Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_10956
.pdf
схемами линеаризации, диапазон минимума значительно увеличится, как видно из кривой b.
Диапазон, в котором коэффициент нелинейных искажений мал, достаточно велик, чтобы для наиболее
важных областей применения этот коэффициент оставался ниже очень низких предельных значений во всем
диапазоне передачи.
На рисунках 12–15 показаны схемы, в которых метод линеаризации в соответствии с изобретением
используется совместно с известными методами линеаризации с помощью цепей обратной связи, что
позволяет достичь линеаризации в расширенном диапазоне частот.
На рисунке 12 показан клапан противоэлектрода, в котором отрицательное напряжение обратной связи
подается на соединительное сопротивление Rlk, включенное последовательно с нагрузочным
сопротивлением R,..
Суммарное напряжение, подаваемое на цепь сети, состоит из входного напряжения E и падения напряжения
на сопротивлении Rk.
На рисунке 13 показана аналогичная схема, в которой, однако, отрицательное напряжение обратной связи
отводится от резистора Rk, параллельного нагрузке Ra. Хотя линеаризующий эффект обеих схем
приблизительно одинаков, они различаются способом воздействия на внутреннее сопротивление лампы. В
схеме, показанной на рисунке 12, внутреннее сопротивление лампы увеличивается за счет использования
отрицательной обратной связи, а в схеме, показанной на рисунке 13, оно уменьшается. В обеих схемах
возможно смещение минимума коэффициента нелинейных искажений в зависимости от сопротивления
нагрузки Ra путем изменения величины отрицательной обратной связи, поскольку соответствующее
изменение сопротивления лампы позволяет поддерживать коэффициент адаптации постоянным.
На рисунке 14 показан регулирующий клапан, к цепям сети которого, помимо входного напряжения E,
подается напряжение, пропорциональное разности между входным напряжением E и выходным напряжением
V, существующим на сопротивлении нагрузки iR. Это напряжение подается в цепь сети через трансформатор
T2. Напряжения E и V противофазны и приложены к концам первичной обмотки P этого трансформатора. Если
E=V, обмотка P неисправна, тогда как разница между этими напряжениями приводит к току,
пропорциональному этим изменениям, и, следовательно, к возникновению соответствующего напряжения в
цепи сети на вторичной обмотке S трансформатора T. Разность напряжений и входное напряжение,
передаваемые трансформатором T, соединены последовательно в сети. Фазовые соотношения выбраны
таким образом, чтобы напряжение на обмотке S уменьшало разницу между напряжениями E и V. В
рассматриваемой конструкции коэффициент усиления равен 1.
Однако можно принять и другое значение, если вместо полного выходного напряжения V обратно подается
лишь его часть.
На рис. 15 показан регулирующий клапан, в котором сопротивление реакции ttk встроено в стеклянную колбу
клапана. 75 Схема соответствует схеме, показанной на рис. 12.
В следующих пунктах формулы изобретения мю-фактор понимается как «Durchgriff» или величина, обратная
коэффициенту усиления. 80 Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его
осуществления, мы заявляем, что то, что мы
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_418436.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=418436&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB418436A
[]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата проведения съезда (Швеция): февраль. 22, 1933.
418,436 Дата подачи заявления (в Соединенном Королевстве): 20 марта 1933 года. № 8379/33.
В соответствии с разделом 91, подпунктами (2) и (4) (а) Законов о патентах и промышленных образцах
1907–1932 годов, в отношении этого была оставлена единая полная спецификация.
Заявление № 8378/33 было открыто для осмотра 1 сентября. 23, 1933.
Принято: октябрь. 22, 1934.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в системах преобразования или трансформации электроэнергии или относящиеся к
ним.
Я, БАЛЦАР КАРЛ ФОН ПЛАТЕН, Остермальмсгатан 99, Стокгольм, Швеция, род.
Настоящим подданный Швеции заявляет о характере данного изобретения и способе его осуществления,
которые будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Настоящее изобретение относится к системам постоянного тока для преобразования и/или формирования
электрической энергии, которые включают в себя ряд статических трансформаторов, снабженных первичной и
вторичной фазными обмотками, причем первичные обмотки соответствующих трансформаторов питаются
переменным напряжением со сдвигом фазы, и ряд коммутаторов, связанных с указанными первичными и/или
вторичными обмотками.
Целью данного изобретения является создание устройства, приспособленного для обеспечения
удовлетворительной и практически бесискровной коммутации.
Согласно настоящему изобретению, система включает в себя в комбинации ряд статических
трансформаторов, имеющих первичную и вторичную фазные обмотки, причем первичные обмотки
соответствующих трансформаторов питаются переменным напряжением со сдвигом фазы, ряд коммутаторов,
соединенных с указанными первичными и/или вторичными обмотками, и по меньшей мере один генератор
переменного тока гетерополярного типа, снабженный главными полюсами возбуждения и промежуточными
вспомогательными полюсами и сконструированный таким образом, чтобы покрывать в основном только
потери во внутренних токовых цепях системы.
Предпочтительно, чтобы полюса генератора были спроектированы и возбуждались таким образом, чтобы в
соответствующих обмотках якоря возникали взаимно смещенные по фазе напряжения, которые прямо или
косвенно влияют на цепи фазных обмоток, нейтрализуя реактивные составляющие тока, стремящиеся пройти
через цепи коммутатора.
Машина переменного тока, снабженная главным и вспомогательным полюсами, может выступать в качестве
коммутационного генератора для фазных обмоток и/или включать в себя генератор возбуждения для
сердечников трансформатора.
В частности, изобретение включает систему преобразования электрической энергии одного напряжения в
энергию постоянного тока другого напряжения, состоящую из ряда статических трансформаторов, имеющих
первичную и вторичную обмотки, причем первичные обмотки питаются переменными напряжениями с
взаимной фазовой разницей, имеющими относительно длительные интервалы нулевого напряжения и
индуцирующими соответствующие напряжения во вторичных обмотках; гетерополярную машину, имеющую
главные полюса поля и промежуточные вспомогательные полюса, каждый из которых предназначен для
выработки в фазных обмотках практически только реактивной энергии; и множество коммутаторов, каждый из
которых взаимодействует с обмоткой трансформатора таким образом, чтобы в течение интервалов нулевого
напряжения сначала производить короткое замыкание обмоток, затем коммутировать ток через
промежуточный элемент гетерополярной машины и, наконец, выпрямлять и суперпозировать переменные
напряжения для образования практически постоянного вторичного напряжения путем последовательного
соединения вторичных коммутаторов.
Изобретение будет более подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: Фиг. На
рисунке I представлена схема соединения одного из вариантов осуществления системы, описанной в
настоящем изобретении. На рисунках 2–6 схематически показаны различные формы волн. На рис. 7
представлен вид с торца, частично в разрезе машины, входящей в систему, показанную на рис. 1.
На рис. 8 показан фрагмент другой машины, входящей в систему, изображенную на рис. 1, а на рис. 9 — еще
один вид фрагмента, показанного на рис. 8.
Обращаясь к чертежам, рис. На рисунке показана система преобразователя постоянного тока, включающая
ряд трансформаторов 5 и 6, имеющих первичную и вторичную фазные обмотки 1, 2 и 3, 4 соответственно, и
отдельный генератор возбуждения 7 гетерополярного типа для подачи необходимой энергии возбуждения на
трансформаторы 5 и 6. Для этой цели генератор возбуждения 7 снабжен двухфазными обмотками 8, 9, в
которых индуцируются взаимно смещенные по фазе переменные напряжения, питающие специальные
обмотки (третичные обмотки) 10, 11, расположенные на соответствующих трансформаторах, при этом
соответствующие напряжения индуцируются в первичной и вторичной обмотках 1–4 трансформаторов.
Вместо того чтобы предусматривать отдельные обмотки питания в виде третичных обмоток на
трансформаторах, может быть целесообразно соединить обмотки 8 и 9 непосредственно с первичными
обмотками 1 и 3 трансформаторов или, в некоторых случаях, со вторичными обмотками 2 и 4
трансформаторов. Однако в дальнейшем описании будут рассматриваться варианты исполнения с
третичными обмотками, чтобы принцип работы был более понятен.
Концы вторичной обмотки 4 трансформатора 6 соединены с двумя щетками 12 и 13 коммутатора 14,
состоящего из сегментов 15, 16, расположенными диаметрально противоположно. Вместе с коммутатором 14
взаимодействует также пара щеток 17, 18, которые смещены на 90° относительно пары щеток 12, 13. При
условии, что коммутатор установлен или приводится в движение относительно генератора возбуждения 7
таким образом, что за каждый цикл переменного напряжения, индуцированного в обмотке 4 фазной обмоткой
9 через промежуточную обмотку 11, коммутатор 14 поворачивается на пол-оборота, переменные напряжения
будут преобразовываться в выпрямленные импульсы напряжения между щетками 17 и 18, при этом следует
понимать, что указанные щетки попеременно соединены со щетками 12 и 13 во время вращения коммутатора.
Таким образом, предполагается, что выпрямление переменного напряжения или коммутация токов под
нагрузкой будет происходить каждый раз, когда одна из щеток 12, 13, 17, 18 закорачивает два сегмента 15, 16,
что, очевидно, происходит четыре раза за каждый оборот коммутатора.
Также клеммы вторичной обмотки 2 другого трансформатора соединены со щетками 19 и 20 другого
коммутатора 21, имеющего аналогичную конструкцию, как и коммутатор 14. Аналогично условиям,
существующим в коммутаторе 14, между щетками 22 и 23 получаются выпрямленные импульсы напряжения
при условии, что коммутатор 21 синхронизирован относительно фазной обмотки 8 генератора возбуждения 7.
Если предположить, что фазовые обмотки 8 и 9 имеют взаимное фазовое смещение, например, на 90–70
электрических градусов, и коммутаторы 14 и 21 соответственно отрегулированы, то полная амплитуда
напряжения, по-видимому, будет получена между щетками 22 и 23 в момент, когда между щетками 17 и 18
будет нулевое напряжение 75, и наоборот. Путем соответствующего выбора формы волны индуцированных в
нем напряжений.
В трансформаторах можно получить непрерывное напряжение между клеммами 80, 24 и 25' путем
последовательного соединения щеток 18, 17, 23 и 22. Аналогичное коммутаторное соединение ранее было
описано, например, на рисунке 2 в британской патентной заявке №. 85
389,824 '(26,056/31).
Первичные обмотки 1 и 3 трансформаторов также взаимодействуют с двумя коммутаторами 26, 27, при этом
клеммы обмотки 1 соединены с парой из 90 щеток 28, 29 коммутатора 26, тогда как обмотка 3 соединена с
другой парой щеток 30, 31 второго коммутатора 27. Два последних коммутатора также снабжены парами
щеток 95 32, 33 и 34, 35 соответственно, расположенными под углом 90° к парам щеток 28, 29 и 30, 31
соответственно. Кроме того, эти коммутаторы синхронизированы с электродвижущими силами,
индуцированными в 100 соответствующих фазных обмотках, и, в соответствии с этим, взаимно смещены на
90 электрических градусов, что соответствует 45 механическим градусам. Щетки 05 32, 33 и 34, 35 соединены
последовательно, и в этом случае также индуцированные напряжения выпрямляются для обеспечения
непрерывного напряжения между клеммами 36, 7. 110 Данная система предназначена для работы таким
образом, чтобы при подаче непрерывного напряжения на клеммы 36, 37 это напряжение разделялось
коммутаторами 26, 27 на двухфазный переменный ток.
Затем амплитуда напряжения переменного тока преобразуется с помощью трансформаторов 5 и 6 и
выпрямляется с помощью коммутаторов 14, 21 для обеспечения непрерывного напряжения между клеммами
24, 25, имеющего значение, отличное от значения, подаваемого на клеммы 36, 37. Выше было предположено,
что коммутация будет происходить как на первичной, так и на вторичной сторонах в момент короткого
замыкания соответствующего мутатора J25. Для облегчения этого процесса переменный ток,
индуцированный в трансформаторах, должен иметь определенные интервалы нулевого напряжения, а также
форму волны, подходящую для данной цели. Генератор возбуждения 7 должен, соответственно, подавать на
третичные обмотки 10, 11 напряжение соответствующей формы. С этой целью магнитные полюса генератора
7 формируются и активируются с помощью расположенной на нем обмотки возбуждения 38, питаемой от
отдельного источника постоянного тока 39, 40, чтобы в максимально возможной степени получить желаемый
результат.
Поскольку ток возбуждения в обмотках 10 и 11 смещен по фазе примерно на 90 градусов относительно
приложенного напряжения, легко понять, что через те обмотки якоря генератора 7, которые в определенный
момент времени расположены напротив главных полюсов, не будет проходить никакого или, по крайней мере,
незначительного тока, тогда как через обмотки другой фазы, которые в этот момент времени расположены
между главными полюсами, будет проходить полный ток возбуждения. Таким образом, последние обмотки
создают магнитодвижущую силу, которая, с одной стороны, оказывает чисто противонамагничивающее
действие по отношению к главным полюсам, а с другой — деформирует ту часть основного магнитного потока
машины, которая находится напротив пространства между главными полюсами.
Эти условия поясняются со ссылкой на рис. 2, где Eo обозначает напряжение, индуцированное главными
полюсами генератора возбуждения, которое в дальнейшем будет называться «главным напряжением».
Магнитодвижущая сила, создаваемая током нагрузки обмотки якоря, то есть токами возбуждения
трансформаторов, смещенными по фазе на девяносто градусов относительно основного напряжения i, и
основная волна которого неподвижна относительно полюсов, создает дополнительное напряжение E. Путем
сложения или наложения двух напряжений Eo и E в генераторе возбуждения 7 при полной нагрузке
получается результирующее напряжение E2. Путем существенной регулировки возбуждения главных полюсов
будет затронута только средняя часть кривой, и она будет приведена в соответствие с кривой Eo. Однако на
промежуточных участках Eg1 и E22 произойдет искажение кривой, что сделает невозможным получение
желаемых интервалов нулевого напряжения.
Для предотвращения деформации кривой индукции воздушного зазора и, соответственно, индуцированного
напряжения, согласно изобретению, между основными полюсами размещаются специальные
вспомогательные полюса, которые могут выполнять двойную функцию. С одной стороны, вспомогательный
полюс, выполняя функцию «экранирующего полюса», поглощает любое нежелательное рассеяние основного
поля на краях главного полюса на поверхность якоря, расположенную в пространстве между полюсами, так
что получаются интервалы нулевого напряжения желаемой длительности. С другой стороны,
вышеупомянутое искажение формы волны, вызванное магнитодвижущей силой обмотки якоря, можно
компенсировать путем размещения соответствующих компенсационных обмоток 41 на вспомогательных
полюсах.
Поскольку ток, проходящий через обмотки якоря генератора, является током возбуждения трансформаторов,
он, по-видимому, зависит от индуцированного напряжения, которое, в свою очередь, определяется обмоткой
возбуждения 38. Поэтому предпочтительнее пропускать тот же ток 80 через компенсационную обмотку 41, что
и через обмотку магнита 38 главного полюса в соответствии со схемой на рисунке 1. Благодаря
вышеупомянутым схемам, очевидно, что при отсутствии нагрузки трансформаторов 5, 6 можно поддерживать
практически правильные значения наведенных напряжений, поскольку выпрямление напряжений практически
бесщелево. Однако условия в 90% случаев значительно изменятся под нагрузкой. В данном случае на
коммутацию сильно влияет тот факт, что токи в закороченных обмотках не меняют полярность автоматически
из-за наличия в них индуктивностей различного типа. Кроме того, между различными точками системы
создаются перепады напряжения, так что напряжения, создаваемые генератором возбуждения, перестают
соответствовать требуемым.
Дополнительные меры, необходимые для противодействия вышеупомянутым факторам, изложены ниже. 105
Коммутационный генератор 42 (рис. 1) снабжен двухфазными обмотками 43 и 44, которые соединены
последовательно с первичными цепями трансформаторов 5 и 6. Этот коммутационный генератор
гетерополярного типа 110 снабжен рядом главных магнитных полюсов, имеющих обмотки возбуждения 45.
Коммутационный генератор синхронизирован относительно генератора возбуждения 7 и расположен таким
образом, что 115 индуцирует вспомогательные напряжения кратковременной длительности в первичных
цепях в те интервалы времени, когда коммутаторы 26, 27 закорачивают соответствующие обмотки. Такие
вспомогательные напряжения должны иметь такое направление, амплитуду и длительность, чтобы ток в
закороченной обмотке был вынужден изменить направление или коммутировать от своей полной амплитуды в
одном направлении к своей полной амплитуде в противоположном направлении до окончания периода
короткого замыкания. Необходимые для этой цели вспомогательные напряжения, очевидно, будут
пропорциональны току, который необходимо коммутировать в каждый момент времени.
130 418,4830 Условия схематически проиллюстрированы на рис. 3, где E, как на рис.
2
обозначает форму волны основного напряжения. До первой коммутации, показанной на рисунке, амплитуда
тока составляет I, а после первой коммутации — I2. При втором изменении направления тока достигается
амплитуда I3. Будет предполагаться, что изменение направления тока является «прямолинейным», то есть
значения тока следуют линиям 14 и I, от полной амплитуды тока в одном направлении до полной амплитуды в
противоположном направлении. Для обеспечения такой коммутации при заданной индуктивности
короткозамкнутой обмотки напряжение, индуцированное коммутационным генератором, должно
соответствовать кривой e, включающей прямоугольные участки eL и ea и промежуточные зоны нулевого
напряжения ea. Высота прямоугольников e и e_ прямо пропорциональна коммутируемому току нагрузки. По
этой причине обмотки магнита 45 должны быть запитаны током, пропорциональным току в фазных обмотках
43 и 44, то есть также первичному постоянному току.
Поэтому обмотку 45 предпочтительно подключать последовательно с первичной цепью постоянного тока,
например, между щетками 33 и 34.
Если полюса коммутационного генератора, предназначенного для получения желаемой формы волны
индуцированного напряжения, расположены с постоянным воздушным зазором и имеют ширину,
соответствующую временным интервалам, образующим прямоугольники e и e, то получится кривая поля или
напряжения, показанная на рис.
4
Однако это будет достигнуто без нагрузки и с раздельным возбуждением. Переходные участки e4, e и e, e, не
будут вертикальными, а будут иметь форму, схематически показанную на рисунке, в зависимости от утечки
индукционного потока от краев полюсов в пространство полюсов.
Таким образом, это действие аналогично тому, что было описано выше в связи с генератором возбуждения.
Такая утечка, конечно, уменьшает продолжительность периодов нулевого напряжения e на рисунке 3 и может,
если она значительна, привести к тому, что напряжение генератора кокоммутации не станет равным нулю до
тех пор, пока не начнет расти основное напряжение Eo.
В последнем случае результирующее нулевое напряжение не достигается, и это вызовет возмущения в таких
генераторах переменного тока.
Согласно изобретению, вспомогательные полюса, выполненные в виде экранирующих полюсов, размещаются
между основными полюсами также и коммутирующего генератора. Конструкция этих вспомогательных
столбов будет подробно описана ниже. Таким образом, можно гарантировать выраженный переход между
практически прямоугольными участками и участками кривой e при нулевом напряжении.
Коммутационный генератор 42 должен, как указано выше, вращаться синхронно с другими элементами
системы.
Однако следует отметить, что цель главных полюсов состоит в том, чтобы индуцировать напряжения именно
в те интервалы времени, когда основные напряжения трансформаторов 5 и 75 Г равны нулю. Иными словами,
это означает, что главные полюса коммутационного генератора смещены на девяносто электрических
градусов относительно главных полюсов генератора возбуждения 7. В результате магнитодвижущая сила,
создаваемая обмотками якоря 43 и 44 за счет тока нагрузки, достигает максимальной амплитуды, когда
магнитная ось соответствующей обмотки якоря находится на одной линии с двумя главными полюсами
генератора комутации 42. Основная волна магнитодвижущей силы обмоток якоря, будучи неподвижной
относительно полюсов, соответственно, обладает чисто противомагнитным действием. Если коммутационный
генератор с экранирующими полюсами работает под нагрузкой, при этом его основные полюса возбуждаются
последовательно, то получается диаграмма напряжений, показанная на рис. 5. Как видно из рисунка 95,
магнитодвижущая сила обмотки якоря, магнитная ось которой находится в центре главных полюсов
коммутационного генератора, вызывает искажение зон нулевого напряжения из-за перекрестного
намагничивания реактивным током i1 в обмотках якоря, так что кривая напряжения будет следовать участкам
кривой от es до o0 на рис. 5.
Участки кривой, пересекающие нулевую линию под углом, как правило, также будут извилистыми,
зависящими, помимо прочего, от колебаний эффективного воздушного зазора между статором и ротором,
вызванных пазами обмотки якоря, влияния высших гармоник на результирующую магнитодвижущую силу
обмотки якоря и тому подобного. Чтобы избежать подобных деформаций.
Форма волны напряжения коммутационного генератора 5, вспомогательные полюса, расположенные между
основными полюсами, снабжены компенсационной обмоткой 46, рис. 1.
Предпочтительно, чтобы через эту компенсационную обмотку протекал ток, не зависящий от тока нагрузки в
фазных обмотках 43 и 44, и, таким образом, она также может являться частью первичной цепи, например,
может быть включена последовательно с обмоткой 45. Для уменьшения высших гармоник t25 в напряжении,
вызванных высшими гармониками ниагнетодвижущей силы обмотки якоря, указанные вспомогательные
полюса предпочтительно должны быть снабжены демпфирующими устройствами соответствующего типа,
например, от обмоток 1 и 3, и для этой цели необходимо соответствующее изменение магнитного потока.
Следовательно, поток под нагрузкой больше не должен оставаться постоянным в течение периода короткого
замыкания. 70 Если все возбуждение по-прежнему должно обеспечиваться генератором возбуждения, его
вольт-амперная характеристика должна быть изменена в соответствующей степени. Если E представляет
собой напряжение, индуцированное в трансформаторе при преобразовании постоянного тока низкого
напряжения в постоянный ток высокого напряжения, то обмотки 2 и 4 представляют собой обмотки высокого
напряжения, и тогда кривая I для коммутируемого тока нагрузки находится в фазе 80 с напряжением Eo.
Рисунок 3. – Полное коммутационное напряжение, необходимое для коммутации, представлено кривой e на
рисунке 3.
Если магнитная энергия, необходимая для изменения направления тока, приблизительно одинакова в
первичной и вторичной цепях, то для изменения направления тока на первичной стороне потребуется
примерно половина общего коммутационного напряжения, а оставшаяся часть должна быть передана на
вторичную сторону с помощью трансформаторов. Напряжение, которое должно быть индуцировано в
обмотках основным магнитным потоком трансформаторов для этой цели, соответствует примерно половине
напряжения копередачи e на рис. 3. Исходя из вышеизложенного, амплитуду изменения потока под нагрузкой
в течение периода коммутации можно рассчитать. Кривая bb на рис. 6 может обозначать необходимую кривую
потока 6 a0 под нагрузкой и соответствующий ток возбуждения Imb Tl. Для того чтобы генератор возбуждения
под нагрузкой полностью взял на себя возбуждение трансформаторов, в обмотках 10 и 11 в течение периода
короткого замыкания необходимо индуцировать дополнительное напряжение, которое должно быть таким,
чтобы вызвать желаемое изменение основного магнитного потока трансформаторов.
Это дополнительное напряжение возбуждения, необходимое под нагрузкой, может быть индуцировано
вспомогательными полюсами генератора возбуждения с помощью специальной обмотки 47, рисунок 1 1.
Обмотка 47, по-видимому, должна питаться током, пропорциональным нагрузке, и поэтому предпочтительно
вставляется последовательно с обмотками 45 и 46 или между щетками 833 и 384 соответственно.
На рисунке 6 следует отметить несколько необычный факт: основной магнитный поток трансформатора под
нагрузкой будет иметь определенное фазовое смещение относительно положения холостого хода. Позже
будет описано, как этот факт может быть использован для корректировки коммутации на вторичной стороне
иным способом.
Как уже было сказано выше, другие изменения также произойдут в 30 медных пластинах, обмотках
короткозамкнутого ротора и тому подобном.
Поскольку вторичные цепи через трансформаторы 5, 6 магнитно связаны с первичными цепями,
представляется вероятным, что для обеспечения корректной коммутации на первичной стороне с помощью
коммутационного генератора 42 будет достаточно обеспечить удовлетворительную коммутацию и на
вторичной стороне.
Однако это верно только при условии, что первичный и вторичный токи изменяются одновременно и в
противоположных направлениях. Для того чтобы это стало возможным без каких-либо вспомогательных
средств, магнитные цепи трансформаторов обязательно должны быть идеальными, то есть обладать
бесконечно большой магнитной проницаемостью, так чтобы ток возбуждения, необходимый для создания
основного магнитного потока, был равен нулю.
Однако на практике это не так, и необходимо учитывать смещение кривых первичного и вторичного токов от
их идеальных положений из-за влияния тока возбуждения. Поскольку этот факт неблагоприятен для
изменения направления тока или коммутации, на фиг. 1 был введен генератор возбуждения 7, целью которого
является подача тока, необходимого для возбуждения трансформаторов, и, таким образом, освобождение
рабочих обмоток 1, 2 и 3, 4 соответственно, а также связанных с ними коммутаторов от необходимости подачи
указанного тока. Однако это должно происходить не только в режиме холостого хода, но и под нагрузкой. При
отсутствии нагрузки достаточно, если вольт-амперная характеристика генератора возбуждения и,
следовательно, в основном, его индукционная характеристика воздушного зазора имеют трапециевидную
форму, показанную на рисунках 3 и 6, что позволяет выпрямлять переменное напряжение до постоянного
непрерывного напряжения. Аналогичная противоэлектродвижущая сила будет затем также индуцирована в
обмотках трансформатора под действием генератора возбуждения 7.
Если кривая Eo на рисунке 6 представляет эту электродвижущую силу, то индукционный поток, согласно
общей теории электромагнитной индукции, при отсутствии нагрузки должен следовать кривой 0o на том же
рисунке. Требуемый для создания этого магнитного потока ток возбуждения зависит от магнитных свойств
железного сердечника и при отсутствии нагрузки может быть представлен кривой Imo. Таким образом,
предполагается, что в течение нулевого интервала напряжение, индуцированное основным магнитным
потоком t, стремится к нулю, что, конечно же, фактически имеет место при отсутствии нагрузки. «Под
нагрузкой напряжение, необходимое для изменения направления тока в обмотках 2 и 4 и для преодоления
индуктивности рассеяния, должно быть преобразовано в систему под нагрузкой 418,426». Если, например, на
клеммы 36, 37 подается постоянное непрерывное напряжение, то вторичное выходное напряжение на
клеммах 24, 25 при полной нагрузке заметно уменьшится из-за омических падений напряжения в системе. Для
обеспечения соответствующего изменения электродвижущих сил трансформаторов под нагрузкой, основные
полюса i0 генератора возбуждения 7 также снабжены дополнительной обмоткой возбуждения 48, намотанной
в таком направлении, что магнитная обмотка 38 компенсируется в необходимой степени.
Поскольку это изменение должно быть пропорционально нагрузке, обмотку 48 предпочтительно также
соединять последовательно с другими обмотками 47, 45, 46.
Однако, очевидно, что заранее настроить всю систему таким образом, чтобы она безупречно работала даже
при колебаниях нагрузки, довольно сложно. Поэтому в критических ситуациях потребуется дополнительная
корректировка работы различных вспомогательных обмоток, как более подробно описано ниже. Если,
например, напряжение, подаваемое возбуждающей машиной 7 на обмотки 10 и 11 трансформаторов 5 и 6, не
совсем соответствует требованиям возбуждения, машина 7 будет выдавать или потреблять активный ток в
зависимости от того, слишком высокое или слишком низкое у нее напряжение. Это означает, что машина
будет выдавать или потреблять часть тока нагрузки. В результате этого первичная и вторичная ампер-витки
тока нагрузки обмоток 1, 2 и 3, 4, соответственно, перестанут быть равными и противоположными по знаку.
Это отклонение от нормальных условий может быть использовано для восстановления правильного
возбуждения следующим образом. Первичная обмотка 1 трансформатора 5 соединена последовательно с
первичной обмоткой 49 дифференциального трансформатора 50, вторичная обмотка 51 которого соединена
последовательно со вторичной обмоткой 2 трансформатора 5.
Число витков обмотки 49 находится в том же соотношении с числом витков обмотки 51, что и соотношение
между витками первичной и вторичной обмоток трансформатора 5. Обычно ампер-витки обмоток 49 и 51
полностью компенсируют друг друга, тогда как при неправильном напряжении возбуждения генератора 7 в
сердечнике трансформатора 50 возникает дифференциальная составляющая магнитного потока, которая, в
свою очередь, индуцирует переменное напряжение в третичной обмотке 52, расположенной на железном
сердечнике трансформатора 50. Затем это переменное напряжение предпочтительно выпрямляется с
помощью коммутатора 53, после чего выпрямленные импульсы подаются на реле 54, предназначенное для
усиления указанных импульсов, чтобы получить постоянный ток достаточной силы. Этот ток проходит через
дополнительную обмотку возбуждения, расположенную на главных полюсах генератора возбуждения 70.
Правильный выбор направления обмотки 55 и степени усиления реле 54 позволяет обеспечить
восстановление напряжения на трансформаторах до его правильного значения.
Схема аналогичного типа описана в британской патентной заявке № 389824, рисунок.
8. Реле подходящей конструкции описано, например, в британской патентной заявке № 388061. Однако могут
использоваться реле других типов, например, электромеханические реле, при условии, что они
сконструированы таким образом, чтобы по-разному реагировать на выпрямленные напряжения разного знака.
Также возможно усилить эту операцию, включив дифференциальные трансформаторы в несколько фаз и,
например, соединив выпрямленные импульсы напряжения последовательно.
В связи с рисунком 6, как уже упоминалось выше, при нагрузке становится необходимым определенное
фазовое смещение основного потока и, следовательно, его тока возбуждения, и таким образом ток
возбуждения также будет содержать определенную активную составляющую, совпадающую по фазе с
основным напряжением E. В частности, в маломощных машинах можно, таким образом, исключить обмотку 47
генератора возбуждения 7 и вместо этого немного изменить количество витков обмоток трансформатора 49,
51 таким образом, чтобы первичный ток в обмотке 1 включал эту дополнительную активную или ваттную
составляющую. Испытания havo 105 подтвердили, что таким образом будет достигнута удовлетворительная
взаимозаменяемость земельных участков, расположенных на основной территории, и на второстепенных
участках.
Необходимое коммутационное напряжение 3l0, создаваемое коммутационным генератором 42, также может
регулироваться с помощью специальной возбуждающей обмотки 56, расположенной на главных полюсах
коммутационного генератора, управление которой осуществляется реле 115 57, аналогичным реле 54. Это
реле, в свою очередь, может управляться импульсами, отбираемыми между щеткой 34 первичного
коммутатора 27 и вспомогательной щеткой 58, расположенной непосредственно рядом с ним. При полной
коммутации напряжение между главной щеткой 34 и вспомогательной щеткой 58, по всей видимости,
практически не будет существовать. Как только коммутация становится неудовлетворительной, что обычно
приводит к склонности к искрению на краю задней щетки, между щетками 34, 58 возникает прерывистый
выпрямленный импульс, который компенсируется в реле 57. Это реле 130 418,436 418,43tl преобразует
импульс в усиленный постоянный ток. При соответствующей регулировке элементов 56 и 57 этот ток
восстановит коммутационные напряжения до таких значений, что коммутация будет практически полной или
без искр.
Выше было указано, что коммутация вторичных цепей не определяется коммутацией первичных цепей и что
необходимо предусмотреть специальные обмотки возбуждения 47 на вспомогательных полюсах генератора
возбуждения 7, которые регулируют возбуждение трансформаторов 5 и 6 в те интервалы времени, когда
основное напряжение равно нулю. Однако не всегда удается получить такие вспомогательные напряжения
точно в соответствии с требованиями при колеблющихся нагрузках. Вспомогательные полюса генератора
возбуждения 7 также снабжены дополнительной обмоткой возбуждения 59, которая может управляться реле
60, аналогичным реле 54, или другой подходящей конструкцией.
Затем этим реле можно управлять с коммутатора вторичной обмотки, например, с помощью импульсов,
генерируемых щеткой 18 и вспомогательной щеткой 61. Однако во многих случаях прямое подключение щеток
18 и 61 к реле 60 может быть нецелесообразным, особенно при высоком вторичном напряжении. В этом
случае может быть установлен промежуточный трансформатор 62, высоковольтная обмотка 63 которого
соединена с щетками 18, 61, а низковольтная обмотка 64 используется для питания реле 60.
Однако следует отметить, что импульсы, генерируемые щетками 18, 61, имеют характер прерывистых
выпрямленных импульсов напряжения. Когда такие импульсы проходят через трансформатор 62, они
преобразуются в последовательность переменных импульсов напряжения. Поскольку направление импульса,
по-видимому, имеет решающее значение для воздействия на обмотку 59 в том или ином направлении,
обычно предпочтительнее установить прерыватель 65 между обмоткой 64 и входной стороной реле 60.
Данный прерыватель предназначен для пропускания только первой половины периода каждого импульса
переменного напряжения. При соответствующей регулировке обмотка 59 таким образом нейтрализует
отклонение от правильного коммутирования вторичного коммутатора.
Выше было предположено, что одна из обмоток, таких как ag 45, 47 и 48, которые непосредственно
управляются нагрузкой, и одна из регулировочных обмоток, таких как 56, 59 и 55, на которые влияют реле,
расположены на одних и тех же полюсах.
В частности, если рассматриваемые машины имеют небольшие размеры, вполне возможно, что будет
достаточно меньшего количества намагничивающих обмоток, и в этом случае обмотки, управляемые реле,
могут быть, например, опущены. Кроме того, коммутационные реле 57 и 60 могут поменяться местами таким
образом, что реле 60 высоковольтного коммутатора 70 будет воздействовать на обмотку 56, а реле 57
низковольтного коммутатора — на обмотки 59. В общем случае, средства управления обмотками 55, 56 и 75
59 могут косвенно меняться местами в зависимости от обстоятельств в каждом конкретном случае.
На рисунке 7 в качестве примера показана конструкция коммутационного генератора 42. Катушки 43 и 44
расположены на статоре и представляют собой обычную двухфазную обмотку с фазовым сдвигом в
девяносто электрических градусов между катушками. Полюса магнита 66, которых на рисунке восемь из 85 и
которые установлены на роторе, сравнительно узкие и имеют такую ширину, которая необходима только для
индуцирования вспомогательного коммутационного напряжения в катушке, такой как 43, которая на мгновение
закорочена. В то же время катушка 44 пропускает, по-видимому, ток полной нагрузки. Для компенсации
магнитодвижущей силы обмотки статора и, прежде всего, ее составляющей 95, которая неподвижна
относительно полюсов, компенсационная обмотка 46 расположена на вспомогательном полюсе 69,
выполненном в виде экранирующего полюса, причем количество проводников выбрано таким образом, чтобы
магнитодвижущая сила 100, создаваемая вспомогательным полюсом, максимально нейтрализовала
магнитодвижущую силу обмотки статора, расположенную напротив вспомогательных полюсов.
Пазы 68 предпочтительно расположены таким образом, чтобы магнитодвижущая сила была практически
равномерно распределена вдоль поверхности полюса. Как показано на рисунке, экранирующие опоры 69
соединены с общим железным сердечником 70 посредством пары выступов 67, закрепленных, например,
болтами 71. В данном случае экранирующий полюс также служит удерживающим элементом для обмоток 45,
56 полюсов 66. Возможно, целесообразно вставить клинья 72 из немагнитного материала между 115
основными и вспомогательными полюсами. Благодаря подходящей форме этих клиньев можно повысить
механическую прочность ротора по отношению к центробежным напряжениям.
Главный полюс 66 может иметь либо форму 120, как показано на рисунке, с воздушным зазором,
увеличивающимся по направлению к концам полюса, при этом форма волны индуцированного
коммутационного напряжения соответственно отклоняется от прямоугольной формы, показанной на рисунке
3, либо форму 125 с постоянным воздушным зазором, соответствующим прямоугольной кривой напряжения.
Для того чтобы максимально уменьшить деформирующее воздействие на кривую напряжения, вызванное
высшими гармониками магнитодвижущей силы обмотки статора, вращающимися относительно полюсов,
предпочтительно предусматривать демпфирующие обмотки 80r соответствующего типа на вспомогательных
полюсных поверхностях.
Поверхности основных опор 66 при желании также могут быть снабжены специальными демпфирующими
устройствами по той же причине. Для этой цели металлические клинья 72 могут быть соединены между собой
с обеих сторон полюсов 66, образуя замкнутую демпфирующую цепь. Однако демпфирование не должно быть
слишком большим, иначе коммутационный поток не сможет достаточно быстро отслеживать возможные
колебания нагрузки.
На рисунках 8 и 9 схематически в проекции показан шаг полюсов генератора возбуждения 7. Главные полюса
73 снабжены вышеупомянутыми обмотками 48, 38 и 55. Вспомогательные полюса снабжены двумя
возбуждающими обмотками 47 и 59, которые окружают весь сердечник 74 экранирующего полюса.
Компенсирующая обмотка 41 расположена в осевых пазах 75 на торце 76 вспомогательного полюса. Как
видно на рисунке 9, магнитная ось компенсационной обмотки 41 совпадает с центром главного полюса 73.
Причина такой компоновки, как уже упоминалось выше, заключается в том, что ток возбуждения в
трансформаторах смещен по фазе на девяносто градусов относительно напряжения, и поэтому реакция якоря
является чисто противомагнетизирующей. Полюсная поверхность 76 предпочтительно снабжена медной
пластиной 79 или другим подходящим устройством для гашения тех высших гармоник магнитодвижущей силы
обмотки якоря, которые вращаются относительно полюсов.
Теперь, подробно описав и определив природу моего изобретения и то, каким образом оно предназначено...
Соседние файлы в папке патенты