УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АСИНХРОННОЙ ПЕРЕДАЧИ ПОВОРОТОВ ВАЛА НА РАССТОЯНИЕ Советский патент 1927 года по МПК G05B19/10 

На прилагаемых чертежах даны схемы предлагаемого устройства для электрической асинхронной передачи.

В технике точной передачи определенных поворотов на расстояние применяется следующий метод, положенный в основу устройства соответствующих приборов. Контакты 1, 2, 3 со спиралями, изображенными на фиг. 1, представляют замкнутый кольцевой реостат, ток в который входит через две щетки α и β вращающиеся вокруг центра 0 вместе с (щеткодержателем) рычагом Z, к которому они прикреплены.

К точкам 1, 2, 3 (фиг. 1), расположенным на концах дуг в 120°, припаяны три провода 1, 1-2, 2-3, 3, идущие к концам обмоток: трех неподвижных электромагнитов I, II и III, соединенных звездой, оси которых наклонены друг к другу под углом в 120°. S представляет электромагнит, вращающийся вокруг 0′. Магнитное поле, возбуждающееся между тремя неподвижными электромагнитами I, II и III, вращается вполне синхронно с рычагом Z. Электромагнит S, увлекаемый полем магнитов I, II и III, также соверщает вращение, синхронное с вращением рычага Z. Точность передачи поворотов посредством телеаппарата такой конструкции, по указанию автора, не более +18°.

Если угол поворота рычага Z вокруг оси 0 назовем X и угол поворота якоря S вокруг оси 0 назовем Y, то предлагаемое устройство предназначено для осуществления передачи по закону Х=Y, т.-е. синхронной передачи, с точностью плюс, либо минус 18°, при этом крутящий момент, передаваемый устройством, должен быть весьма мал.

Предлагаемая система асинхронной передачи имеет целью предоставить возможность передавать на расстояние повороты по закону x-ƒ(y), где x=ƒ(у) представляет зависимость любого вида, при чем передача поворотов совершается с произвольной степенью точности и передаваемый системой крутящий момент может быть произвольной величины, кроме того, система снабжена приспособлением для первоначальной правильной установки и для контролирования собственного действия.

На фиг. 2F и G представляют зажимы + и - источников постоянного тока; АВ представляет кольцевой замкнутый (посредством провода Аωω′В) реостат, разделенный в точках 1, 2, 3…, 1′, 2′, 3′… на равное число частей; I-I′ и II-II′ - два ряда неподвижных изолированных друг от друга контактов. К проводам 1-1, 2-2, 3-3, припаянным в точках 1, 2, 3, 4 к кольцевому реостату АВ, присоединены отдельные, неподвижные контакты рядов I-I′ и II-II′. На той же фигуре YY представляет винтовой вал, по которому при его вращении движется винтовая шайба L. К винтовой шайбе L прикреплены три скользящих контакта +1, -2 и -3. Скользящие контакты +1 и -2 при любом положении шайбы касаются, одновременно двух неподвижных контактов рядов I-I′ и II-II′, соединенных электрически с двумя диаметрально противоположными точками кольцевого реостата АВ.

Так, например, в положении, изображенном на фиг. 4, контакты +1 и -2 соединены электрически с диаметрально противоположными точками 4 и 4′ кольцевого реостата АВ. В точках α, β и γ кольцевой реостат АВ разделен на три равные части, при чем от этих точек ответвляются три провода αα, ββ и γγ, к которым присоединены обмотки трех электромагнитов а, в, г, соединенных звездой (фиг. 3).

Электромагнитный якорь S устанавливается параллельно полю, создаваемому электромагнитами. Таким образом, при вращении винта YY шайба L вместе с укрепленными на ней контактами 1, 2, 3 движется вдоль неподвижных контактов I-I′ и II-II′ и, так как контакты +1 и -2,. соединенные с источником постоянного тока, все время касаются двух диаметрально противоположных точек кольцевого реостата АВ, то движение контактов 1 и 2 вдоль неподвижных контактов I-I′ и II-II′ равносильно, как и было указано на фиг. 1, вращению контактов α и β по реостату 1, 2, 3. При этом происходит вращение магнитного поля электромагнитов а, в, г. Якорь S - вращается синхронно с магнитным полем а, в, г.

Пусть зависимость между оборотами у вала YY и оборотами х якоря S выражается кривой x=ƒ(y) (фиг. 4). Вначале участка I-II пути шайбы L контакты 1 и 2 соединены электрически с взаимна, диаметрально противоположными точками 1 и 1′ кольцевого реостата АВ, при чем контакт +1 соединен с точкой 1 и контакт -2 соединен с точкой 1′. Когда шайба L пройдет участок I-II, контакты +1 и -2 опять будут соединены электрически с теми же точками 1 и 1′, но контакт +1 соединен с точкой 1′ и контакт -2 соединен с точкой 1. Таким образом, за время прохождения шайбою L пути I-II якорь S совершает пол-оборота (или на диаграмме фиг. 5 он проходит путь I′-II′=180°).

Далее (см. фиг. 5), при прохождении шайбой L пути II-III, якорь S совершает пол-оборота и проходит путь II′-III′. При прохождении шайбой L пути III-IV якорь S совершает еще пол-оборота и проходит путь III′-IV′.

Так как (как это видно из фиг. 4) отрезки пути шайбы L I-II, II-III, III-IV, IV-V, каждый из которых соответствует полуобороту якоря S, не равны между собою, то ясно, что кривая передачи может, представлять из себя зависимость любого вида; х=ƒ(у).

В случае, если при вращении якоря S вокруг оси 0 (фиг. 3), он преодолевает значительное сопротивление, то якорь S используется лишь как пусковое реле, при чем движение к колесу а (концентричному с якорем S, которое должно совершать повороты х) передается от электромотора М. На фиг. 3 М - электромотор, k--червячная передача, б-а - зубчатая передача. Неподвижно к якорю S прикреплен рычаг V₀, на конце которого помещен контакт q, соединенный с (-) источника постоянного тока. Неподвижно с зубчатым колесом а соединен сектор CD с контактными поверхностями klm k′′m′ пускового реостата и между которыми помещен изолирующий промежуток W₀. Если контакт q рычага V₀ находится на изолирующем промежутке, то электромотор М неподвижен (при этом поворот колеса а равен повороту якоря S). В случае, если контакт q рычага V₀ касается одного из контактов km, ток проходит по проводу m-u в неподвижный контакт u₁ и через пластинку ψ проходит в возбуждающую обмотку г_I сервомотора М, одна щетка которого соединена с плюсом.

Сервомотор М, придя в движение посредством червячной передачи k и зубчатой передачи б-а, устанавливает изолирующий промежуток W₀ на секторе CD против контакта q на рычаге V₀, после чего движение сервомотора М останавливается. Если контакт q на рычаге V₀ касается одного: из контактов k′′m′, то ток поступает в обмотку г_II электромотора (витки которой намотаны противоположно виткам обмотки г₁)и электромотор М, вращаясь в противоположную сторону, стремится посредством передач k- и б-а установить контакт на рычаге V₀ против изолирующего промежутка W₀, после чего движение сервомотора прекращается.

Пусковые реостаты и предназначены для регулирования скорости электромотора М. При малой скорости вращения винта YY и соответственно якоря S, контакт q рычага V₀ касается лишь контактов K или K′, при чем сервомотор М имеет минимальную скорость. При больших скоростях вала YY контакт q касается контактов или ′ и, наконец, при максимальной скорости, он касается контактов m или m′.

Обмотки n_I и n_II на индукторах электромагнитов, один конец которых. соединен с минусом источника постоянного тока, с витками, намотанными противоположно виткам обмоток Г_I и Г_II, введены для уменьшения искрообразования на контактах сектора CD. Для целей правильной первоначальной установки колеса а соответственно начальному положению винта YY и для контроля движения якоря S применено приспособление, состоящее из винтовой шайбы L (фиг. 2), на которой вместе с контактами +1 и - 2 укреплен контакт - 3, скользящий вдоль реостата qq₁. На оси зубчатого колеса насажен рычаг с контактом - 4 (фиг. 3), скользящий по реостату

На фиг. 5 изображено реле, состоящее из неподвижного электромагнита N-S, возбуждаемого обмоткой hh, между полюсами которого вращается железный якорь L. В пазах якоря L расположены четыре обмотки qq-q₁q₁, pp-p₁p₁, внутренние концы которых все соединены.в одной точке, соединенной с полюсом источника постоянного тока. Внешние концы этих четырех обмоток соединены с концами реостатов qq₁ и pp₁. Неподвижно с якорем L соединен рычаг 3, оттягиваемый в разные стороны двумя пружинами S-S. Конец рычага 3 соединен с источником постоянного тока и помещен между двумя неподвижными контактами ж и ж. В случае, если положение контактов - 3 на реостате qq₁ к - 4 на реостате pp таково, что сопротивления участков 3-q равны сопротивлению участка 4-р, тогда сила тока в линии qq равняется силе тока в линии рр и сила тока в линии q₁q₁ равняется силе тока в линии p₁p₁.

Как видно из рассмотрения фиг. 5, обмотки рр и qq намотаны на якорь L взаимно противоположно. Обмотки p₁p₁ и q₁q₁ также намотаны взаимно противоположно. Таким образом, в случае, если контакты 3 и 4 (фиг. 3, 4) занимают одинаковое положение на реостатах qq₁ и рр₁ то крутящий момент якоря L (реле на фиг. 5) равен 0 и рычаг 3 не касается контактов ж и ж. При этом сумма ампер-витков четырех цепей якоря равна 0. Если же положение контактов 3 и 4 на реостатах qq₁ и рр₁, не одинаково, то сумма ампер-витков в четырех цепях якоря L не равна 0 и якорь L имеет стремление повернуться в ту или иную сторону. При этом рычаг 3 будет прижат к одному из неподвижных контактов ж.

Ток из рычага 3 (фиг. 5), соединенного с зажимом, пройдет в один из неподвижных контактов ж и далее: к одному из неподвижных контактов W у реле R (фиг. 3), в обмотку реле R и в сигнальное приспособление K. При этом пластинка ψ, соединенная с сердечником реле R, прижмется к контактам W, благодаря чему ток пройдет в соответствующую индукторную обмотку сервомотора М и последний будет, вращаться в таком направлении, чтобы установить рычаг 4 в положение, идентичное положению рычага 3 на фиг. 4. После того, как сервомотор М приведет рычаг 4 в положение, идентичное рычагу 3, якорь L реле на фиг. 5 поставит рычаг 3 в среднее положение, ток из обмотки реле R на фиг. 3 выключается, и пластинка ψ упадет на контакты u.

В дальнейшем работою электромотора М управляет рычаг V₀ (фиг. 3) с контактом q, скользящим по сектору CD. Таким образом, при первоначальной установке или при неправильном положении якоря S включается реле R - и управление сервомотором M производится посредством реле L и реостатов qq₁ и pp₁. После того, как колесо a будет приведено (со степенью точности соответствующей передаче посредством системы реостатов qq₁ и pp₁) в правильное положение, рычаг 3 у реле на фиг. 5 устанавливается в среднем между контактами ж положении, реле R выключается и дальнейшая, более точная установка осуществляется посредством системы кольцевого реостата АВ и якоря S. Так как при конструировании передачи, может быть установлено произвольное число оборотов якоря S, соответствующее полному пути шайбы L, то степень точности передачи может быть сделана также произвольною.

1. Устройство для электрической асинхронной передачи поворотов вала на расстояние, характеризующееся применением: а) электромагнита, состоящего из вращаемого вместе с ведомым валом вокруг оси 0 железного якоря S под действием расположенных вокруг электромагнита под углом в 120° трех катушек а, в, г, создающих при прохождении по ним трех токов переменной по времени силы - магнитное поле с переменным по положению направлением действия; б) реостата с замкнутым на себя сопротивлением АВ с двумя рядами контактов I-I′ и II-II′, соединенных с отдельными секциями 1, 2, 3, 4…12 и 1′, 2′, 3′, 4′…12′ этого сопротивления таким образом, чтобы, во-первых, при перемещении муфты L по винтовому ведущему валу Y-Y, связанные с нею механически и соединенные с зажимами + и - источника постоянного тока, щетки 1 и 2, при каждом их положении разбивали сопротивление АВ на две равные части, с той целью, чтобы от зажимов α, β, γ, делящих то же сопротивление на три равные части, к обмоткам электромагнита ведомого вала а, в, г отходили токи, наибольшие значения которых должны отличаться по времени на равные интервалы, а во-вторых, число контактов, проходимых щетками 1 и 2 в одинаковые промежутка времени, менялось соответственно установленной заранее зависимости между числом оборотов винтового ведущего вала Y-Y и числом оборотов ведомого вала якоря электромагнита S (фиг. 2 и 3).

2. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 устройства, отличающееся тем, что якорь S электромагнита свободно сидит на своем валу, а на последнем заклинена зубчатка a, приводимая во вращение, при посредстве зубчаток б и , и червяка K, сериес-двигателем постоянного тока М, число оборотов и направление вращения которого меняется помощью сдвоенного реостата CD, жестко механически связанного с валом зубчатки а, и контактного рычага V_o, жестко связанного с якорем S электромагнита и соединенного с одним зажимом источника постоянного тока, другой зажим которого подводится непосредственно к двигателю М (фиг. 3 и 2).

3. При охарактеризованном в п. 2 устройстве применение реле L, предназначенного, вместе с реостатами q-q₁ и р-p₁, для регулирования точности установки зубчатки, а также для контроля движения якоря S электромагнита, каковое реле состоит из электромагнита NS с якорем L, несущим дифференциальные обмотки p-p₁ и q-q₁, назначенные действовать на якорь L и, при расхождении положений щетки 3 на реостате q-q₁ и щетки 4 на реостате р-р₁ из коих щетка 3 связана с муфтою L, а щетка 4 связана с зубчаткою б - поворачивать якорь L и, посредством контактов ж-ж электромагнита R и контактов W-W включать двигатель М, устанавливающий правильное положение колеса б (фиг. 5).