей в постоянном токе.
машины.
Один из возможных способов сделать это — соединить сегменты коммутатора с соответствующими отводами
трансформатора 115 с помощью катушек с железным сердечником, имеющих подходящее количество витков.
Вращающийся синхронно с щеткой железный рычаг замкнул бы магнитную цепь в требуемый момент времени
и, таким образом, индуцировал бы ЭДС, пропорциональную скорости изменения магнитного потока в
катушках, подключенных к закороченным виткам трансформатора. Размер и форма этого железного рычага
будут зависеть от размера щетки относительно сегментов коммутатора. Катушки, в которых индуцируется
коммутирующая ЭДС, предпочтительно располагать попеременно над и под железным кольцом;
генерируемая ЭДС может быть пропорциональна току нагрузки. Как правило, при однофазном питании
используются две щетки, поэтому потребуется два генератора переменного тока.
Для многофазной сети, поскольку щетки 70, как правило, движутся одинаково по всем фазам, потребуется
всего два многофазных генератора переменного тока.
В описанном выше способе коммутации катушки, в которых вращающиеся -75 плечи создают необходимую
коммутирующую ЭДС, будут создавать размагничивающий эффект, который будет добавлен к ампер-виткам,
создающим поток (b).
В случае несинхронного вращения щеток 80 можно использовать аналогичные методы коммутации.
При использовании нескольких щеток количество витков, в которых индуцируется коммутирующая ЭДС, или
количество вращающихся рычагов необходимо будет пропорционально изменять.
Чтобы избежать использования катушек на вращающихся рычагах, когда нагрузка настолько велика, что они
становятся необходимыми, возможно 90 изменять механическим или иным способом магнитное поле в
катушках, в которых индуцируется коммутирующая ЭДС, путем соответствующего изменения магнитного
сопротивления магнитных цепей или магнитных путей 95, шунтируя катушки, создающие поток, или катушки,
создающие коммутационную ЭДС.
Или же изменить собственную индуктивность секций трансформатора с помощью железной проволоки или
полос, расположенных соответствующим образом вблизи этих секций, так чтобы она изменялась
синусоидальным образом.
В преобразователях, созданных по данному изобретению, радиальный коммутатор был бы оптимальным при
вращении щеток, поскольку центробежные силы J105 не влияли бы на давление на щетки. Радиальный
коммутатор позволит размещать щетки с каждой стороны, что даст возможность регулировать их
относительное положение независимо от размеров щеткодержателей.
Для создания вращения при питании от источника постоянного тока небольшой двухтактный двигатель с
комбинированной обмоткой обеспечит достаточную постоянную скорость для большинства целей.
Абсолютная постоянность скорости не так важна для преобразования постоянного тока, но важна для
преобразования переменного тока.
Для этой цели наиболее подходящим был бы синхронный двигатель постоянного тока с необходимым
количеством полюсов, зависящим от конструкции коммутатора.
Для снижения скорости, необходимой для обеспечения частоты, количество коммутаторных сегментов (125)
можно удвоить, утроить или увеличить еще более, при этом скорость снизится в той же пропорции.
Необходимо иметь возможность изменять положение щеток, чтобы регулировать величину их опережения
или запаздывания. 3, к которым катушки магнитно соединены, и вращающийся рычаг можно разделить, чтобы
замкнуть цепь либо над, либо под кольцом, так что эффективное угловое расстояние S между краем одной
катушки и краем следующей может быть равно нулю или равно расстоянию между изоляцией коммутаторных
пластин.
Форму вращающегося железного рычага или полюсов катушек с железным сердечником, в которых
индуцируется коммутирующая ЭДС, можно регулировать для достижения идеальной коммутации на
протяжении всего периода коммутации.
Если число витков в катушке пропорционально числу витков в соответствующих обмотках трансформатора, то
коммутирующий поток будет состоять из двух слагаемых:
(а) сбалансировать ЭДС трансформатора, сделав её пропорциональной основной ЭДС трансформатора и
совпадающей с ней по фазе.
(b) для балансировки эффекта самоиндуктивности 25 закороченных катушек, который очень пропорционален
току и находится в квадратуре с щеткой.
Первый член (а) можно получить, пропустив необходимый ток через катушки на неподвижной части
коммутирующей магнитной цепи. Если питание многофазное, то на главном трансформаторе можно
установить обмотки (или, если возможно, отводы) последовательно, так что суммарное давление,
приложенное к коммутирующей обмотке, обеспечит требуемый магнитный поток. При однофазном питании
ток в коммутирующей обмотке можно получить от небольшого генератора или от отводов двигателя,
используемых для вращения щеток, либо от обмотки главного трансформатора с конденсатором для
получения необходимого фазового угла.
Второй член (b) можно получить, пропуская ток через обмотки на вращающихся рычагах коммутатора.
Если щетки зафиксированы в нужном положении, ток можно получить от трансформаторов тока, первичные
обмотки которых соединены последовательно с первичными обмотками основного трансформатора, а
вторичные обмотки соответствующим образом соединены последовательно с коммутирующими обмотками
для обеспечения правильной фазы, то есть когда питание многофазное. Однако при однофазном питании
требуемый фазовый угол тока можно получить с помощью конденсаторов, используемых с трансформатором
тока. Если требуется изменять напряжение путем перемещения щеток, к каждому рычагу щетки можно
прикрепить небольшой генератор переменного тока, чтобы фаза ЭДС изменялась.
Полученные результаты могут варьироваться в зависимости от положения кисти. Этот генератор может
возбуждаться током нагрузки, а плотность магнитного потока может поддерживаться на низком уровне,
поэтому ЭДС, 286 001 286 001 Когда щетки неподвижны, никаких трудностей не возникает. При вращении
щеток возможно несколько вариантов движения.
Если используется только одна щетка или все щетки должны двигаться одновременно, статор небольшого
двигателя можно повернуть на необходимое расстояние.
Когда имеется несколько щеток, которым необходимо придать вращательное движение, каждая щетка может
вращаться с помощью отдельного двигателя, статоры которого могут перемещаться независимо или в любом
желаемом соотношении посредством зубчатой передачи.
Если щетки должны вращаться в противоположных направлениях, относительное движение может быть
достигнуто аналогично дифференциальному механизму автомобиля.
На валу приводного двигателя закреплена одна щетка и шестерня, соответствующая одной из шестерен
осевого моста дифференциала.
Планетарные колеса дифференциала приводят в движение вторую щетку, которая установлена на валу,
соосном с первой, а относительное перемещение щеток может осуществляться путем регулировки
планетарных колес вокруг оси вращения щеток.
Одновременно с этим потребуется переместить статор двигателя. Это невозможно правильно закрепить на
рычаге.
Следует отметить, что вращение щеток в противоположных направлениях практически эквивалентно
расположению щеток на расстоянии 180° (электрическое) друг от друга. Следовательно, при перемещении
одной из щеток на 1800 градусов они окажутся в фазе.
Если необходимо, чтобы обе щетки двигались в одном направлении и чтобы их угловое расстояние
регулировалось, одним из способов сделать это является дублирование дифференциального механизма.
Иными словами, установить последовательно две дифференциальные шестерни одну за другой, при этом
одна щетка будет установлена на приводном валу, а другая — на валу, приводимом в движение вторым
дифференциалом, который будет вращаться в том же направлении, что и первый вал. Вращение одной или
обеих планетных систем дифференциалов позволяет передавать относительное движение щеткам, как и
прежде, без нарушения их общего вращения.
Положение щетки будет зависеть от коэффициента мощности синхронного двигателя, то есть от тока
возбуждения. Следовательно, это положение должно оставаться постоянным или может быть изменено для
варьирования общего положения щеток на небольшой угол. Для ограничения тока нагрузки рычаг можно было
заблокировать штифтом, приводимым в действие соленоидом, когда ток достигал определенного значения.
До настоящего момента мы рассматривали только однофазное электроснабжение. Если питание трехфазное,
каждую фазу можно рассматривать как однофазную, питающую три отдельные цепи. Если щетки вращаются с
синхронной скоростью и находятся на расстоянии 120 м друг от друга, то три постоянных напряжения будут
одинаковыми.
Если три коммутатора, по одному на каждую фазу трехфазного источника питания или два коммутатора на
двухфазный источник питания, соединены последовательно для подачи постоянного тока, то переменная
составляющая напряжений на их щетках будет взаимно компенсироваться, а составляющие постоянного тока
будут складываться, и, таким образом, пульсации исчезнут без использования методов, описанных выше.
Если щетки не вращаются с синхронной скоростью и расположены в одном и том же положении (т.е.
эффективное угловое расстояние между ними равно нулю), то мы получим три переменных напряжения,
находящихся в фазе друг с другом и равных по величине. Мы можем соединить подходящие щетки вместе и
получить однофазный сигнал из трехфазного.
Для получения трехфазного сигнала с частотой, зависящей от... В: расстояние между комплектами щеток
должно составлять 1200. Разместив три комплекта кистей по 1200 штук.
Разнесенные по каждому коммутатору, расположенному в одном и том же положении, позволяют получить
трехфазный ток без необходимости использования тока двух частот от источника питания. Если мы
разместим два комплекта щеток на расстоянии 900 градусов друг от друга на каждом коммутаторе, мы
получим тот же результат, но с двухфазной нагрузкой, и так далее для любого другого многофазного
источника питания.
Любую другую многофазную систему можно рассматривать аналогичным образом, и мы также можем
переходить от одной многофазной системы к любой другой путем соответствующего расположения щеток.
Переходя к вопросу регулирования, следует отметить, что основное падение напряжения будет происходить в
трансформаторе, тогда как падения напряжения в остальной части машины будут незначительными. Падение
на 110 градусов в месте контакта щеток будет незначительно изменяться при умеренных изменениях
нагрузки.
Следовательно, регулировка будет практически такой же качественной, как и в обычном трансформаторе.
Наиболее интересное применение изобретения j j1 — это управление скоростью двигателей, и особенно
тяговых.
В тяговых системах наиболее подходящими оказались последовательные двигатели постоянного тока, но
большим преимуществом было бы, если бы удалось добиться рекуперативного торможения и регулируемой
скорости без использования реостатов (которые создают потери).
Предположим, у нас однофазное питание. Мы можем преобразовать его с помощью описанного выше
преобразователя в постоянный ток при любой ЭДС, изменяя E от до -2 путем перемещения щеток.
Если мы подадим эту ЭДС на источник постоянного тока...
В двигателе мы получим любую скорость, которая может поддерживаться в разумных пределах путем
изменения переменного давления между щетками в зависимости от частоты.
Еще одно преимущество машины⁶ достигается за счет последовательного соединения нескольких
коммутаторов, каждый из которых имеет соответствующие обмотки трансформатора, что позволяет получать
высокие напряжения.
Описанное коммутационное устройство.
Кроме того, вышеизложенное может быть применено к машинам, в которых коммутация затруднена.
Например, его можно использовать между якорем и коммутатором двигателя постоянного тока,
динамо-машины или преобразователя, чтобы щетки можно было установить в точке, не соответствующей
нейтральной точке якоря. Таким образом, скорость вращения двигателя или напряжение в случае
динамо-машины или преобразователя можно было изменять простым перемещением щеток. Возбуждение
коммутирующего редуктора, разумеется, должно быть отрегулировано в соответствии с требованиями
машины, к которой оно применяется, поскольку ЭДС трансформатора и эффект самоиндуктивности
закороченных катушек, которые должны быть «сбалансированы», будут функциями времени, и эти функции
будут различными для каждого рассматриваемого случая.
Дата: 26 ноября 1926 года.
РЭЙМОНД М. УИЛМОТТ.
при повышении приложенного напряжения. Таким образом, мы можем постепенно изменять скорость без
использования реостата. Скорость можно плавно и бесступенчато изменять, при этом вместо обычных двух
двигателей достаточно использовать всего один.
Если во время работы двигателя на полной скорости уменьшить значение постоянного напряжения, двигатель
будет действовать как динамо-машина, и мы получим рекуперативное торможение. По мере замедления
вращения двигателя мы можем продолжать снижать напряжение постоянного тока. Чтобы остановить
двигатель, мы можем сделать это напряжение отрицательным, продолжая вращать щетки. Таким образом, мы
можем добиться рекуперативного торможения вплоть до полной остановки.
В то же время у нас есть преимущество в виде возможности использования переменного тока высокого
напряжения.
электропитание с коэффициентом мощности, равным единице.
Если источником питания является постоянный ток (как в трамваях и т. д.), то, очевидно, мы можем получить
тот же результат, используя машину в качестве источника постоянного тока.
трансформатор, поскольку коэффициент трансформации можно изменять, перемещая щетки.
Это позволило бы значительно сэкономить электроэнергию применительно к трамваям и пригородному
транспорту, где часто бывают остановки.
Другой метод регулирования скорости для тяговых систем и т. д. — использование асинхронных двигателей с
короткозамкнутым ротором и изменение скорости путем изменения частоты. Текущая полная спецификация
410.
Усовершенствования в области электрических преобразователей, трансформаторов и тому подобного, а
также относящиеся к ним.
ИРЕЙМОНД МОРИС УИЛМОТТ, проживающий по адресу: Приори Мэншнс, Дрейтон Гарденс, 4, Лондон,
Юго-Западный 10, подданный Великобритании, настоящим заявляет, что характер данного изобретения и
способ его осуществления будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к усовершенствованию электрических машин, снабженных сегментным
коммутатором, и его целью является создание усовершенствованного метода и устройства для коммутации
электрического тока в таких машинах. Еще одной целью изобретения является создание
усовершенствованного электрического преобразователя, который прост и дешев в изготовлении и обладает
многими преимуществами по сравнению с используемыми в настоящее время машинами, как будет показано
далее.
Как известно, при коммутации электрического тока щетка или щетки перемещаются относительно ряда
коммутаторных сегментов, соединенных с отводами или подобными элементами катушки или катушек
машины, и при перемещении щетки по этим сегментам может возникать искрение из-за генерации
коммутирующей ЭДС в коммутируемых сегментах. Следует понимать, что не имеет значения, неподвижна ли
щетка, а коммутатор движется, или наоборот, или движутся оба, существенным условием является наличие
относительного движения между ними во время работы; как правило, указанное движение является
вращательным, хотя это и не обязательно, например, оно может быть возвратно-поступательным.
Для преодоления этого дефекта, вызывающего искрение, были предложены различные методы, в частности,
создание «балансирующей ЭДС», противодействующей коммутирующей ЭДС.
Согласно настоящему изобретению, для электрических машин описанного типа предусмотрен способ
коммутации, который включает в себя соединение вспомогательной магнитной цепи, обладающей
магнитодвижущей силой, с электрическим проводником, ведущим к коммутаторному сегменту, изменение
магнитного сопротивления указанной магнитной цепи в течение периода коммутации и, таким образом,
индуцирование уравновешивающей ЭДС в указанной электрической цепи, противоположной
уравновешивающей ЭДС магнитодвижущей силы. Следует понимать, что магнитодвижущая сила может
обеспечиваться постоянным магнетизмом указанной магнитной цепи или током, протекающим в указанной
электрической цепи, но предпочтительно она получается путем соединения магнитной цепи с одной или
несколькими электрическими цепями, которые не зависят от электрического проводника, ведущего к
коммутаторному сегменту. Эти электрические цепи передают постоянный или переменный ток, получаемый
путем прямой электрической или магнитной связи со входной цепью, выходной цепью, отдельным
генератором или их комбинацией.
Удобный способ изменения магнитного сопротивления магнитной цепи заключается в создании в ней
воздушного зазора и перемещении через него массы магнитного материала синхронно с относительным
движением щетки по сегменту коммутатора. Предпочтительно, чтобы рабочая ширина воздушного зазора
изменялась в течение периода коммутации, при этом контролировалась скорость изменения магнитного
сопротивления магнитной цепи, чтобы получить уравновешивающую ЭДС желаемой формы, как это более
подробно описано ниже. Для простоты масса вышеупомянутого магнитного материала обозначается как
индуктор. Изобретение также включает в себя устройство для осуществления описанных выше методов,
которое включает в себя в комбинации коммутатор и щетку или щетки, имеющие относительное перемещение
по сегментам коммутатора, сердечник из магнитного материала, образующий магнитную цепь и имеющий в
ней воздушный зазор, электрическую коммутирующую катушку, связанную с ним и соединенную с одним или
несколькими сегментами коммутатора, индуктор и средства для перемещения указанного индуктора через
воздушный зазор синхронно с прохождением коммутирующей щетки по одному или нескольким указанным
сегментам коммутатора.
Указанная коммутирующая катушка может быть установлена последовательно между катушкой или
катушками машины, либо последовательно между отводом и соответствующим сегментом или сегментами
Соседние файлы в папке патенты