Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_5938
.pdf
коммутатора. Удобно, что к каждому сегменту коммутатора прикреплена коммутирующая катушка, которая
намотана на вышеупомянутый магнитный сердечник.
В таких аппаратах с круглым коммутатором удобно либо расположить магнитный сердечник таким образом,
чтобы воздушные захваты были концентричны с осью коммутатора, и установить индуктор так, чтобы он
вращался вокруг этой оси, либо удерживать индуктор неподвижно и вращать магнитные сердечники вокруг
этой оси.
Таким образом, удобно устанавливать индуктор на держатель щеток. Следует отметить, что коммутатор
может быть радиального типа или более распространенного цилиндрического типа, в зависимости от
потребностей. В некоторых случаях желательно расположить рабочие длины индуктора и воздушного зазора
таким образом, чтобы время входа индуктора в воздушный зазор и/или его выхода из него происходило
соответственно до и/или после времени контакта и/или разрыва соответствующей щетки с коммутируемым
сегментом или сегментами. 80 Следует понимать, что в процессе работы коммутирующая ЭДС может иметь
определенное значение в момент контакта щетки с коммутируемым сегментом, однако, расположив индуктор
8 таким образом, чтобы он входил в воздушный зазор до контакта щетки с коммутаторным сегментом,
компенсирующая ЭДС создается практически до указанного определенного значения коммутирующей ЭДС, но
в противоположном направлении. Момент разрыва индуктора и щетки относительно воздушного зазора и
коммутаторного сегмента соответственно обеспечивает балансировку ЭДС.
упасть с величины ЭМП, существовавшей на конец периода коммутации, до нуля.
В соответствии с еще одной особенностью изобретения, либо одна из поверхностей индуктора, либо
полюсная поверхность воздушного зазора, либо обе поверхности также имеют форму, позволяющую
изменять рабочую ширину воздушного зазора; очевидно, что при желании обе поверхности каждой из них
могут быть сформированы. Следует отметить, что таким образом достигается балансировка ЭДС желаемой
формы волны.
Известно, что коммутирующая ЭДС может быть определена с помощью осциллографа. Известно также, что
ЭДС, индуцированная в электрической цепи, пропорциональна скорости изменения витков магнитного потока.
В конструкциях, созданных в соответствии с данным изобретением, число витков коммутирующей катушки
постоянно, поэтому очевидно, что уравновешивающая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного
потока, а последняя, в свою очередь, обратно пропорциональна магнитному сопротивлению магнитной цепи.
Магнитное сопротивление цепи изменяется в зависимости от воздушного зазора, и при желании его можно
измерить любым из известных методов в диапазоне 1-20.
Таким образом, становится ясно, что приблизительное значение изменения рабочей ширины воздушного
зазора в течение периода коммутации можно получить путем пробных расчетов, и, следовательно,
воздушный зазор и/или индуктор можно легко сформировать для обеспечения желаемой ширины, но следует
понимать, что этот результат является лишь приблизительным, поскольку на него будет влиять утечка
жидкости, которую очень трудно оценить. Поэтому предпочтительно измерять магнитное сопротивление
магнитной цепи для различных положений индуктора в воздушном зазоре, воспроизводя при этом рабочие
условия в станке, а затем вносить окончательные корректировки в форму для получения желаемой формы
волны JO балансирующей ЭДС. Измерение магнитного сопротивления проводится в рабочих условиях для
обеспечения необходимой плотности магнитного потока в магнитной цепи, хотя следует понимать, что могут
быть использованы любые известные средства для создания этого желаемого состояния. В качестве
альтернативы, форму воздушного зазора и/или индуктора можно приблизительно определить, как указано
выше, а результирующая коммутирующей и балансирующей ЭДС определяется с помощью осциллографа, на
основании которого может быть произведена окончательная настройка; при этом осциллографические
измерения повторяются столько раз, сколько необходимо.
I25 На прилагаемых чертежах, рисунках 1 и 2, которые представляют собой соответственно вид спереди и
сечение по линии 2-2 рисунка 1, схематически изображена одна конструкция аппарата для осуществления
изобретения, из которой легко понять его общее применение. — Стационарный коммутатор 10 имеет ряд
равных сегментов 11a, 11b, le, lid и т. д. вокруг. Концы отводов от обмотки машины, которые обычно
соединяются с соответствующими сегментами, обозначены цифрами 12a, 21b, 12c, 12d и т. д. Соосно с
коммутатором расположен вращающийся вал 13, на котором установлен рычаг 14 для вращения вместе с
ним; рычаг 14 несет подшипниковый блок 15, на котором установлен шпиндель 16 с щеткой 17. Таким
образом, по мере вращения рычага 14 щетка 17 будет перемещаться по сегментам lla, lib, lie, lld и т. д.
Наружный конец рычага 14 раздвоен, образуя два элемента 18, 19, каждый из которых снабжен на конце
индуктором из железа или другого подходящего магнитного материала.
Элементы 18 и 19 изогнуты вперед и назад относительно рычага 14 на равные величины в плоскости
вращения рычага 1-4, а также вбок; назначение этого объяснено ниже. Индукторы 20, 21 предназначены для
прохождения через ряд воздушных зазоров 22a, 22h, 22c, 22d и т. д. На рис. 3 показаны полюсные
поверхности 23 на магнитном сердечнике 24a, 24b, 24c, 24d и т. д., соответствующие каждому
коммутирующему сегменту, хотя для простоты на рисунке показано лишь несколько из них. Следует отметить,
что сердечники расположены парами 24a, 24b и 24c, 24d и т. д., а также что изгиб элементов 18, 19 таков, что
индукторы 201 21 смещены относительно друг друга, так что один, скажем, 21, входит в воздушный зазор 22c
(рис. 3), когда индуктор 20 выходит из воздушного зазора 22b, но как только индуктор 70 21 проходит в
пространство между воздушными зазорами 22c и 22e, индуктор 20 входит в воздушный зазор 22d. Следует
понимать, что хотя для простоты на рисунках 1 и 2 показаны только четыре магнитных сердечника, для
каждого компонента будет по одному.
мутаторный сегмент. На рисунке 3 представлено частичное изображение, показывающее относительное
положение некоторых магнитных сердечников, воздушных зазоров 80 и индукторов. Видно, что
противоположные полюсные поверхности 23, образующие воздушные зазоры 22a, 22b и т. д., проходят через
дугу окружности, эквивалентную сегменту коммутатора 3, как показано линиями цепочки 85 25a, 25b, 25c и т.
д., которые обозначают граничные плоскости клиновидных поверхностей сегментов коммутатора.
Теперь обратимся к щетке 17. На рисунке 2 она показана как простирающаяся на один 90-градусный сегмент,
а именно 11b коммутатора, и находящаяся в центре периода коммутации; однако дуга, по которой проходят
индукторы 20, 21, в значительной степени пропорциональна дугообразной ширине щетки. То есть, если,
например, щетка простирается на два сегмента, то индукторы примерно в два раза длиннее, однако длина
воздушных зазоров соответствует ширине соответствующих сегментов коммутатора.
Следует отметить, однако, что каждый индуктор снабжен носком 26 и пяткой 27, которые немного выступают
за пределы эквивалентной дуги jo,5, цель которых — обеспечить определенное значение уравновешивающей
ЭДС в начале и конце периода коммутации каждого сегмента, как было объяснено ранее. Носок индуктора
шире, чем пятка (см. рис. 3), так что по мере прохождения индуктора через воздушный зазор сопротивление
быстро уменьшается в начале и быстро увеличивается в конце периода коммутации, и, таким образом,
изменяется рабочая ширина воздушного зазора.
На каждом из сердечников 24 соответственно намотана возбуждающая катушка 28a, 28b и т. д., каждая из
которых питается от источника питания, не показанного на схеме. Также на каждом сердечнике 24 намотана
коммутирующая катушка 29a, 29b, 29c и т. д., по одной для каждого сегмента коммутатора, причем каждая из
этих катушек 125 соединена последовательно между отводом 12 и сегментом 11. На рисунке 1 показано
только соединение отвода 12a с катушкой 29a, а затем с сегментом 11a, но следует отметить, что каждая
катушка аналогично соединена со своим соответствующим сегментом и отводом. При желании, конечно,
можно использовать пары катушек, такие как катушки 28a и 28b, или 28c и 28d и т. д.
Анбе заменен одной возбуждающей катушкой.
В описанной выше конструкции видно, что используются два индуктора, смещенные в плоскости вращения на
расстояние, эквивалентное одному сегменту индуктора, а сердечники 24 расположены парами. Если
используется только один индуктор, то, поскольку для каждого сегмента коммутатора имеется воздушный
зазор, и эти зазоры расположены по кругу вокруг коммутатора, концы полюсных поверхностей 23 будут
соприкасаться друг с другом, так что магнитная цепь в сердечнике 24 будет замыкаться через эти
соприкасающиеся концы, и эффект индуктора будет значительно ослаблен.
Описанная выше схема устраняет эти недостатки, поскольку, несмотря на то, что полюса последовательных
воздушных зазоров расположены на некотором расстоянии друг от друга, индукторы, тем не менее, входят в
воздушные зазоры последовательно, синхронно со щеткой.
В современных машинах обычно сегменты коммутатора соединяют с отводами, симметрично отведёнными от
обмоток машины; следовательно, в любой момент времени на коммутаторе существует две или более точек,
для которых распределение потенциала коммутатора по обе стороны от этих точек одинаково, но имеет
противоположный знак; такие точки удобно рассматривать как точки нулевого потенциала. В общем случае
для каждой пары полюсов машины существует две такие нулевые потенциальные точки, однако следует
отметить, что такие точки не обязательно являются стационарными относительно коммутатора.
Между нулевыми потенциальными точками существуют максимальные потенциальные точки.
В таких машинах описанный выше метод и устройство коммутации позволяют изменять соотношение
преобразования между потенциалом катушки или катушек машины и потенциалом щетки.
Таким образом, изобретение включает в себя комбинацию с устройством для коммутации, описанным выше, в
котором коммутатор имеет точки нулевого потенциала, средствами для перемещения щетки относительно
указанных точек на электрический угол (например, на 10°) и средствами для удержания ее в положении, в
которое она была перемещена. Следует понимать, что это смещение отличается от непрерывных
относительных движений, которые совершают части, и является дополнением к ним.
Разумеется, известно, что щетки таких электрических машин перемещаются на небольшой угол — с целью
минимизации искрения, — но угол перемещения невелик и не может быть увеличен из-за трудностей
коммутации, тогда как согласно данному изобретению, благодаря наличию устройства 70 для коммутации, как
описано выше, щетку можно перемещать на любой желаемый угол, например, на 180° электрического, с
целью изменения коэффициента трансформации. 75 Если используется только одна щетка, фаза между
потенциалом и током в катушке или катушках машины изменяется в зависимости от величины сдвига, и для
решения этой проблемы одну щетку заменяют двумя.
В зависимости от изменения угла между щетками, при сохранении их срединного положения неизменным,
изменяется и коэффициент преобразования, при этом разность фаз между потенциалом и током в катушке
или катушках машины остается постоянной. Однако, согласно.
По мере изменения угла между их срединным положением и нулевой потенциальной точкой на 90 градусов
изменяется и разность фаз, таким образом, контролируются как коэффициент преобразования, так и/или
разность фаз в машине.
Устройство, предназначенное для перемещения щеток, зависит от способа достижения относительного
перемещения между ними и коммутатором. В случае машины с вращающимся коммутатором и
стационарными рабочими положениями для щеток 00 достаточно предусмотреть средства для изменения
величины их опережения или отставания в широком диапазоне углов. Однако это не представляет особых
трудностей и может быть выполнено несколькими способами, например, путем установки каждой щетки на
вращающееся кольцо-держатель.
В случае машины, имеющей неподвижный коммутатор и вращающиеся щетки, щетка может вращаться с
помощью подходящего небольшого электродвигателя мощностью 1-10 кВт, а перемещение щетки
осуществляется путем поворота статора двигателя на желаемый угол с помощью установленного на нем
управляющего колеса. 115 Очевидно, что несколько щеток могут быть соединены вместе, или каждая щетка
может вращаться с помощью своего собственного двигателя, при этом соответствующие статоры
управляются отдельно. При необходимости между статором и его управляющим элементом может быть
установлен редуктор, позволяющий добиться более точной регулировки. Если электродвигатель,
используемый для вращения щетки или щеток, является синхронным двигателем, то перемещение щетки 125
может осуществляться путем изменения возбуждения поля, иными словами, путем изменения его
коэффициента мощности.
На прилагаемых чертежах, на рисунке 4 схематически изображено устройство 130 с сеткой и коническим
колесом 73, установленным на валу 61 и свободно вращающимся на нем.
На этом колесе 73 установлен рычаг 66a, на котором находится держатель щетки 67a и щетка 68a, которая
соприкасается с первой щеткой на противоположной стороне коммутатора.
Планетарный носитель 72 также установлен таким образом, чтобы свободно вращаться на валу 61, и снабжен
червячным колесом 74, зацепляющим 75a или 5, которое снабжено рукояткой управления 76 и установлено на
любой удобной неподвижной части машины. Водитель планетарной передачи 72 и коническое колесо 73
расположены вдоль оси 8g, вал закреплен на них с помощью муфт 77.
Вращая рукоятку 65 и, соответственно, вращая статор двигателя 60, обе щетки перемещаются до тех пор,
пока щетка 68 не окажется в желаемом положении. Затем, вращая планетарный механизм 72 с помощью
рукоятки 76, щетка 68a независимо от первой щетки устанавливается в желаемое положение. Следует
отметить, что конические зубчатые колеса и планетарный носитель образуют дифференциал с углом
поворота 90 градусов.
Следует отметить, что во многих случаях вращение щеток в противоположных направлениях практически
равносильно перемещению одной щетки на другую. 95 Если необходимо вращать обе щетки в одном
направлении, последовательно устанавливаются два дифференциала один за другим, одна щетка крепится
непосредственно на валу, а другая — на валу, приводимом в движение вторым дифференциалом, который,
следует отметить, вращается в том же направлении, что и первый упомянутый вал. Вращение планетарных
носителей одной или обеих дифференциальных передач может передавать переключение p5 на вторую
щетку, не препятствуя общему движению вращения. Следует отметить, что описанный выше способ и
устройство для коммутации электрических токов имеют общее применение в машинах описанного типа, в
частности, устройство для коммутации применимо к электрическому преобразователю, и, соответственно,
изобретение включает в себя электрический преобразователь, имеющий устройство для коммутации, как
описано выше, в сочетании с коммутатором, все отдельные сегменты которого поддерживаются на
переменных потенциалах, находящихся в фазе или, по существу, в фазе друг с другом, но значения которых
постепенно изменяются, например, синусоидально от сегмента к сегменту между отрицательными и
положительными максимумами, так что щетки, периодически скользящие по сегментам, будут иметь
потенциал, являющийся произведением двух периодических составляющих, одна из которых обусловлена
переменным характером потенциалов, на которых поддерживаются все сегменты. а также 130 для
независимого перемещения каждой из множества щеток, вращающихся общим валом.
На этом рисунке коммутатор 40 выполнен в радиальном исполнении, вал 41, вращающий щетки 42, проходит
через коммутатор концентрично с ним и приводится в движение соответствующим двигателем (не показан).
Вал 41 снабжен с каждой стороны коммутатора втулкой 43, закрепленной на ней шпонкой; каждая втулка 43
снабжена винтовым пазом 44, образуя таким образом кулачковый механизм. На конце каждой втулки,
наиболее удаленном от коммутатора, имеется круглая канавка 45 диаметром 15 мм, которая входит в
зацепление с выступами 46 ударника 47, который шарнирно закреплен в удобной точке и соединен звеном 48
с винтом 49, проходящим через гайку 50. Гайка 50 установлена с возможностью вращения в подшипнике 51 и
снабжена рукояткой 52. Щетка 42 установлена в держателе 53, который закреплен на диске 54. Диск 54
установлен таким образом, чтобы свободно вращаться вокруг втулки 4.3, которая, однако, может свободно
скользить вдоль оси указанного диска. Диск 54 снабжен шестерней 55, которая входит в зацепление с
указанным винтовым пазом 44; осевое перемещение втулки, следовательно, будет вызывать смещение
щетки, которое накладывается на вращение щетки, обусловленное валом.
Опорные блоки 56, 57 предназначены для удержания диска 54 в фиксированном аксиальном положении на
валу 41. Подшипниковый блок 56 образован путем удлинения кольца 58, поддерживающего сегменты
коммутатора, в то время как блок 57 опирается на опорную плиту 59.
Будет показано, что, используя радиальный коммутатор и размещая щетки по обе стороны от него, можно
регулировать их положение на коммутаторе независимо от размеров держателей щеток.
4,5 На рисунке 5 представлена схематическая схема устройства, обеспечивающего «альтернативный метод
перемещения щеток». На этом рисунке двигатель 60, приводящий в движение вал 61, снабжен червячным
колесом 62, которое зацепляется с червяком 63, установленным на опорной плите 64; рукоятка 65
предназначена для вращения червяка 63 и, таким образом, статора двигателя. На валу 61 установлен рычаг
66, имеющий держатель щеток 67, в котором закреплена вращающаяся щетка 68, контактирующая при этом с
сегментами коммутатора 69. «Этот коммутатор неподвижен и поддерживается любым удобным способом на
опорной плите 64». Вал 61 проходит через коммутатор и расположен с более удаленной стороны.
двигатель с прикрепленным к нему коническим колесом 70. Коническое колесо 70 входит в зацепление с
двумя планетарными колесами 71, установленными на планетарном носителе 72, и эти планетарные колеса
71 взаимодействуют друг с другом за счет чередования соединений по мере перемещения щеток из одной
части коммутатора в другую. Следует отметить, что такой преобразователь имеет нулевые потенциальные
точки, и, следовательно, устройство для перемещения щетки или щеток также применимо.
Такой электрический преобразователь может выполнять множество полезных функций за счет различных
вариантов расположения щеток на нем, изменяя относительную скорость между щеткой или щетками и
коммутатором.
Например, если относительное движение коммутатора и щеток асинхронно с потенциалами сегментов,
преобразователь является частотным преобразователем; однако, если относительное движение
синхронизировано, одна из частот выходного сигнала равна нулю, и преобразователь может выдавать
постоянный ток, как это будет подробно описано ниже.
Под фразой «синхронно с сегментом, потенциалами» подразумевается, что относительное движение между
щеткой и коммутатором таково, что щетка проходит по ряду смежных сегментов, потенциалы которых
изменяются в течение одного полного цикла синусоидального или периодического закона, в соответствии с
которым эти потенциалы были выбраны, одновременно с прохождением переменного потенциала через
полный цикл.
если щетка приложена к коммутатору такого электрического преобразователя и перемещается относительно
него с постоянной электрической угловой скоростью 2, а переменное напряжение в катушке трансформатора,
подключенного к сегментам коммутатора, имеет частоту c/2r, и щетка имеет вывод 1 А.
На входном потенциале можно показать, что, когда середина катушки трансформатора находится при
нулевом потенциале, то напряжение щетки в любой момент времени равно .cos[ ( 2-)t+j-cos [ wtx], где. E —
максимальное мгновенное значение переменного напряжения, подаваемого на коммутатор. Таким образом,
будет видно, что ток, подаваемый машиной, будет изменяться «биениями», поскольку он состоит из токов с
двумя наложенными друг на друга частотами.
Одну из этих частот можно устранить одним из нескольких способов: (1) методом моста А. Кэмпбелла; (2) как
описано ниже, путем включения параллельного резонансного контура последовательно с нагрузкой; или (3) с
помощью многофазного источника питания с соответствующим последовательным соединением щеток.
Следовательно, если преобразователь снабжен средствами для изменения 2, на выходе можно получить
любую частоту от нижнего предела 0, т.е. когда n = a, до верхнего предела, который зависит от максимального
значения, которое можно придать 2, причем последнее ограничено только механическими соображениями.
Таким образом, когда относительное движение асинхронное, то есть когда -Q не равно w, преобразователь
является частотным преобразователем. Кроме того, при асинхронном движении однофазный ток может быть
преобразован в двухфазный путем установки двух щеток на коммутаторе с расстоянием 900 электрических
градусов друг от друга, или в трехфазный путем установки трех щеток с расстоянием 1200 электрических
градусов друг от друга.
Многофазные токи с большим числом фаз могут быть получены путем увеличения количества щеток, то есть,
в общем случае, для N-фазного тока будет N щеток, расположенных на расстоянии 360/N электрических
площадей друг от друга.
Однако, если относительное движение синхронное, то есть 2 =tw, то из приведенного выше выражения видно,
что напряжение щетки в любой момент времени t равно Ecos A.- cos (2(ot A), то есть оно состоит из
постоянной составляющей - _ cos A. и переменной составляющей с удвоенной частотой входного сигнала,
последнюю можно устранить методом моста А. Кэмпбелла или, как описано ниже. Теперь А. — это стержень
щетки, подключенный к потенциалу коммутатора, то есть к разности фаз между щеткой и указанным
переменным потенциалом. Следует понимать, что щетка находится в фазе с потенциалом, когда достигает
коммутаторного сегмента максимального потенциала в тот же момент, когда сам потенциал достигает
максимума, и в противофазе, то есть в квадратуре, когда достигает этого сегмента в момент, когда ее
потенциал падает до нуля.
Переменный ток с удвоенной частотой входного сигнала j0 получается, когда щетка находится в квадратурном
отставании или опережении, т.е. когда cos X = 0. Таким образом, условием получения постоянного тока
является то, что щетка должна быть либо в фазе, либо в противофазе на угол, отличный от 90°, с
потенциалом, приложенным к коммутатору. Изменяя фазовое соотношение щетки в пределах 90° опережения
и 90° отставания, можно изменять значение потенциала постоянного тока в диапазоне от нуля до половины
(плюс-минус) максимального значения потенциала переменного тока.
Однако предпочтительно, чтобы для получения постоянного тока была предусмотрена дополнительная щетка
120, которая сдвинута по фазе более чем на 90° (например, щетки опережают и отстают соответственно от
среднего положения, которое сдвинуто по фазе примерно на 90° относительно потенциала), при этом вторая
щетка 1" 286)001 286,001 представляет собой второй вывод цепи постоянного тока.
Таким образом, постоянное напряжение 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 энергии намагничивания переменного тока, которая, как правило, снижает коэффициент
мощности, создавая отставание, при желании среднее положение щеток может быть немного смещено
вперед, предпочтительно изменяясь в зависимости от нагрузки, чтобы поддерживать правильную
компенсацию при всех нагрузках.
Упомянутая выше сопутствующая составляющая удвоенной частоты устраняется путем создания импеданса
постоянного тока.
цепь большая для тока удвоенной частоты, чего можно добиться несколькими способами, например (1) путем
включения большой самоиндуктивности последовательно с постоянным током.
нагрузите (2) путем подключения индуктивности параллельно с конденсатором, чтобы обеспечить
параллельный резонанс, или (3) путем подключения индуктивности последовательно с конденсатором, как в
мостовом методе А. Кэмпбелла. В этом последнем способе клеммы, на которых находится пульсирующее
напряжение, соединены одна с конденсатором и одним концом нагрузки постоянного тока, а другая — с
клеммой первичной обмотки взаимной индуктивности, при этом другая клемма соединена со вторичной
обмоткой и с другой стороной первого упомянутого конденсатора; другой конец нагрузки постоянного тока
соединен со свободным концом вторичной обмотки взаимной индуктивности. При наличии аппаратуры
соответствующей мощности на нагрузке постоянного тока отсутствует переменная составляющая, за
исключением той, которая обусловлена примесями во взаимной индуктивности, эффект которой можно
компенсировать, 415 поместив небольшое сопротивление последовательно с конденсатором или поместив
небольшой конденсатор параллельно тем выводам взаимной индуктивности, которые не подключены к
первому упомянутому конденсатору. Ток в конденсаторе можно минимизировать, включив индуктивность
последовательно с первичной обмоткой конденсатора, или же увеличив магнитный поток утечки.
Следует понимать, что такой преобразователь переменного тока в постоянный является обратимым, то есть,
если на щетки подается постоянный ток, то катушки будут выдавать переменный ток, но в этом случае
сердечники трансформатора должны возбуждаться от источника переменного тока, чтобы создать поток
соответствующей частоты в трансформаторе. Эти ампер-витки соответствуют ампер-виткам возбуждения
обычного трансформатора. В случае многофазного питания предыдущая фаза рассматривается как единый
переменный ток и снабжена соответствующим коммутатором, щетками и т. д. Таким образом, каждая фаза
будет создавать постоянную составляющую напряжения и напряжение удвоенной частоты, и, разместив 70
щеток в одинаковых относительных положениях относительно распределения потенциалов их
соответствующих коммутаторов, можно получить постоянный ток.
В соответствии со способом их соединения, компонент или компонент удвоенной частоты могут быть
исключены.
Таким образом, обращаясь к рисунку 6, на котором показано расположение коммутаторов и щеток для
двухфазного питания, можно увидеть два коммутатора 80, 81 (т.е. по одному на каждую фазу 80), щетки 82,
83, контактирующие с коммутатором 80, и щетки 84, 85, контактирующие с коммутатором 81. Сегменты
соответствующих коммутаторов аналогичным образом соединены со вторичными обмотками
сбалансированного двухфазного трансформатора 85, одна фаза которого, подключенная к коммутатору 80,
отстает на 900 от фазы, подключенной к коммутатору 81, следовательно, щетки 821, 83 находятся на 900
электрически позади щеток 84, 85. 90 Очевидно, что контакты трансформатора могут быть смещены вокруг
любого из коммутаторов на угол, так что среднее положение щеток может располагаться в любом желаемом
направлении. При последовательном соединении щетки 82 с щеткой 85 в том же направлении, что и показано
толстой линией, постоянный ток получается от щеток 83, 84, а при последовательном соединении щетки 83 с
щеткой 85, то есть в противоположных направлениях, как показано цепной линией, переменный ток
получается.
Удвоенная частота получается от щеток 82, 84. Следует отметить, что N-фазы могут рассматриваться
аналогичным образом. 0 Если относительное движение щеток относительно коммутатора асинхронно, так что
потенциал щеток состоит из двух частот, то можно исключить либо одну, либо другую из этих частот, как
описано выше.
Двухфазный электрический преобразователь, описанный лишь в качестве примера, схематически изображен
на рисунках 7, 8 и 9, где одинаковые по номеру 11 цифры обозначают одинаковые детали.
Представлен двухфазный трансформатор, но для простоты описаны только устройства, относящиеся к одной
фазе, поскольку, как следует из названия, устройства для другой фазы идентичны.
Обращаясь к рисунку 7, представляющему собой схематическое изображение коммутатора L с его
соединениями, следует отметить, что одна фаза трансформатора имеет первичную обмотку 90 и вторичную
обмотку 91, обмотки которых имеют отводы в количестве позиций 92, 93, 94, 95, 96, 97, равном одной шестой
части числовых сегментов 98 на коммутаторе 99.
В изображенном коммутаторе имеется 130 36 сегментов (это число выбрано исключительно для удобства при
построении рисунка, в общем случае их будет значительно больше), следовательно, вторичная обмотка
имеет отводы в шести точках. Эти точки выбраны таким образом, что напряжения, измеренные в средних
точках 100 вторичной обмотки трансформатора, пропорциональны последовательным равноудаленным
ординатам половины синусоидальной кривой от ее отрицательного до положительного максимума. На
рисунке 7 над трансформатором изображена половина периода синусоидальной кривой 101, на которой
отмечены шесть равноудаленных ординат 15U, b, c, -c, --b, -a; точки отвода на вторичной обмотке выбраны
таким образом, чтобы число витков между средней точкой и точками 92, 93, 94, 95, 96, 97 было
пропорционально соответственно ординатам a, b, c, -c, -b, -a. Эти точки соединены проводниками 102
соответственно через пары коммутирующих катушек 103a, 104a и 103b, 104b и т. д. с последовательными
сегментами коммутатора, простирающимися на одну шестую его окружности, т. е. с шестью
последовательными сегментами.
Остальные сегменты коммутатора соединены крест-накрест с сегментами первой шестой части, как показано
на рисунке. Таким образом, будет видно, что коммутатор имеет три полных цикла чередования потенциалов
вокруг себя и шесть точек нулевого потенциала. Очевидно, что коммутатор можно разделить на любое
желаемое количество групп из 35 сегментов, каждая из которых соответствует полному циклу чередования.
Рисунок 8 представляет собой разрез по линии 8-8 рисунка 9, а рисунок 9 — боковой вид преобразователя с
деталью, показанной в разрезе по линии 9-9 рисунка 8.
На опорной плите 110 установлен седловидный элемент 111, который поддерживает кольцо 112. Это кольцо
поддерживает сегменты 98 коммутатора 99 и имеет углубление 113 для размещения сегментов и
предотвращения их бокового смещения. Кольцо 112 и седловидная деталь 111 также поддерживают
внутренний кольцевой сердечник 114. Наружный кольцевой сердечник установлен концентрично с
коммутатором посредством опорных элементов 116, установленных на опорной плите 110.
Эти кольцевые сердечники простираются по дуге, составляющей приблизительно две трети окружности, и
соединены через определенные интервалы E-образными элементами сердечника 117, которые, таким
образом, обеспечивают воздушные зазоры 118 с каждой стороны внутреннего кольцевого сердечника 114.
Коммутаторы расположены на некотором расстоянии друг от друга вдоль общей оси, образованной валом
119, установленным в подшипниках 120 и вращаемым электродвигателем 121.
На валу 119 свободно установлены втулки 122, каждая из которых имеет средства для перемещения.
их обычно обозначают порядковым номером 123, например, такие средства, которые были описаны и
проиллюстрированы на рисунке 4 или рисунке 5. На каждой из этих втулок 122, изолированных от них,
установлено кольцо 124, имеющее три равномерно расположенных рычага 125, каждый рычаг снабжен
щеткой 126. Внешний конец каждого плеча 125 выполнен в виде индуктора 127. Каждая направляющая 124
крепится таким образом, чтобы вращаться вместе со своей втулкой 122 с помощью болтов и стопорного
кольца 128. 75 Внешние кольца 124 двух фаз снабжены выступами, образующими контактные кольца 129, на
которых опираются щетки 130; эти щетки установлены в рычагах 1.31.
установлен в блоках 1-32, прикрепленных к подшипнику 120, но изолированных от него. Нагрузка соединена
кабелями (не показаны) с щетками 130. Кроме того, щетки 126, работающие в пространстве между
коммутаторами, соединены между собой 8 гибкими кабелями (не показаны), что позволяет им относительно
перемещаться между собой.
Теперь обратимся к магнитным цепям, которые образованы вышеупомянутыми кольцевыми сердечниками
114 и 115 и соединяющими их 90 элементами 117, которые, как будет видно, являются частью кольцевых
сердечников 114 и 115 в местах их расположения. Соединительные элементы расположены в двух равных
группах по шесть штук в каждой; элементы каждой группы расположены под углом 20° относительно своих
осевых линий.
Поскольку воздушные зазоры простираются на расстояние, эквивалентное одному сегменту коммутатора,
между соседними воздушными зазорами 118 будет пространство, эквивалентное одному сегменту.
Внешний элемент 13:3 одной группы отделен от соседнего элемента 1,34 другой группы углом 30°, 10°, то
есть группы смещены относительно друг друга. Таким образом, один индуктор 127 будет взаимодействовать с
воздушным зазором в одной группе, затем следующий индуктор — с воздушным зазором в другой группе 110,
и так далее, при этом следует понимать, что в пределах воздушных зазоров одновременно находятся только
два индуктора, поскольку последние простираются только на две трети окружности. 115 На каждом из
соединительных элементов 117 намотана одна из коммутирующих катушек 103 или 104, как показано на
рисунке 8. Следует отметить, что катушка воздушного зазора, с которой взаимодействует индуктор, соединена
с той серией сегментов, с которыми в данный момент контактируют щетки, и что катушки 103 намотаны в
другом направлении, чем катушки 104.
Проводники от коммутирующих катушек 125 проходят к сегментам через пазы, прорезанные в кольце 112 и,
при необходимости, во внутреннем кольцевом сердечнике 114. Как видно, такое расположение воздушных
зазоров и индукторов представляет собой альтернативное расположение, упомянутое в описании к рисункам
1 и 2.
Каждый из соединительных элементов снабжен возбуждающей катушкой 136, и хотя для простоты она не
показана на чертеже, каждая возбуждающая катушка состоит из двух витков (а) и (б), намотанных в одном
направлении на каждом соединительном элементе.
Одна обмотка (а) пропускает ток, благодаря которому в магнитной цепи создается магнитный поток,
индуцирующий ЭДС для уравновешивания ЭДС трансформатора в коммутируемой катушке. Эта ЭДС, как
известно, пропорциональна основной ЭДС трансформатора и находится с ней в фазе.
Таким образом, ток, соответствующий фазе и амплитуде, удобно подается катушками 136 трансформатора. В
качестве альтернативы может быть предусмотрен отдельный генератор для получения желаемой ЭДС.
Другая обмотка (b) пропускает ток, благодаря которому в магнитной цепи создается магнитный поток,
индуцирующий ЭДС, которая уравновешивает ЭДС самоиндукции закороченных катушек трансформатора.
Эта ЭДС приблизительно пропорциональна току и квадратично зависит от относительного перемещения
щеток и коммутатора. Для того чтобы эта индуцированная ЭДС продолжала уравновешиваться при
перемещении щеток для изменения коэффициента трансформации, необходимо, чтобы собственная
индуктивность трансформатора изменялась приблизительно по синусоидальной кривой, т.е. изменение
собственной индуктивности между средней точкой 100 и точками 92, 93, 94 было пропорционально ординатам
40 левой кривой 101. Это достигается путем размещения полосок железа рядом с катушками или путем
наматывания на них железной проволоки; правильное расположение определяется методом проб и ошибок.
Ток для обмотки (b) получают от трансформатора тока 137 (см. рис. 7), первичная обмотка 138 которого
соединена последовательно с первичной обмоткой 90 одной фазы трансформатора, а вторичная обмотка 139
соединена последовательно со всеми обмотками (b) возбуждающих катушек 135.
Правильная фаза тока в возбуждающих катушках достигается путем последовательного соединения
конденсаторов 140 и 141 с катушками 136 и 139 соответственно. В качестве альтернативы, правильную фазу
можно получить, соединив катушки 136 и 139 последовательно с катушками соответствующих
трансформаторов fC0 в другой фазе. Количество витков катушек и размеры конденсаторов можно легко
определить обычным способом.
Следует отметить, что коммутирующие катушки будут создавать размагничивающие ампер-витки, которые
необходимо уравновесить, добавив их к виткам, необходимым в обмотках (b) возбуждающих катушек. В
качестве альтернативы, самоиндуктивность коммутирующих катушек может быть сделана очень малой путем
намотки витков в непосредственной близости от них последовательно с первичными обмотками главного
трансформатора, так что коэффициент трансформации будет равен коэффициенту трансформации главного
трансформатора. Таким образом, коммутирующие обмотки фактически станут частью основного
трансформатора.
Наиболее интересное применение изобретения заключается в ускорении управления двигателями, и
особенно тяговыми. 8 В тяговых системах, с одной стороны, наиболее подходящими оказались
последовательные двигатели постоянного тока, но было бы большим преимуществом, если бы удалось
добиться рекуперативного торможения и регулируемой скорости без использования реостатов (которые
создают потери).
С другой стороны, однофазное питание или другое распределение переменного тока более экономично.
Согласно настоящему изобретению, переменный ток преобразуется в постоянный при любой ЭДС,
изменяющейся от до _E, путем перемещения щеток на коммутаторе. 9 Если эта ЭДС подается на IDC.
Благодаря этому двигателю достигается переменная скорость, зависящая от приложенного напряжения.
Таким образом, скорость можно плавно изменять без использования реостата, и, кроме того, вместо обычных
двух двигателей достаточно использовать только один.
Если во время работы двигателя на полной скорости значение постоянного напряжения уменьшается, то
двигатель начинает работать как динамо-машина, обеспечивая рекуперативное торможение. По мере
замедления двигателя смещение щеток приводит к дальнейшему снижению напряжения постоянного тока, а
для остановки двигателя смещение продолжается до тех пор, пока не будет получено отрицательное
напряжение.
Таким образом, рекуперативное торможение достигается до полной остановки.
Одновременно с этим, преимуществом является возможность использования высоковольтного источника
переменного тока us5 с коэффициентом мощности, равным единице.
Это позволило бы значительно сэкономить электроэнергию при применении в трамваях и пригородном
транспорте, где происходят частые остановки. Другой метод регулирования скорости для тяговых систем и т.
д. заключается в использовании асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и изменении скорости
путем изменения частоты. Сила тока поддерживается в разумных пределах путем изменения переменного
давления между щетками в зависимости от частоты, то есть путем изменения углового расстояния между
парами щеток.
Описанные выше метод и устройство для коммутации могут быть, кроме того, применены к машинам, в
которых коммутация затруднена. Например, это может применяться к двигателю постоянного тока,
динамо-машине или преобразователю, позволяя устанавливать щетки в точке, не соответствующей
нейтральной точке якоря. Таким образом, скорость вращения двигателя или напряжение в случае
динамо-машины или преобразователя напряжения могут изменяться простым перемещением щеток.
Возбуждение магнитных цепей, разумеется, должно быть отрегулировано в соответствии с требованиями
машины, к которой применяется данное устройство, поскольку как ЭДС трансформатора, так и эффект
самоиндукции закороченных катушек, которые должны быть сбалансированы, являются функциями времени,
и эти функции будут различными для каждого рассматриваемого случая.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что
я заявляю, является уникальным. В связи с электрическими машинами описанного типа, способ соединения,
включающий соединение вспомогательной магнитной цепи, обладающей магнитодвижущей силой, с
электрическим проводником, ведущим к коммутаторному сегменту, изменение магнитного сопротивления
указанной магнитной цепи в течение периода коммутации указанного сегмента и, таким образом, создание
уравновешивающей ЭДС.
в указанной электрической цепи в противовес коммутирующему ЭМИФу.
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_286002.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=286002&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB286002A
[]
Соседние файлы в папке патенты