Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_11755
.pdf
Как видно, в системе, описанной в данном изобретении, если входной ток 1:39, описанный таким образом, то
обмотка насыщения первого реактора с насыщаемым сердечником, подключенная к источнику постоянного
тока для питания электрического эффекта, который необходимо обнаружить или усилить, а обмотка
переменного тока подключена через выпрямительное устройство к обмотке насыщения постоянного тока
второго реактора с насыщаемым сердечником. Аналогичным образом, обмотка насыщения постоянного тока
каждого последующего реактора системы подключена через выпрямительное устройство к обмотке
переменного тока предыдущего реактора.
В насыщаемом сердечнике первого статического реактора можно рассматривать два условия: во-первых,
когда отсутствует насыщающий ток (из-за электрического эффекта, который необходимо обнаружить), и,
во-вторых, когда приложен достаточно сильный насыщающий ток, чтобы существенно снизить импеданс
обмотки переменного тока этого реактора.
На данный момент можно предположить, что рассматриваемая многоступенчатая схема должна реагировать
соответственно на полное отсутствие и наличие некоторого переменного тока. Небольшое количество
мощности, подаваемой на обмотку насыщения первой ступени, может быть однонаправленным на начальном
этапе или представлять собой переменный ток, в этом случае он будет выпрямлен, и однонаправленный
выходной сигнал указанного выпрямителя будет подаваться на обмотку насыщения.
В реакторе с насыщаемым сердечником на второй ступени также присутствуют два рабочих состояния: ток
насыщения первой ступени включен, а ток насыщения первой ступени выключен. Однако последнее
состояние отличается от состояния 0, возникающего, если насыщающая обмотка второй ступени отсоединена
от выпрямителя, который включен последовательно с обмоткой переменного тока первой ступени. Даже когда
ток насыщения первой ступени выключен, через обмотку переменного тока протекает некоторый ток,
питающий выпрямитель. Таким образом, в этих условиях существует некоторый ток, стремящийся частично
насытить сердечник второй ступени. Когда к первой ступени приложен насыщающий ток, изменение
намагниченности сердечника второй ступени, следовательно, пропорционально меньше, чем у первой
ступени. Во второй ступени вместо изменения намагниченности сердечника от нуля до значения насыщения
она изменяется от некоторой значительной степени намагниченности из-за тока, проходящего через первую
ступень. В обмотке переменного тока, когда ее сердечник ненасыщен, происходит насыщение. Поэтому в
имитированной соединенной системе насыщаемых реакторов достигается следующий эффект: при каждом
успешном изменении выходного тока, если не пропорционально, то в соответствии с законом или
эмпирическим соотношением, зависящим от магнитных характеристик железных сердечников реакторов, при
условии, что изменение происходит достаточно медленно по отношению к энергии возбуждающего
переменного тока. Однако очевидно, что частота питания может достигать сверхвысокой звуковой частоты,
несущей частоты и даже радиочастоты. Для этой цели могут быть использованы две описанные выше схемы
в так называемом двухтактном соединении. При практическом применении изобретения выходная мощность
усилителя может быть такой, чтобы срабатывало обычное надежное реле без чувствительных контактов. При
желании перед срабатыванием реле может быть выполнено выпрямление переменного выходного
напряжения.
В соответствии с изобретением, для управления усилительными реле при определенных условиях могут
использоваться фотоэлектрические элементы, заполненные вакуумом или газом, а также селеновые
элементы, излучающие очень малые количества энергии.
Можно было бы предположить, что практической особенностью, которая проявилась бы в реакторах с
насыщаемым активным ядром, используемых в настоящем изобретении, является то, что физические
размеры активных зон различных ступеней должны увеличиваться с каждой ступенью. Однако считается, что
на практике может быть получен совершенно иной результат.
Даже если окажется наиболее эффективным уменьшать размеры каждой ступени, начиная с последней, это
станет дорогостоящим, если начальные ступени будут иметь — как это логично — микроскопические размеры.
Обработка и изготовление будут дорогостоящими и нецелесообразными. Теоретически должно быть
установлено, что чем больше размеры сердечника, тем больше выходная мощность на следующей или более
высокой ступени.
Чем меньше размеры сердечника, тем меньше энергии потребуется для насыщения магнитной цепи.
Следует, однако, отметить, что речь идет о двух переплетенных магнитных цепях. В простых реакторах с
насыщаемым сердечником используется трехлопастный сердечник, причем цепь переменного тока
расположена только на внешних лопастях. Как было описано ранее, цепь постоянного тока или насыщающая
цепь включает в себя все три лопасти.
Обмотка постоянного тока расположена на центральной ножке.
Однако вместо описанной выше конструкции с одним сердечником и одним блоком, согласно изобретению
предпочтительно использовать другую известную конструкцию, включающую два субблока,
сбалансированных друг относительно друга.
m Два схематически прямоугольных сердечника предпочтительно изготавливаются как один (т.е. имеют две
внешние и две центральные ножки), чтобы предотвратить блуждание потока переменного тока и уменьшить
потери. Обмотка постоянного тока имеет во много раз больше витков, чем обмотка переменного тока, и
поэтому наведенное напряжение переменного тока в системе постоянного тока будет очень большим.
Катушка постоянного тока окружает оба блока одновременно, поэтому в ней не может накапливаться
напряжение переменного тока основной частоты, поскольку наведенное напряжение нейтрализуется в каждом
витке. Чтобы уменьшить разрушительные напряжения четных гармоник, которые могут возникать в обмотке
постоянного тока при искажении волны, две катушки переменного тока соединяются параллельно.
Следует отметить, что в вышеуказанном случае 85 участок магнитной цепи переменного тока относительно
короткого по отношению к постоянному току. При применении к настоящему изобретению может
потребоваться сделать его еще короче 90. Следует понимать, что чем меньше участок магнитной цепи
переменного тока, тем меньше ампер-витков, и, следовательно, тем меньше входной мощности будет его
насыщать. Однако из этого не следует, что участок постоянного тока также должен быть малым. Если
магнитная цепь переменного тока имеет ограниченное поперечное сечение относительно поперечного
сечения участка постоянного тока, то общее сопротивление IJ 10 (магнитного поля постоянного тока) будет
незначительно больше, чем сопротивление участка переменного тока.
Таким образом, секция постоянного тока, то есть внешние ножки реактора, может быть выполнена со
значительно увеличенными размерами. Это обеспечит большее пространство для обмотки постоянного тока
или насыщающей обмотки. Чем больше пространство для обмотки, тем меньше ватт потребуется для
обеспечения необходимых 10 ампер-витков.
Из приведенных выше рассуждений видно, что все магнитные сердечники для каждой из ступеней могут, при
желании, иметь одинаковые внешние размеры, но секции переменного тока предпочтительно будут иметь
разные размеры, при этом размеры начальных ступеней будут уменьшены.
При работе с очень малыми мощностями могут использоваться очень малые и эффективные насыщаемые
20-ядерные реакторы, имеющие ядра из специальных сплавов, таких как пермаллов.
Можно даже использовать порошкообразные сердечники. Таким образом, можно получить управление цепями
с помощью фотоэлектрических элементов без деликатных реле или использования вакуумных усилителей.
В качестве выпрямительных средств для небольших мощностей, которые могут использоваться в
вышеуказанных схемах согласно изобретению, могут выступать небольшие контактные выпрямители,
например, мощностью в несколько миллиампер.
Очевидно, что описанное выше изобретение имеет многочисленные применения, в частности, для
управления мощностью и усиления постоянных токов как постоянного значения, так и изменяющихся с
относительно низкой скоростью. Такие применения могут также включать фотоэлектрические релейные
системы, обнаружение звука, усилители для термопар и тепловые температурные мосты, другие системы
контроля температуры, а также применение несущего тока или наложенной частоты. Например, в релейных
системах с несущим током прямое выпрямление выходного сигнала детектора или резонансного контура
может быть усилено в соответствии с описанной выше системой.
Изобретение также применимо к механическим системам управления движением, в которых необходимо
приводить в действие различные устройства посредством перемещения гальванометра или другого
чувствительного прибора, и, в общем, к приведению в действие любым механическим устройством,
обладающим крутящим моментом или приводным эффектом настолько малого порядка величины, что
никакое механическое устройство не может быть функционально связано с ним без влияния на его работу.
Примерами применения являются хорошо известная система телеметрии с балансировкой крутящего
момента и фотоэлектрический регистратор.
Как видно, благодаря изобретению отпадает необходимость в обычных чувствительных реле, необходимых в
различных системах, описанных выше, что является большим преимуществом в практическом применении.
Другие области применения изобретения включают использование ламповых усилителей для усиления
мощности. К таким областям применения можно отнести, например, железнодорожную сигнализацию,
автоматические системы индикации сигналов локомотивов. Некоторые из таких систем используют индукторы
переменного тока в путях и токосъемники на локомотиве. Другие системы используют переменный ток,
наложенный на путевые цепи, который улавливается локомотивом через токосъемники, индуктивно
связанные с петлевой цепью, образованной первой осью на передних колесах локомотива. В ряде, если не во
всех, практических системах ламповые усилители размещаются на локомотиве. Однако с помощью данного
изобретения можно создать оборудование, которое позволит избежать использования таких ламп,
обслуживание которых обходится дорого.
Хотя особое внимание уделялось системам индикации локомотивов, не исключается и работа с обычными
путевыми цепями, где используются очень низкие уровни мощности. Методы, предложенные в соответствии с
изобретением, позволяют использовать в них, как и во многих других областях применения, более надежные
и менее дорогие реле, упрощающие техническое обслуживание.
Дата: 2 декабря 1932 года.
Гарольд Барон, Танет Хаус, Стрэнд, 231 и 232, Лондон, W C 2, дипломированный патентный поверенный.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Системы электрического управления и усиления.
Я, Гарольд Барон, дипломированный патентный агент, из Танет-Хаус, Стрэнд, 231, Лондон, W C 2, британский
субъект, разрабатываю системы, включающие термопары, и настоящим заявляю о характере этого
изобретения, связанного с электроизмерительными приборами и тому подобным, системами обнаружения
микрофонного звука, а также системами сигнализации и т. д.
Способом выполнения того же самого является описание и установление вышеуказанных проблем. Один
особенно важный пример, который следует подробно описать и установить, представлен следующим
утверждением о применении фотоэлектрических устройств в
Настоящее изобретение относится к системам электротехнического управления, системам управления
промышленными инструментами и системам магнитного усиления, а также к системам управления
технологическими процессами.
и особенно в отношении управления и усиления электрических эффектов, которые могут быть получены из
фоточувствительных эффектов низкого порядка величины, настолько малы, что практическое применение
таких устройств было зафиксировано лишь в 10 случаях, когда такие условия до сих пор не решались, и к
которым применим настоящий подход в связи с чрезвычайно чувствительным электрическим разрядом
относятся системы дистанционного управления или контроль (особенно с помощью несущих реле).
Применение фотоэлектрических устройств в электроэнергетике, системах и на промышленных предприятиях,
следовательно, значительно ограничено тем фактом, что такие устройства требуют специально
квалифицированного обслуживания и постоянного внимания. В частности, необходимость периодического
тестирования и замены вакуумных ламп исключает их использование во многих областях применения.
Поэтому до сих пор было трудно найти удовлетворительные средства, способные преодолеть разрыв между
уровнем энергии, связанным с фотоэлектрическими и другие средства спецэффектов и промышленные реле
управления, контакторы и сопутствующее оборудование.
Цель настоящего предложения — попытаться удовлетворить это требование и создать систему управления и
усиления, способную реагировать на уровни энергии порядка величины, характерной для фотоэлектрических
элементов и других эффектов столь же малой величины, а также усиливать такие эффекты до любой
желаемой величины, чтобы с её помощью можно было напрямую управлять мощными контакторами или
устройствами с электроприводом.
Изобретение направлено на достижение вышеуказанного результата с помощью устройств, не содержащих
контактов, движущихся частей или электронно-разрядных устройств, и которые могут использоваться вместо
ламповых усилителей в общих инженерных приложениях, и особенно в приложениях фотоэлектрических
элементов. Для этой цели в изобретении используются реакторы с насыщаемым сердечником, в которых
величина переменного тока, протекающего в обмотке, расположенной на реакторе, регулируется путем
насыщения сердечника реактора посредством возбуждения постоянным током.
Для обеспечения системы управления и усиления, способной реализовать цель изобретения, последняя
включает в себя новые и эффективные методы использования таких реакторов в многоступенчатых
конфигурациях, благодаря которым становится возможным суммарное усиление до любой желаемой степени
в зависимости от количества используемых ступеней.
Реакторы с насыщаемым сердечником указанного типа уже соединены таким образом, что энергия
переменного тока, получаемая от одного реактора с насыщаемым сердечником, к которому прикладывается
управляемый или усиливаемый эффект, выпрямляется и подается на второй реактор с насыщаемым
сердечником, так что насыщающий эффект воздействует на сердечник последнего в соответствии с
постоянным током, получаемым от выходного переменного тока первого реактора. Система реакторов,
соединенных таким образом, далее называется каскадно соединенной или цепной системой реакторов с
насыщаемым сердечником. Следует, однако, понимать, что в таких системах для каждого последующего
реактора после первого дополнительная доля или процентное изменение намагниченности, обусловленное
изменениями входного постоянного тока первого реактора, будет становиться все меньше и меньше из-за
того, что насыщаемые сердечники последующих реакторов, когда к первому реактору в системе не
прикладывается управляемый или усиливаемый электрический эффект70, имеют возрастающую нулевую
намагниченность постоянного тока. Выпрямленный переменный ток, поступающий из предыдущего реактора.
Таким образом, на любом этапе после первого нельзя сказать, что изменения выходного тока прямо
пропорциональны изменениям входного тока первого этапа, который представляет собой электрический
эффект, подлежащий контролю или усилению.
Согласно настоящему изобретению, предлагается система электрического управления и усиления, в
частности, для управления и усиления слабых электрических эффектов, таких как партоэлектрические
эффекты, включающая соединенную систему реакторов с насыщаемым сердечником, образующих
последовательные ступени управления и усиления, в которой устраняется вышеуказанный недостаток. С этой
целью изобретение включает систему управления и усиления, включающую множество последовательных
ступеней, каждая из которых содержит реактор с насыщаемым сердечником, имеющий переменный выходной
ток, соединенный через межступенчатую связь, включающую выпрямительные средства, с входом
постоянного тока реактора следующей ступени, причем средства, связанные с каждой ступенью после первой,
обеспечивают, благодаря чему насыщение постоянным током, приложенное к реактору каждой ступени,
становится прямо пропорциональным насыщению постоянным током, приложенному к реактору предыдущей
ступени. Согласно одной из особенностей изобретения, последняя включает средства, связанные с реактором
каждой ступени после первой или включая первую, для Нейтрализация любого эффекта насыщения
постоянным током, приложенного к активной зоне реактора (110), который нежелателен, должна повлиять на
цепь переменного тока.
Согласно еще одной особенности изобретения, средства, связанные с каждой ступенью после первой (115),
могут быть такими, чтобы аннулировать входной постоянный ток в реактор, поступающий от реактора
предыдущей ступени, когда к последнему не применяется эффект, подлежащий усилению (120). Согласно
еще одной особенности изобретения, каждый реактор после первой ступени или включая первую, может
иметь дополнительную обмотку постоянного тока, намотанную соосно с обычной обмоткой насыщения
постоянного тока (25), чтобы противодействовать эффекту насыщения последней на насыщаемый сердечник.
Дополнительная обмотка компенсации постоянного тока, предусмотренная на каждом реакторе, может
питаться постоянным током 130 404 Дж 034, предпочтительный вариант осуществления изобретения; Рис. 2
представляет собой схематическое изображение модификации варианта осуществления изобретения,
показанного на рис. 1; Рис. 3 представляет собой схематическое изображение еще одной модификации
изобретения. Изобретение описано со ссылкой на рис. 1 в его применении к усилению электрического тока,
генерируемого фотоэлементом под действием света, но следует понимать, что такое применение приведено
лишь в качестве примера. На рис. 1 фотоэлемент 1 представляет собой:
контактор 2, предназначенный для воздействия светового эффекта (не показанного на рисунке), такого как
интенсивность дневного света или света от источника, направленного через полупрозрачную среду, такую как
дым, жидкость и т. д., или любой другой тип фотоэлектрического применения. Контактор 2 имеет клеммы 3,
посредством которых контакты контактора могут быть включены в любую электрическую цепь управления (не
показанную на рисунке) с целью управления цепью освещения, электродвигателем или любым другим
устройством или эффектом, которым необходимо управлять в соответствии со светом, падающим на
фотоэлемент 1. Для повышения чрезвычайно малого электрического тока, подаваемого фотоэлементом 1, до
уровня энергии, необходимого для работы контактора 2, на фиг. 1 показан, например, четырехступенчатый
магнитный усилитель согласно изобретению, имеющий входные клеммы 4 и выходные клеммы 5. Следует
понимать, однако, что изобретение не ограничивается определенным количеством ступеней. Например,
может быть использовано меньшее количество, если... Для достижения требуемой цели будет достаточно.
Напротив, может быть добавлено любое количество дополнительных ступеней, расположенных в
соотношении 1:0 и соединенных аналогичным образом, благодаря чему уровень энергии может быть
неограниченно повышен в любой необходимой степени.
На фиг. 1 фотоэлемент 1 питается от подходящего источника постоянного тока 115 6, а цепи магнитного
усилителя питаются через клеммы 7 от источника переменного тока S, который может, например, составлять
110 вольт, 60 циклов. При необходимости, как показано на рисунке, может быть предусмотрен трансформатор
120 9 для питания различных цепей усилителя различным напряжением. Четырехступенчатая схема
усилителя, показанная на фиг. 1, включает четыре насыщаемых реактора 10, 20, 30, 40, каждый из которых
имеет магнитный сердечник 11, 21, 31, 41, насыщающую обмотку постоянного тока 12, 22, 32, 42 и реактивную
обмотку 1a.
23 33 43 С каждым реактором связан выпрямитель 14, 24, 34, 44, который может обеспечивать постоянный ток
величиной 130, достаточной для нейтрализации насыщения сердечника реактора постоянным током от
нормальной обмотки насыщения управления, вызванного током B, протекающим в обмотке переменного тока
предыдущего реактора, когда к последнему не применяется никакого управляемого или усиливаемого
воздействия.
Однако, согласно еще одной особенности изобретения, вместо вышеупомянутой дополнительной
компенсирующей обмотки, компенсирующие средства, связанные с последовательными ступенями системы,
могут включать дополнительный реактор, имеющий магнитные характеристики, аналогичные части реактора с
насыщаемым сердечником той же ступени, и нормально сбалансированную мостовую схему, охватывающую
реактор с насыщаемым сердечником и второй реактор, а также выпрямитель, питаемый от моста при его
разбалансировке, способом, описанным ниже.
Как видно, посредством изобретения обеспечивается система управления и магнитного усиления,
включающая в себя соединенную систему насыщаемых реакторов, содержащую специальные
компенсирующие средства, благодаря которым намагничивающий ток, потребляемый реактором, когда к нему
не применяется эффект насыщения постоянным током, не оказывает насыщающего воздействия на реактор,
предшествующий ему в соединенной системе. Каждый насыщаемый реактор после первого подвергается
только эффекту насыщения постоянным током, пропорциональному разности между переменным током,
протекающим в насыщаемом реакторе, который он следует в системе, когда последний подвергается
эффекту насыщения постоянным током, и переменным током, протекающим в нем, когда к нему не
применяется эффект насыщения постоянным током.
В случае, когда необходимо контролировать, регулировать или усиливать переменный электрический ток,
последний может быть преобразован в постоянный ток с помощью выпрямителя и подан непосредственно на
вход постоянного тока первого реактора в системе So, описанной выше в изобретении.
Однако, если требуется получить то, что в данной области техники известно как полноволновое усиление
таких переменных электрических эффектов, магнитная система усиления, описанная в изобретении, может
быть использована способом, описанным ниже, в конфигурации, аналогичной хорошо известной схеме
Траш-пулла в космических разрядных усилителях.
Изобретение станет более понятным из следующего описания предпочтительных вариантов его
осуществления, приведенного в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:.
3 Рис. 1 представляет собой схематическое изображение а.
404,034 я:.
_ 104)034 любого подходящего типа, например, электронно-разрядного, пароэлектрического,
электролитического, медно-оксидного или другого типа с металлическими контактами. Предпочтительно
использовать выпрямитель с металлическими контактами, обладающий хорошими выпрямительными
свойствами и низким падением напряжения.
Фотоэлектрический элемент 1, питаемый от источника 6, соединен последовательно с насыщающей обмоткой
12 реактора 10.10 Реактивная обмотка 13 реактора 10 питается переменным током последовательно с
выпрямителем 14 от трансформатора 9. При такой схеме будет очевидно, что когда в обмотке 12 не протекает
фотоэлектрический ток; Таким образом, поскольку к реактору 10 не применяется эффект насыщения
постоянным током, реактор будет потреблять намагничивающий ток от источника переменного тока, который
будет протекать в обмотке 13 и в выпрямителе 14. Когда в обмотке 12 протекает фотоэлектрический ток,
вызывающий насыщение сердечника 10 постоянным током, ток, протекающий в 13 и 14, будет увеличиваться
в соответствии с величиной фотоэлектрического тока. Насыщающая обмотка 22 следующего реактора 20
запитывается выпрямленным током от выпрямителя 14. Таким образом, насыщение сердечника 21 реактора
20 постоянным током будет соответствовать величине тока, протекающего в 13 и 14. Реактивная обмотка 2A
реактора 20 также запитывается от источника переменного тока, последовательно соединенного с
выпрямителем 24. Обмотки 33 и 43 и выпрямители 34 и 44 третьего и четвертого по величине реакторов 30 и
40 соответственно. Насыщающая обмотка 32 реактора 30 питается выпрямленным током от 24, и
аналогичным образом насыщающая обмотка 42 реактора 40 питается от выпрямителя 34.
Как видно, сердечник 11 реактора 10 первой ступени насыщается в соответствии с входным током усилителя
(током от фотоэлемента 1). Насыщающая обмотка 22 реактора 20 второй ступени получает постоянный ток,
пропорциональный переменному току, протекающему в реактивной обмотке 13 реактора 10 первой ступени.
Аналогично, насыщающая обмотка 32 третьей ступени получает постоянный ток, пропорциональный
переменному току, протекающему в реактивной обмотке 23 реактора 20 второй ступени. И таким же образом
насыщающая обмотка 42 реактора 40 последней ступени получает постоянный ток, пропорциональный
переменному току, протекающему в реактивной обмотке 33 реактора третьей ступени.
Выпрямленный ток от выпрямителя 44 последней ступени подключается к рабочей катушке контактора 2.
Таким образом, контактор 2 получает питание постоянным током, пропорциональным по величине
переменному току, протекающему в реактивной обмотке 43 7d реактора 40 последней ступени.
Из вышеизложенного легко видно, что на обмотки насыщения второго, третьего и четвертого реакторов
поступает постоянный ток, пропорциональный переменному току, протекающему в реактивной обмотке
каждого из предыдущих каскадов.
Для получения системы управления и магнитного усиления, способной быть расширенной на неограниченное
количество уровней и работать полностью эффективно, в варианте осуществления изобретения, показанном
на фиг. 1, предусмотрены специальные средства в виде компенсирующих ветровых турбин 16, 25, 35, 45,
расположенных на реакторах 10, 20, 30 и 40 соответственно, которые выполняют следующую функцию.
Компенсирующие обмотки 15, 25, 35 намотаны соосно с насыщающими обмотками постоянного тока 12, 22,
32, 42 и показаны находящимися под напряжением постоянного тока последовательно с реостатами 16, 26,
36, 46 соответственно с помощью выпрямителя 17, питаемого от вторичной обмотки трансформатора.
Соединения катушек 15, 25, 35, 45 выполнены таким образом, что намагничивающий эффект, обусловленный
этими катушками, действует в противовес намагничивающему эффекту постоянного тока в насыщающих
катушках 12, 22, 32, 42. Цель этих катушек — компенсировать нормальный намагничивающий ток реакторов.
Будет видно, что реактивные обмотки 13, 293, 33, 43 всегда будут пропускать намагничивающий ток, когда
постоянный ток не протекает. Насыщающие обмотки 12, 22, 32, 42. Воздействие постоянного тока на обмотки
насыщения будет заключаться в увеличении тока, протекающего в реактивных обмотках 1 (T 1 'P effset oe tie
compensatih ' обмотки 15, 25, 35, 45 в показанном варианте осуществления, чтобы обеспечить применение к
реактору на каждой стадии прямого тока, вызывающего эффект насыщения, который будет пропорционален
не току в реактивной обмотке предыдущей стадии, а его увеличению из-за степени насыщения предыдущей
стадии 12 (В общих чертах можно сказать, что предусмотрены средства для того, чтобы результирующий
эффект намагничивания на сердечнике любой данной стадии был равен нулю, когда эффект намагничивания
на сердечнике предыдущей стадии равен нулю.
Обращаясь, например, к реакторам первой и второй ступеней 10 и 20, этот эффект достигается путем
регулирования тока в компенсирующей обмотке 25 с помощью реостата 26 таким образом, чтобы
возбуждение постоянного тока, создаваемое 25, было равно и противоположно ампер-виткам, создаваемым
обмоткой 22 из-за тока, протекающего в ней от 13 и 14, когда в насыщающей обмотке 12 первой ступени не
протекает постоянный ток. Таким образом, при этом условии суммарный эффект постоянного тока,
стремящийся к насыщению сердечника 20, равен нулю.
На практике ток в 22 наблюдается, когда к 10 не прикладывается постоянный ток, вызывающий насыщение, а
реостат настроен на минимальное значение тока в 22.
Теперь, если в обмотке 12 подать небольшой постоянный ток от фоточувствительного элемента 1, это
насытит сердечник 10 и вызовет увеличение переменного тока, протекающего в 13, и, следовательно,
соответствующее увеличение выпрямленного тока, протекающего в обмотке 22. Эффект от 22 и 25 теперь
будет неравным, и сердечник 20 будет насыщен в степени, зависящей от насыщения 10 и существенно
большей, чем насыщение 10.
Таким образом, действие компенсирующей обмотки 25 заключается в том, что сердечник реактора 20
насыщается в степени, пропорциональной разнице между током, протекающим в обмотке 22 при протекании
тока в обмотке 12, и меньшим током, протекающим в обмотке 22, когда сердечник реактора 10 ненасыщен
из-за отсутствия тока в обмотке 12. Другими словами, к сердечнику реактора 20 применяется усиленный
эффект насыщения, который практически пропорционален степени насыщения реактора 10.
Обмотки 35 и 45 на реакторах 30 и 40 выполняют точно такую же функцию в отношении третьей и четвертой
ступеней.
Из приведенного выше объяснения становится ясно, что при надлежащей регулировке комбинирующего тока
в обмотках 25, 35, 45 все реакторы будут полностью ненасыщенными, когда ток в обмотке 12 не протекает.
Таким образом, воздействие тока в обмотке 12 приведет к кумулятивному насыщению всех четырех ступеней.
Важность вышеупомянутой компенсационной особенности изобретения сразу станет очевидной, если
рассмотреть условия, которые возникнут, если обмотки 25, 35, 45 будут исключены.
В этих условиях, при отсутствии тока в обмотке 12, сердечник 20 будет частично насыщен через обмотку 22 и
выпрямитель 14 из-за намагничивающего тока от реактивной обмотки 13 реактора 10. Это вызовет заметное
увеличение намагничивающего тока, протекающего в обмотке 23. В результате сердечник 30 будет насыщен
еще в большей степени и вызовет аналогичное еще большее увеличение намагничивающего тока,
протекающего в реактивной обмотке 33. Таким образом, сердечник 40 будет насыщен еще сильнее, чем 3 t L.
В результате этого становится очевидно, что такая схема не только уступает по чувствительности показанной
компенсированной системе, но и что количество возможных ступеней должно быть определенно ограничено.
При отсутствии насыщающего тока, подаваемого на первую ступень, каждая из A; Тем не менее, на каждом
последующем этапе происходит начальное насыщение, степень которого возрастает, и при очень
ограниченном количестве этапов кумулятивный эффект намагничивающих токов G промежуточных этапов
приведет к полному начальному насыщению заключительного этапа.
Важность компенсирующей обмотки станет еще более очевидной из условий, при которых достигается
максимальная эффективность, или коэффициент усиления на ступень. Эффективный коэффициент усиления,
обеспечиваемый первой ступенью, может быть выражен делением мощности, рассеиваемой в насыщающей
обмотке 9 12 под действием заданного фотоэлектрического тока, на разницу между мощностью, развиваемой
в обмотке 22 под действием указанного фотоэлектрического тока, и мощностью в обмотке 22 при отсутствии
тока в 12.
Для достижения максимального усиления сопротивление обмотки 22 следует экспериментально подобрать в
соответствии с характеристиками реактора 10 и его обмотки 13. Напряжение переменного тока, получаемое
от трансформатора 9, также следует определить соответствующим образом относительно кривой магнитной
проницаемости и характеристик реактора 10. Если напряжение на трансформаторе 9 изменяется, то
обнаруживается довольно широкий диапазон напряжений, в пределах которого можно получить
приблизительно максимальное усиление. Выше и ниже этого диапазона усиление заметно уменьшается.
Кривая, показывающая зависимость между усилением на ступень и приложенным напряжением переменного
тока, в общем виде будет напоминать кривую магнитной проницаемости материала сердечника, из которого
она получена. Следует понимать, что чем ниже напряжение, при котором работает насыщаемый реактор в
системе на рис. 1, тем меньше будет протекающий намагничивающий ток при отсутствии прямого насыщения
током. Можно предположить, что если реакторы работают при низких напряжениях, то Начальные
намагничивающие токи незначительны, компенсация не требуется. Однако эксперименты показали, что
коэффициент усиления на каскад достигает максимума, когда напряжение переменного тока выбирается
таким образом, чтобы в обмотке 13 возникал значительный намагничивающий ток, когда отсутствует
насыщение постоянным током, и когда сердечник 10 насыщен фотоэлектрическим током до такой степени, что
ток в 13 увеличивается в соотношении примерно два к одному.
Благодаря предусмотренной в изобретении функции компенсации не только значительно увеличивается
коэффициент усиления на каждом этапе, но и, кроме того, не существует ограничений на количество
используемых этапов.
Следует отметить, что компенсирующая обмотка 15 также показана на реакторе первой ступени 10, несмотря
на отсутствие предшествующей ступени. Эту обмотку 15 можно опустить при желании, но она часто является
удобством, учитывая характер фотоэлектрических применений.
Некоторые фотоэлементы пропускают определенное количество так называемого «темнового тока», который
может быть компенсирован регулировкой реостата 16, благодаря чему может быть достигнута повышенная
эффективность и чувствительность.
Кроме того, во многих фотоэлектрических приложениях желательно обеспечить работу системы управления,
когда условия отклоняются от некоторой заранее заданной интенсивности освещения. В таких случаях, путем
регулировки реостата 16, сердечник 10 может быть расположен таким образом, чтобы он был полностью
ненасыщен при любом конкретном значении фотоэлектрического тока, соответствующем заданному
состоянию освещения. Любое отклонение от этого состояния приведет к насыщению 10 и срабатыванию
контактора 2.
Если источник 8 подвержен значительным колебаниям напряжения, следует отметить, что, поскольку
компенсирующие обмотки питаются от того же источника, что и реактивные обмотки, через выпрямитель 17,
увеличение напряжения приведет к увеличению компенсирующего возбуждения, в то время как при
уменьшении напряжения ток в этих компенсирующих обмотках также уменьшится, что будет способствовать
поддержанию надлежащего баланса между возбуждением компенсирующих обмоток и токами, протекающими
в насыщающих обмотках 22, 32 и 42, когда к источнику 10 не применяется насыщающий эффект.
X. Схема, показанная на рис. 1, оказалась полностью удовлетворительной в вышеуказанном отношении при
работе от источника, регулируемого в пределах обычных коммерческих значений RR. Однако, если
потребуется использовать изобретение при напряжении, подверженном необычно широкому диапазону
регулирования, идеальная компенсация на всех напряжениях может быть легко обеспечена путем питания
выпрямителя 17 от трансформатора 9 последовательно с реактором 18, имеющим магнитную цепь и обмотку,
точно соответствующую той части насыщающего реактора, такой как 10, 30 или 40, через которую проходит
магнитный поток переменного тока. Другими словами, специальный реактор 18 может иметь сердечник,
размеры которого соответствуют только двум средним ножкам одного из насыщающих реакторов 10, 20, 30
или 40, и обмотку, аналогичную 13, 23, 33, 43. Изменение 70 намагничивающего тока, вызванное сильными
колебаниями напряжения, может быть нелинейным по отношению к такому изменению напряжения.
Вышеуказанная схема обеспечивает...
Грунентное нелинейное изменение токов 75 в компенсирующих обмотках. При необходимости каждая
компенсирующая обмотка может питаться от отдельных реакторов и выпрямителей, аналогичных 18 и 17.
Принцип действия изобретения теперь станет легко понятен.
При отсутствии эффекта насыщения, применяемого к реактору 10, и при соответствующей регулировке -26, 36
и 46, сердечники реакторов 20 и 4Q будут полностью ненасыщенными 8; Регулируя ток в 15 с помощью
реостата 16, можно компенсировать любой фотоэлектрический «темновой ток», протекающий в 12, так что
сердечник также будет полностью ненасыщенным 90. Если теперь фоточувствительный элемент 1 будет
имитирован световым эффектом, то в обмотке 12 будет протекать увеличенный фотоэлектрический ток,
который может иметь витки и сопротивление, соответствующие характеристикам фоточувствительного
элемента 1. Возбуждение 12 теперь будет преобладать над 15, и сердечник 10 будет подвергаться эффекту
насыщения постоянным током.
Соответственно, ток в 13' увеличится, как и выпрямленный ток в 22. В реакторе 20 возбуждение,
обусловленное 22, теперь будет преобладать над 25, вызывая насыщение активной зоны. Поскольку чистая
выходная мощность первой ступени, выраженная как 105 Вт, развиваемая в 22 из-за насыщения 10
фотоэлектрическим током, минус Вт, развиваемая в ней, когда 10 ненасыщен, будет во много раз больше Вт,
подводимых в 12 из-за 10.
Усиливающий эффект насыщающего реактора 10 приводит к тому, что суммарное количество ампер-витков
постоянного тока, доступное для насыщения 20, также будет существенно больше, чем количество
ампер-витков, приложенных к 10 фотоэлектрическим током 115 в 12. Соответственно, эффект насыщения,
создаваемый в 20, будет намного больше, чем насыщение, создаваемое в 10 током в 12, и выходная
мощность 20, представленная аналогичным образом 12 Q разностью ватт, развиваемой в 32, будет еще
больше усилена. Аналогичным образом, выходные мощности 30 и 40 будут иметь постепенно
увеличивающуюся амплитуду.
-Выпрямленный выходной сигнал с последнего каскада M 25 подается непосредственно на контактор 2. В
показанном варианте осуществления в катушке контактора 2 будет протекать некоторый постоянный ток,
обусловленный током намагничивания, протекающим в 43 при этом i 20 12 _ 404,034:
Схема управляется реактором, когда реактор полностью насыщен, по сравнению с состоянием, когда
насыщение постоянным током не подается.
Таким образом, в реакторах типа 7O, изображенных на рис. 1, максимальная производительность будет
стремиться быть пропорциональной поперечному сечению и длине двух центральных ребер реактора.
Таким образом, размеры средних ножек 75 реактора 40, используемого для выходного каскада, могут быть
определены в соответствии с номинальной выходной мощностью, для которой должна быть спроектирована
система усиления.
Количество мощности постоянного тока, необходимое для насыщения последней ступени, будет существенно
меньше выходной мощности.
Соответственно, размеры цепи переменного магнитного поля, образованной двумя центральными ветвями
реактора 30, составляющего предпоследнюю ступень, могут быть определены аналогичным образом,
поскольку она должна быть способна выдавать выходную мощность, равную мощности, необходимой для
насыщения последней ступени, плюс потери на выпрямление.
Для обеспечения максимального эффекта усиления очевидно, что реакторы должны быть пропорциональны
таким образом, чтобы переменные участки магнитной цепи могли быть доведены до точки насыщения с
минимальным количеством постоянного тока возбуждения. Ясно, что чем короче длина двух центральных
ножек, тем легче эта часть магнитной цепи будет насыщена. С другой стороны, предпочтительно, чтобы
участок магнитной цепи, возбуждаемый постоянным током, был большим по сравнению с переменным
участком. Чем больше длина магнитной цепи, включающая сплошную часть центральных ножек, внешние
ножки и горизонтальные участки, соединяющие их, тем больше будет «площадь окна» пробивки сердечника и
тем больше будет пространство, доступное для постоянного тока на обмотке насыщения. Чем больше
пространство обмотки, тем больше будет возбуждение в ампер-витках.
может производиться на микроватт входной мощности 115. Также может быть желательно сделать
поперечное сечение вышеупомянутой части магнитной цепи значительно больше, чем поперечное сечение
коротких центральных ножек. Если это будет сделано, градиент магнитного потенциала 120 вокруг магнитной
цепи, которая включает в себя как внешние, так и внутренние ножки, может быть таким, что суженное сечение,
представленное центральными ножками, составляет приблизительно полное магнитное сопротивление i 25
этого магнитного пути. Таким образом, магнит_.
Количество ампер-витков на единицу длины, приложенное к двум центральным выводам, будет равно
насыщению в ампер-витках, деленному на эффективную длину магнитного поля. В условиях 30 контактор 2
может быть отрегулирован таким образом, чтобы нормальный ток, обусловленный намагничивающим током в
43, когда 10 ненасыщен, был существенно меньше значения падения напряжения. В этих условиях, когда
применяется фотоэлектрический эффект, ток через контактор может увеличиться до значения, существенно
превышающего значение падения напряжения, и контактор будет срабатывать, размыкая контакты. Если
фотоэлектрический эффект прекратится, ток уменьшится до значения ниже значения падения напряжения, и
контактор разомкнет цепь.
Как показано на рис. I, реакторы с насыщаемой активной зоной 10, 20, 30 и 40 предпочтительно имеют разные
типы. На конструкцию этих реакторов для различных ступеней влияют следующие соображения.
Соседние файлы в папке патенты