УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Советский патент 1937 года по МПК H02M7/34 

Предлагаемое изобретение касается уже известного устройства, предназначенного для получения постоянного тока и снабженного синхронным генератором с рядом фазных обмоток, приключенных каждая непосредственно или через трансформатор к щеткам выпрямляющего коммутатора. Согласно изобретению, в таком устройстве, в целях улучшения коммутации, возбуждения трансформаторов и регулирования выпрямленного напряжения, применен вспомогательный генератор переменного тока разноименно-полюсного типа, снабженный, кроме главных полюсов, также и вспомогательными полюсами.

На чертеже фиг. 1 и 2 изображают схемы устройства для получения постоянного тока; фиг. 3 - вид устройства сбоку с частичным разрезом по линии 3-3 фиг. 4; фиг. 4 - вид машины с торца в несколько увеличенном масштабе, со снятым подшипниковым щитом; фиг. 5 и 6 - развернутый вид неподвижной и вращающейся частей; фиг. 7 - кривую изменения поля у одного из кантов полюса; фиг. 8, 9 и 10 - аналогичные фиг. 5, 6 и 7, изображения для видоизмененной формы обмоток с показанием соответствующей диаграммы коммутации; фиг. 11 - схему устройства, заключающего в себе трансформаторы и двойные группы коллекторов; фиг. 12 - схему устройства согласно изобретению; фиг. 13 - схему второго варианта устройства согласно изобретению; фиг. 14 и 15 - детали генератора, показанного на фиг. 13; фиг. 16, 17, 18, 19 и 20 - схемы других вариантов устройства.

В устройстве, изображенном на фиг. 1, имеется синхронный генератор или мотор G₁ с шестью фазными обмотками Р₁-Р₆. Каждая из этих обмоток присоединена к двум щеткам b₁, c₁, b₂, c₂… и т.д., прилегающим к одному из коллекторов K₁-K₆. Каждый коллектор имеет две пластины 7, 8 или 9, 10… и т.д., которые при вращении коллектора соединяют поочередно щетки b₁, c₁ со щетками d₁, e₁ и т.д. Если мы предположим, что коллектор K₁ за время одного целого периода э.д.с. делает полоборота, или, точнее говоря, если щетки b₁, c₁ или d₁, e₁ во время интервала с нулевым напряжением в кривой переменной э.д.с. индуктируемой в обмотке Р₁, замыкают на короткое обе пластины 7, 8, то очевидно, что переменное напряжение, входящее через щетки b₁, c₁, преобразуется в выпрямленное напряжение, получающееся между щетками d₁, e₁. Точно так же работает фазная обмотка Р₂ совместно с коллектором K₂ и т.д. Как видно из чертежа, отдельные коллекторы несколько сдвинуты по отношению друг к другу соответственно углам фаз различных обмоток. Так как возбуждаемая э.д.с. является, очевидно, шестифазной, то фазные обмотки Р₁-Р₆ могут быть расположены таким образом, чтобы в каждой паре индуктированных в фазных обмотках э.д.с., например, Р₁ и Р₄, Р₂ и Р₅, Р₃ и Р₆, силы эти были сдвинуты относительно друг друга по фазе на 90°. При этом условии соответствующие коллекторы, например, K₁ и K₄, K₂ и K₅, K₃ и K₆ должны быть попарно сдвинуты друг относительно друга на 45 круговых градусов. Кроме того в данном примере выполнения предположено, что сдвиг фаз электродвижущими силами последовательных фаз составляет 30°, чему соответствует сдвиг между двумя последовательными коллекторами на 15 круговых градусов. Конструктивное выполнение такого устройства будет списано ниже.

Благодаря большому количеству коллекторов, которые требуется разместить здесь, получает большое значение экономия места в осевом направлении. При описанном выше устройстве коллекторов, у которых число щеток вдвое больше числа пластин, получается для каждой фазы только один контактный путь, но зато, если коллекторы насажены на вал, непосредственно соединенный с машиной, то машина должна иметь не меньше четырех полюсов, т.е. при каждом своем обороте должна индуктировать четыре промежутка с напряжением и четыре интервала с напряжением, равным нулю, так как непосредственно с нею коллектор должен произвести четыре коммутации за каждый полный оборот.

На фиг. 1 обмотки показаны, конечно, чисто схематически, а в действительности они должны быть равномерно распределены по окружности статора. Приведенное на чертеже расположение сделано для наглядности, чтобы показать взаимный сдвиг фаз, причем предположено, что машина двухполюсная. Конструктивное расположение обмоток пояснено ниже на фиг. 2.

Далее на фиг. 1 показан ротор 19, снабженный обыкновенными (показанными на чертеже) магнитными полюсами, между которыми расположены вспомогательные полюсы. На схеме показаны обмотки, относящиеся к одному магнитному полюсу и одному вспомогательному полюсу. На полюсе имеется обыкновенная возбуждающая обмотка Q₂, питаемая тем или другим способом от подходящего источника тока 1, 2. Полюсные башмаки имеют такую форму и обмотка Q₂ возбуждается таким образом, что машина при холостом ходе создает электродвижущую силу с желаемой формой кривой и желаемой амплитудой. Но вспомогательные полюсы при холостом ходе не создают никакой э.д.с.

При холостом ходе кривая э.д.с. искажается благодаря рассеянию магнитного потока в полюсном зазоре. Поэтому при наличии одних только главных полюсов было бы невозможно получить требующуюся ширину зоны с напряжением, равным нулю. Для этого требуется экранирование магнитных линий, каковое может быть осуществлено при помощи вышеупомянутых вспомогательных полюсов, которые могут при холостом ходе играть роль экранирующих полюсов. При нагрузке прибавляется действие реакция якоря, т.е. влияние, создаваемое якорной обмоткой магнитодвижущей силы, которую необходимо компенсировать отчасти при помощи упоминавшихся выше вспомогательных обмоток, отчасти же при помощи короткозамкнутых амортизирующих обмоток различной конструкции. Одновременно с этим упомянутые экранирующие полюсы могут играть роль и обращающих полюсов.

Коллекторы K₁-K₆ соединены своими сторонами постоянного тока последовательно друг с другом, благодаря чему выпрямленные различными коллекторами импульсы напряжения укладываются вместе, давая почти постоянное по величине напряжение постоянного тока, снимаемое с зажимов 5, 6. В эту цепь постоянного тока может быть включена между щеткой d₁ и зажимом 5 та часть вспомогательных обмоток, которая должна возбуждаться током, пропорциональным нагрузке. Эти обмотки состоят из уложенной в пазах главных полюсов обмотки Q₁ и последовательно с ней включенной обмоткой S₁, уложенной в пазах вспомогательных полюсов. Кроме того, в пазах вспомогательных полюсов уложена регулирующая или, так называемая, корректирующая обмотка S₂, питание которой происходит от источника тока 3, 4 и может регулироваться вручную или автоматически. У обмотки Q₂ магнитная ось совпадает с соответствующим главным полюсом, а у обмоток Q₁, S₁ и S₂ магнитные оси совпадают с соответствующими дополнительными полюсами.

При холостом ходе устройство работает таким образом, что все выпрямленные напряжения складываются в одно общее напряжение постоянного тока, которое при правильно выбранной форме полюсов имеет практически постоянную величину, но как только машина начинает нагружаться, через якорные проводники статора 20 начинает проходить ток. Эти обмотки создают магнитодвижущую силу, которая более или менее искажает магнитный поток, а следовательно, и форму кривой индуктированной э.д.с. Поэтому обмотка Q₁ рассчитана таким образом, чтобы при прохождении по ней постоянного тока возникала магнитодвижущая сила, противодействующая реакции якоря, препятствуя искажению формы кривой ротора под главным полюсом или уничтожая это искажение. Когда машина нагружена и по фазным обмоткам якоря проходит переменный ток, то при перемене направления тока возникают кроме того затруднения, сопряженные с коммутацией, так как благодаря самоиндукции ток неохотно меняет свое направление как раз в замкнутой на короткое катушке. Поэтому задача предусмотренной в каждом из вспомогательных полюсов обмотки S₁ заключается в том, чтобы индуктировать в короткозамкнутой катушке соответствующую вспомогательную или коммутирующую э.д.с. такого направления, силы и продолжительности, чтобы ток мог изменить свое направление, а в конце периода коммутации получил надлежащую величину в новом направлении.

На фиг. 2 тоже схематически, но подробнее показано, как могут быть расположены различные обмотки в случае четырехполюсной машины. Возбуждающие обмотки Q₂ главных полюсов обозначены здесь буквами Q₂₁-Q₂₄. Компенсационные обмотки Q₁ главных полюсов обозначены буквами Q₁₁-Q₁₄. Коммутирующие обмотки S₁ вспомогательных полюсов обозначены буквами S₁₁-S₁₄, а корректирующие или регулирующие обмотки S₂ обозначены буквами S₂₁-S₂₄. Обмотки Q₂₁-Q₂₄ соединены при помощи контактных колец со щетками 21 и 22. Обмотки Q₁₁-Q₁₄ соединены последовательно с обмотками S₁₁-S₁₄ и посредством контактных колец сообщаются со щетками 23, 24, которые со своей стороны включены в цепь постоянного тока машины между щеткой d₁ и зажимом 5. Обмотки S₂₁-S₂₄ присоединены через контактные кольца и щетки 25, 26 к непоказанному на чертеже источнику постоянного тока, например, к зажимам 3, 4 фиг. 1.

Обмотка типа, показанного на фиг. 2, подразделена для четырехполюсной машины на две симметричных половины и содержит по одному проводнику (одна половина витка или катушки) на каждый паз и на каждый полюс. Так, например, щетка с₁ соединена с проводником, лежащим в пазу 30 и далее посредством соединительного провода 54, лежащего на заднем торце машины, соединяется с проводником, лежащим в пазу 48. Отсюда обмотка катушки посредством провода 55, проходящего по переднему торцу машины, идет к проводнику, лежащему в пазу 42, отсюда далее при помощи провода 56, идущего по заднему торцу, соединяется с проводником, лежащим в пазу 36, причем последний проводник соединен со щеткой b₁. Таким образом, данная якорная катушка имеет свои проводники в четырех пазах 30, 36, 42 и 48, сдвинутых друг относительно друга на 90 угловых градусов или на 180 электрических градусов, причем индуктирующиеся во всех четырех пазах э.д.с. складываются между собою благодаря их последовательному включению. Подобным же образом щетки b₄ и с₄ коллектора K₄ соединены с проводниками, лежащими в пазах 39, 45, 51 и 33. Эти пазы сдвинуты на 45 угловых градусов или на 90 электрических градусов относительно тех пазов, в которых находятся обмотки первой фазы. Аналогично выполнены и обмотки прочих фаз.

Как видно из фиг. 2, при подобном устройстве в некоторых местах приходится вести не меньше шести соединительных проводов на одной и той же торцевой стороне машины, например, между пазами 47 и 48. Машина, сконструированная по этой схеме, показана на фиг. 3 и 4. Согласно фиг. 3 разные катушки якоря имеют различную длину проводников и притом провода расположены у разных катушек несимметрично. Поэтому в обмотках описанного типа невозможно избежать того, что самоиндукция и сопротивление у обмоток разных фаз будут не одинаковы, что в общем нежелательно. Вследствие этого целесообразнее выполнять машину с обмоткой, так называемого барабанного типа (обмотка машин постоянного тока), в которой все катушки якоря совершенно однородны. Однако, на чертежах показана для наглядности обмотка, подразделенная на две симметричных половины.

Согласно фиг. 4 обмотки Q₂₁-Q₂₄ выполнены, как обыкновенные возбудительные обмотки, окружающие полюсные сердечники I₁, I₂… и т.д. Компенсационные же обмотки Q₁₁-Q₁₄ уложены в пазах, как подробнее объяснено ниже, причем в данном примере заключают в себе по пяти групп проводников на каждой половине полюсного башмака. Из этих пяти групп три группы, а именно 70, 71, 72 находятся в самом полюсном башмаке, а группы 73, 74 находятся вне башмака и лежат в промежутках между главным полюсом и вспомогательным полюсом Н₁. Магнитная ось обмотки совпадает с серединой вспомогательного полюса Н₁.

Обе обмотки вспомогательного полюса показаны в дачном примере, как выполненные в виде пазовых обмоток и расположены обе вплотную у боковых кантов полюсного башмака вспомогательного полюса Н₁. Обмотка S₁₁ состоит из двух групп проводников 76 и 78, а обмотка S₂₁ - из групп проводников 79 и 80. Магнитная ось этих обмоток совпадает с серединой вспомогательного полюса Н₁.

На фиг. 5 и 6 принцип устройства обмоток показан более наглядно в виде развертки. Изображенная здесь форма выполнения отличается от устройства фиг. 3 и 4 тем, что пазовая обмотка статора имеет по два якорных проводника или по две труппы проводников на каждый паз. Благодаря этому возможно устройство обмотки барабанного типа и, в связи с этим симметричное расположение различных фазных обмоток. Кроме того, на фиг. 5 показана еще одна корректирующая обмотка S₃, не показанная в предыдущем устройстве и расположенная на стержне вспомогательного полюса Н₁.

В то время, как на фиг. 1 и 2 предполагалось, что ширина коллекторных щеток выбрана таким образом, что одновременно замыкаются на короткое всегда два коллектора, т.е. следовательно две фазных обмотки, на фиг. 5 для простоты предположено, что в каждый момент замкнута на короткое только одна из фазных обмоток. В общем желательно осуществить, так называемое, прямолинейное коммутирование, т.е. такое, при котором кривая, показывающая зависимость между силой тока и временем в короткозамкнутой катушке, характеризуется почти прямой линией, соединяющей амплитуду тока перед коммутацией с противоположно направленной амплитудой тока после коммутации. Эта цель может быть достигнута, если кривая коммутирующего магнитного потока имеет прямоугольную форму А, показанную на фиг. 5. Действительно, если в каждый момент одна из катушек находится в процессе коммутации, то изменение в единицу времени "объема тока" (т.е. мгновенного произведения силы тока на число коммутирующихся проводников, приводящееся на 1 см окружности якоря) против середины полюса является при прямолинейной коммутации всегда постоянной величиной, вследствие чего и необходимое для коммутации напряжение остается постоянным, если пренебречь влиянием омического сопротивления в коммутирующейся цепи. Как видно из фиг. 5, можно с большим приближением сказать, что оконечные точки коммутирующего потока лежат против середин двух проводников 76, 78. Поэтому компенсационная обмотка должна быть рассчитана таким образом, чтобы магнитная индукция в междужелезном пространстве под теми частями коммутирующего полюса, которые лежат снаружи обмоток 76, 78, практически равнялась нулю так, чтобы вспомогательный полюс играл здесь лишь роль экранирующего полюса. Если этот результат не может быть достигнут с достаточной точностью, то его можно достичь с помощью добавочной регулирующей обмотки S₃, устроив ее таким образом, чтобы магнитодвижущая сила этой обмотки противодействовала остаточному потоку, если таковой имеется.

Магнитное поле главного полюса изменяется в общем при холостом ходе по трапецоидальной кривой В. Практически произведенные опыты показали, кроме того, что при тщательной подгонке вспомогательных обмоток можно получить тот же результат и при полной нагрузке. Переходные кривые С и D между интервалами, имеющими постоянную амплитуду, и интервалами с нулевым напряжением, могут целесообразно иметь форму, показанную на фиг. 7.

Кривая С должна быть по возможности симметрична относительно линии Т₁, расположенной параллельно оси Т и находящейся на расстояние E/2 от этой оси. Кривая поля пересекает ось Т₁ в точке X, которая должна находиться по возможности посередине между средними линиями главного полюса и вспомогательного полюса. Кроме того, желательно, чтобы кривая С была симметрична относительно вертикальной оси, проведенной через точку X. Другими словами, кривая С должна быть симметрична относительно центра Х.

Как видно из фиг. 5, компенсационная обмотка заключает в себе шесть проводников 83-88, уложенных в теле самого полюсного башмака, и две пары проводников 81, 82 и 89, 90, уложенных в немагнитном материале снаружи от краев полюсного башмака. Таким образом, компенсационная обмотка содержит в себе всего десять проводников или групп проводников. Благодаря этому возможно нейтрализовать магнитодвижущую силу, создаваемую десятью проводниками якоря, например, теми якорными проводниками, которые уложены в пяти пазах 38-42. В пазу 37 лежат те два проводника, в которых в данный момент происходит коммутация.

Выше предполагалось, что в любой момент времени замыкаются на короткое одновременно или две или одна катушка. Если же число одновременно коммутирующихся катушек при вращении машины составляет то две, то три, т.е. в среднем дробное число катушек, то получаются более сложные явления. Это поясняется фиг. 8-10 в применении к случаю восьмифазной машины, у которой обмотка якоря уложена в восьми пазах на каждый полюс (например, пазы 101-108). В этом случае мы принимаем, что компенсационная обмотка на главном полюсе состоит из двенадцати проводников 109-120, из которых две пары проводников 109, 110 и 119, 120 уложены в немагнитном материале в промежутках 121, 122, лежащих вне полюсного башмака. Названный промежуточный материал может одновременно служить органом скрепления. Таким образом, проводники, лежащие в полюсном башмаке, достаточны для того, чтобы компенсировать реакцию якоря, производимую якорными проводниками, лежащими в шести пазах 103-108.

Для того, чтобы получить в этом случае наиболее благоприятные условия компенсации, целесообразно стремиться к тому, чтобы коммутируемый в единицу времени "объем тока" оставался всегда постоянным. Мы уже объяснили, что под объемом тока следует понимать произведение из силы тока на число якорных проводников, приходящихся на 1 см окружности якоря. С этой целью можно вести процесс коммутации медленнее, заставляя одновременно коммутироваться три проводника или три группы проводников и быстрее, т.е. коммутируя только два проводника или две группы проводников.

На фиг. 10 изображен процесс коммутации в пяти последовательных катушках g₁-g₅. Во время интервала t₀-t₁ коммутация происходит одновременно в катушках g₁, g₂, g₃, причем коммутирующий полюс производит перемену направления тока с такой скоростью, которая выражается углом наклона α₁, причем, как известно, . Во время следующего интервала t₁-t₂ коммутация тока I₂ происходит только в двух катушках g₂-g₃, причем . В следующем интервале t₂-t₃ коммутируются одновременно три катушки, так что коммутация снова совершается медленнее при угле наклона α₁ и т.д. Поэтому кривая коммутации представляет собой слабо ломаную линию, которую, однако, можно рассматривать, как почти прямую.

Форма кривой коммутирующего поля, необходимого для осуществления процесса, поясненного на фиг. 10, показана на фиг. 8 (кривая F). Эта кривая поля содержит две сравнительно низких части ƒ₁, ƒ₅, две части со сравнительно высокой амплитудой ƒ₂, ƒ₄ и одну часть средней высоты ƒ₃. Если пренебречь практически незначительным искажающим влиянием пазов, то такое поле можно создать, например, при помощи двух проводников 131, 138, через которые ток проходит в противоположных направлениях и которые совместно производят магнитодвижущую силу, величина которой соответствует амплитудам ƒ, ƒ₅. Кроме того, устраивается катушка, состоящая из двух проводников 132, 137, которая повышает магнитодвижущую силу до величины, соответствующей амплитуде ƒ₃. Наконец, устраиваются две катушки 133, 134 и 135, 136, направление токов в которых видно из чертежа, где точки обозначают направление тока к наблюдателю, а крестик - направление от наблюдателя. Этими катушками вызываются два поля, соответствующие магнитодвижущим силам ƒ₂, ƒ₄. При такой форме кривой магнитодвижущих сил возможно получить коммутацию, соответствующую фиг. 10.

В виду того, что при описанных условиях коммутации все устройство значительно усложняется, желательно сконструировать машину таким образом, чтобы в любой момент одновременно коммутировалось одно и то же количество катушек, как это, например, было принято при описании конструкции согласно фиг. 5 и 6.

В то время, как на фиг. 1 предполагалось, что доставляемое синхронным генератором или воспринимаемое синхронным двигателем напряжение переменного тока после выпрямления такового непосредственно соответствовало требующемуся напряжению постоянного тока, на фиг. 11 предполагается, что напряжения должны быть трансформированы в другие по величине напряжения, прежде чем напряжения отдельных фаз будут выпрямлены. Это может иметь место в тех случаях, когда или отдаваемое или принимаемое машиной напряжение постоянного тока или же также и соответствующая сила тока настолько высоки, что машина должна получить слишком большие размеры. Однако, и в других случаях может оказаться целесообразным применение трансформаторов. Например, на фиг. 1 предположено, что главный постоянный ток сам по себе пригоден для питания компенсационных обмоток ротора. Между тем при очень высоком напряжении или силе постоянного тока такое питание может быть связано с большими неудобствами, каковые могут быть устранены, если применить схему, показанную на фиг. 11.

На фиг. 11 буквами G₁, Р₁-Р₆, Q₁-Q₂ и S₁, S₂ обозначены те же части, что и на фиг. 1. Далее буквами K₁₁-K₁₆ обозначены коллекторы, расположенные ближе всего к отводящим зажимам 5, 6. Эти коллекторы мы будем для краткости называть главными. Далее в этом примере имеется еще дополнительная группа коллекторов K₂₁-K₂₆, которые мы будем называть вспомогательными. Между обеими группами коллекторов имеется ряд трансформаторов Т₁-Т₆, снабженных первичными и вторичными обмотками. Ради простоты мы будем предполагать в дальнейшем, что синхронная машина G₁ работает как генератор, и в этом случае обмотки Р₁₁-P₁₆ следует рассматривать, как первичные, а обмотки Р₂₁-Р₂₆, как вторичные. Если примем, что машина урегулирована таким образом, что коллекторы K₁₁-K₁₆ правильно преобразуют переменное напряжение в напряжение постоянного тока, получаемое на зажимах 5, 6 и, если считать трансформаторы Т₁-Т₆ идеальными, т.е. принять для простоты, что намагничивающий ток в них и прочие составляющие холостого хода равняются нулю, то и коллекторы K₂₁-K₂₆ должны коммутировать правильно и давать постоянный ток низкого напряжения и имеющий такую силу, что он соответствует отдаваемому вторичному току, перечисленному на постоянный ток, соответствующий первичной стороне. Согласно фиг. 11 выпрямленный таким образом первичный ток применен для питания компенсационных обмоток Q₁ и S₁. Для контроля коммутации у коллекторов K₁₁-K₁₆ служит щетка е₁₆ со вспомогательной щеткой e₁₇, соединенные двумя проводами 150, 151 с реле R. Задача этого реле заключается в питании корректирующей обмотки S₂ током такого направления и силы, что происходит или восстанавливается правильная коммутация. Однако, могут быть применены реле и другого типа, например, электромеханические реле, если только они сконструированы с расчетом давать корректирующие импульсы разного направления при изменении направления импульсов, происходящих от неправильной коммутации.

Можно представить себе и такое устройство, когда зажимы 5, 6 присоединены к коллекторам K₂₁-K₂₆, играющим в этом случае роль главных коллекторов, а компенсационные обмотки Q₁, S₁ включены во вторичные коллекторы K₁-K₆, играющие роль вспомогательных коллекторов. Такое устройство может оказаться целесообразным в том случае, если сам генератор уже дает достаточно высокое напряжение постоянного тока, не требующее дальнейшего повышения, и небольшую силу тока, например, несколько ампер; с другой стороны, с точки зрения техники производства желательно иметь в компенсационных обмотках ток большой силы при низком напряжении. В этом случае трансформаторы могут рассматриваться, как трансформаторы тока, так как они должны быть рассчитаны лишь на падение напряжения в обмотках Q₁ и S₁. Наоборот, в первом случае они должны быть рассчитаны на полную мощность каждой фазной обмотки. Следует помнить, что трансформаторы включены в цепь переменного тока коллекторов и поэтому по ним проходит чистый переменный ток, полуволны которого имеют приблизительно трапецоидальную форму. Вторичные напряжения имеют описанную уже выше форму с трапецоидальными полуволнами и расположенными между ними интервалами с нулевым напряжением.

Выше сделано предположение, что трансформаторы являются идеальными трансформаторами, но на практике такой случай невозможен, так как для возбуждения трансформаторных сердечников необходимо подводить отдельную мощность. Эта мощность возбуждения или холостого хода проявляется в обыкновенных трансформаторах в форме наложенной на первичный нагрузочный ток и сильно сдвинутой по отношению к последнему по фазе токовой слагающей, так называемого, безваттного тока. Эта слагающая, которая путем соответствующего возбуждения трансформаторных сердечников должна создавать в обмотках трансформатора э.д.с. трапецоидальной формы с промежуточными интервалами, имеющими нулевое напряжение, значительно затрудняет коммутацию, так как сила эта должна иметь постоянную величину, отличную от нуля, как раз в тот момент, когда напряжение равно нулю и коммутируется нагрузочный ток. Поэтому в тех случаях, когда применяются коллекторы, включенные в первичные или вторичные обмотки трансформаторов, необходимо принимать особые меры для устранения присутствия в коллекторах упомянутых слагающих.

Предлагаемое изобретение имеет целью осуществление этой задачи и состоит в особой форме выполнения описанного выше устройства. На фиг. 12 показана схема применения вспомогательного генератора переменного тока разноименно-полюсного типа, предназначенного для освобождения коллекторов от слагающих холостого хода. Устройство заключает в себе генератор или двигатель G₃, имеющий в данном примере четыре фазных обмотки Р₃₁-Р₃₄, присоединенные к первичным обмоткам нескольких трансформаторов напряжения Т₁₁-T₁₂. В эти цепи первичного тока включены четыре вспомогательных коллектора K₃₁-K₃₄, предназначенные для питания компенсационных обмоток Q₃₁ и S₃₁. К вторичным сторонам трансформаторов присоединены несколько главных коллекторов K₄₁-K₄₄. Параллельно первичным обмоткам трансформаторов включены четыре фазные обмотки Р₄₁-Р₄₄ особого возбуждающего генератора G₄. Назначение этой машины - доставлять в каждый момент необходимую мощность для возбуждения первичных обмоток трансформаторов. Конечно, ничто не препятствует, чтобы вместо этого возбуждающий генератор питал особые, помещенные на трансформаторных сердечниках, третичные обмотки или чтобы он включался непосредственно во вторичные обмотки трансформаторов. Понятно, что не представляет затруднений регулировать или сконструировать возбуждающий генератор таким образом, чтобы он давал э.д.с. той же формы, как и главный генератор, чтобы эта э.д.с. была настолько выше, чтобы возбуждающий генератор принимал на себя возбуждение трансформаторов вместо главного генератора, причем в этом случае, понятно, коллекторы K₃₁-K₃₄, включенные непосредственно последовательно с якорными обмотками главного генератора, будут свободны от присутствия слагающих токов холостого хода. Для того, чтобы как можно ближе удовлетворить этому условию, возбуждающий генератор следовало бы снабдить, между прочим, экранирующими полюсами, а ширина полюсов, измеренная в электрических градусах, должна была бы быть приблизительно той же величины, как и у главного генератора.

Для пояснения функций, выполняемых различными обмотками главной и вспомогательной машин, предположим сначала, что машина работает вхолостую. При этом возбуждающая обмотка Q₃₂ должна быть питаема таким образом, чтобы создавалось требующееся "главное напряжение". Под "главным напряжением" следует подразумевать фазное напряжение главного генератора. Так как якорные обмотки возбуждающего генератора G₄ включены параллельно к якорным обмоткам главного генератора, то главные полюсы возбуждающего генератора должны так возбуждаться обмоткой Q₄₂, чтобы напряжение, даваемое фазными обмотками генератора G₄, в каждый момент равнялось соответствующему напряжению главного генератора. Поэтому целесообразно включить обмотку Q₄₂ последовательно с обмоткой Q₃₂. С другой стороны ясно, что возбуждающий генератор нагружен главным образом идуктивной нагрузкой, так как возбуждающая слагающая у трансформаторов сдвинута по фазе на 90° относительно главного напряжения. Другими словами это означает, что в момент, когда экранирующие полюсы возбуждающего генератора проходят против середины одной из катушек якоря, в этой катушке будет проходить максимальный ток. Таким образом, магнитодвижущая сила якорной обмотки имеет, главным образом, размагничивающее действие, которое распространяется не только на главный полюс, но и на те части экранирующих полюсов, которые лежат внутри полюсного деления, начало которого находится посередине одного экранирующего полюса, а конец против середины ближайшего другого экранирующего полюса. Поэтому иногда требуется компенсировать реакцию якоря у возбудительного генератора не только при помощи известного числа ампервитков на главном полюсе, но и при помощи особой компенсационной обмотки S₄₂, уложенной в пазах вспомогательных полюсов. Сила тока, необходимая для питания этой обмотки, должна, очевидно, зависеть от величины возбуждающего тока в трансформаторах, а этот последний, в свою очередь, является функцией индуктированного главного напряжения. Поэтому проще всего включить компенсационную обмотку S₄₂ последовательно с обмотками Q₃₂ и Q₄₂.

При нагрузке машины происходят следующие изменения условий. Требующееся для трансформаторов индуктированное "главное напряжение" становится меньше благодаря падению напряжения в главном генераторе, в проводах и в первичных обмотках трансформатора. Поэтому является необходимым несколько снижать главное напряжение возбуждающего генератора, чтобы удовлетворить изменившимся условиям. С этой целью, главные полюсы возбуждающего генератора снабжаются отрицательной компаундирующей обмоткой Q_4l, которую следует возбуждать пропорционально нагрузке, для чего целесообразно включить ее последовательно в цепь, питаемую коллекторами K₃₁-K₃₄. Далее ясно, что коммутирующая обмотка S₃₁ главного генератора является при повышении нагрузки достаточной лишь для обеспечения перемены направления тока соответствующей цепи первичного тока. Та магнитная энергия, которая соответствует перемене направления тока во вторичной обмотке, должна быть передана со стороны первичного тока путем индукции, для чего необходимо изменять главный магнитный поток, но при этом принимать меры, чтобы при холостом ходе главный поток во время периода коммутации сохранял постоянное значение, так как главное напряжение в это время должно равняться нулю. Последнее обстоятельство непосредственно следует из закона индукции , где Е - индуктируемое напряжение, Ф - магнитный поток и t - время. Поэтому, если индукция главного потока в железном сердечнике во время рассматриваемого периода сравнительно высока, а магнитная проницаемость соответственно низка, то при нагрузке во время периода короткого замыкания требуется лишь незначительное изменение главного потока, а следовательно и возбуждающего последний тока для того, чтобы могла быть индуктивно передана магнитная энергия, необходимая для коммутации на вторичной стороне. Эта цель может быть достигнута лучше всего тем, что экранирующие полюсы возбуждающего генератора получают последовательное намагничивание, благодаря чему во время периода коммутации вводится добавочная слагающая возбуждения, пропорциональная току нагрузки, производящая необходимое изменение главного потока.

С этой целью вспомогательные полюсы возбуждающего генератора G₄ снабжаются в изображенном на чертеже примере последовательной обмоткой S₄₁, включенной также в последовательную цепь коллекторов K₃₁-K₃₄.

Другой, хотя и менее удовлетворительный выход для достижения той же цели состоит в том, что требующееся изменение производится при помощи части нагрузочной составляющей тока.

Однако, после того, как нагрузка продолжится некоторое время, наступают некоторые вторичные искажения благодаря нагреванию проводников и т.п., вследствие чего равновесие снова нарушается и может легко наступить искрение у коллекторов.

Например, если напряжение, доставляемое возбуждающим генератором G₄ трансформаторам Т₁₁-Т₁₄, не вполне соответствует потребности возбуждения, то машина G₄ будет отдавать или получать ваттный ток в зависимости от того, будет ли ее напряжение слишком велико или слишком мало. Это означает, что машина будет отдавать или получать часть тока нагрузки, вследствие чего первичные и вторичные нагрузочные ампервитки у трансформаторов Т₁₁-Т₁₄ не будут более равны и противоположны друг другу. Такое отклонение от нормальных условий может быть следующим образом использовано для восстановления правильного возбуждения. Цепь первичного тока трансформатора Т₁₄ между фазной обмоткой Р₃₄ генератора G₃, c одной стороны, и ответвлением к фазной обмотке Р₄₄ генератора G₄, с другой стороны, включается последовательно с первичной обмоткой 160 диференциального трансформатора Т₇, вторичная обмотка 161 которого последовательно соединена со вторичной обмоткой трансформатора Т₄₄. Число витков обмотки 160 так относится к числу витков обмотки 161, как первичное число витков ко вторичному у трансформатора Т₁₄. В нормальных случаях ампервитки обмоток 160 и 161 действуют полностью противоположно друг другу, в случае же неправильного возбуждающего напряжения, даваемого генератором G₄, в сердечнике трансформатора T₇ возникает диференциальная слагающая, создающая переменное напряжение в наложенной на железный сердечник трансформатора третичной обмотке 162. Это переменное напряжение можно выпрямлять при помощи коллектора 163, после чего выпрямленные импульсы тока подводятся к реле R₂, усиливающее эти импульсы с тем, чтобы получить. постоянный ток требуемой силы. Этот ток подводится к добавочной возбуждающей обмотке Q₄₈, находящейся на главных полюсах генератора G₄. При правильном выборе направления обмотки Q₄₃ и степени усиления реле R₂ можно добиться, что правильная величина возбуждения трансформаторов Т₁₁-Т₁₄ будет снова восстановлена. Устройства подобного рода были уже известны раньше, но могут быть применены и другие типы, например, электромагнитные реле, если последние выполнены таким образом, что постоянные напряжения различного знака производят противоположное действие на реле (например, поляризованное реле). Точно так же можно для усиления действия устройства включать диференциальный трансформатор в несколько фаз и соединять выпрямленные импульсы напряжения последовательно.

Описанная выше форма выполнения добавочной машины отличается однако, тем недостатком, что якорные обмотки возбудительного генератора и первичные обмотки трансформаторов включены параллельно друг другу, так что возбудительный генератор должен быть рассчитан на полную, необходимую для возбуждения трансформаторов мощность. Полный первичный ток каждого трансформатора включает в себе как соответствующую вторичному току нагрузочную составляющую, так и ток возбуждения (намагничивания) для трансформатора, и поэтому можно, согласно изобретению, сконструировать вспомогательную машину так, как показано на фиг. 13, т.е. так, чтобы машина эта как бы выделяла из полного первичного тока каждой фазы возбуждающий (намагничивающий) ток и приключала его через коллектор, тогда как ваттная составляющая пропускается через вспомогательный коллектор для того, чтобы после выпрямления в нем подводиться к намагничиваемым последовательно обмоткам. В таком фильтрующем генераторе, который выполняется с тем же числом фаз и с той же формой кривой, как и главный генератор, каждая фаза соединена параллельно с соответствующим коллектором. При холостом ходе фильтрующий генератор получает начальное возбуждение такой величины, что ток холостого хода трансформатора проходит через фазную обмотку фильтрующего генератора, несмотря на падение напряжения в этой обмотке. Тогда названный ток замыкается через эту обмотку и не имеет стремления проходить к коллектору. При нагрузке возбуждение повышается при помощи надетой на полюсы последовательной обмотки ровно настолько, насколько это соответствует падению напряжения нагрузочного постоянного тока во вспомогательных обмотках и в подходящих к ним проводах. Этим создается препятствие к прохождению соответствующей силы переменного тока через фазные обмотки фильтрующего генератора, вместо чего названный ток принуждается проходить через коллекторы и превращаться в них в постоянный ток, тогда как возбуждающая (намагничивающая) составляющая может, как и раньше, замыкаться через фазные обмотки фильтрующего генератора. Этим достигается то преимущество, что вспомогательная машина может получить значительно меньшие размеры, чем в предыдущем случае, а именно, она должна быть рассчитана на напряжение, соответствующее падению напряжения во вспомогательных обмотках и на силу тока, равную намагничивающему току трансформаторов.

На фиг. 13 буквой G₅ обозначен синхронный генератор или мотор, имеющий на главных полюсах обмотки Q₅₁ и Q₅₂, а на вспомогательных полюсах обмотку S₅₁, и снабженный фазными обмотками Р₅₁-P₅₄. Далее в устройстве имеется ряд трансформаторов T₂₁-T₂₄, к первичным обмоткам которых присоединены фазные обмотки Р₅₁-Р₅₄, а к вторичным обмоткам присоединены коллекторы K₅₁-K₅₄. Вспомогательная машина или фильтрующий генератор G₆ снабжен так же, как и машина G₄ на фиг. 12, на каждом вспомогательном полюсе компенсационной обмоткой S₆₁, которая соединена последовательно с возбуждающей обмоткой Q₆₂, имеющейся на каждом главном полюсе. Кроме того, на каждом главном полюсе имеется последовательно питающаяся обмотка Q_6l и управляемая при помощи реле R₃ вспомогательная обмотка Q₆₃. Ток, проходящий через обмотки Q₆₁, Q₅₁ и S₅₁ берется от вспомогательных коллекторов K₆₁-K₆₄. Фазные обмотки Р₆₁-Р₆₄ вспомогательной машины G₆ соединены, как уже говорилось выше, каждая параллельно с одним из коллекторов K₆₁-K₆₄.

Главное отличие этого устройства от устройства, согласно фиг. 12, заключается в том, что здесь главная машина G₅ должна доставлять необходимый возбуждающий (намагничивающий) ток для трансформаторов Т₂₁-Т₂₄, что, вообще говоря, может осуществляться безболезненно, так как возбуждающий ток составляет всего несколько процентов от нормальной силы тока машины. Полный ток, проходящий через первичные обмотки трансформаторов и через фазные обмотки главного генератора, включает в себе как ток нагрузки, так и возбуждающий ток, причем последняя составляющая, которая не совпадает по фазе с главным напряжением, проходит также и через фазные обмотки Р₆₁-Р₆₄ добавочной машины G₆. Поэтому к коллекторам K₆₁-K₆₄ течет лишь та часть тока, которая вполне совпадает по фазе с напряжением и может быть превращена коллекторами в постоянный ток, служащий для питания последовательных обмоток.

В виду того, что падение напряжения в цепи Q₆₁, Q₅₁, S₅₁ возрастает по мере увеличения нагрузки, целесообразно устроить так, чтобы последовательная обмотка Q₆₁ работала в связи с обмоткой Q₆₂. Задача обмотки S₆₁ и в данном случае сострит в противодействии реакции якоря, каковая, понятно, имеет максимальное значение во время процесса коммутации, т.е. в тот момент, когда вспомогательный полюс проходит против определенной якорной катушки, присоединенной к коммутирующей цепи.

Из вышеприведенного объяснения способа действия фильтрующего генератора вытекает, что сериесная обмотка Q_6l должна повышать напряжение машины пропорционально увеличению нагрузки и, следовательно, пропорционально увеличению падения напряжения во вспомогательных обмотках Q₆₁, Q₅₁, S₅₁. Задача обмоток Q₆₂ и S₆₁ состоит в компенсации падения напряжения, происходящего в фазных обмотках P₆₁-P₆₄ благодаря току холостого хода, а также и компенсации искажений кривой индукции, производимых магнитодвижущей силой тех же фазных обмоток. Буквой Q₆₃ обозначена корректирующая обмотка, управляемая импульсами, возникающими в тех случаях, когда обмотка O₆₁ по какой-нибудь причине дает не вполне правильное возбуждение. С этой целью реле R₃ подобно реле R₂ на фиг. 12 контролируется диференциальным трансформатором Т₈, первичная обмотка которого 164 включена в цепь переменного тока коллектора K₆₄ между отводами к фазной обмотке Р₆₄ генератора G₆, вторичная же обмотка 165 присоединена к вторичной стороне трансформатора T₂₄. Третичная обмотка 166 соединена через коллектор 167 с реле R₃.

Легко понять, что число вспомогательных коллекторов может быть уменьшено, например, до двух, при условии, что эти два коллектора смогут совместно давать постоянный ток. Получающейся благодаря этому несимметричностью можно на практике пренебречь или же выровнять ее, например, при помощи особых добавочных сопротивлений, включенных в остальные фазы.

Указанный на фиг. 13 фильтрующий генератор G₆ может, например, иметь конструкцию, показанную на фиг. 14 и 15. Здесь генератор снабжен четырьмя главными полюсами I₆₁-I₆₂… и т.д. и промежуточными вспомогательными полюсами Н₆₁ и т.д. На статоре помещены фазные обмотки Р₆₁-Р₆₄. Вспомогательные полюсы могут в этом случае иметь форму пластин, скрепленных с прочими частями магнитной цепи при помощи винтов (болтов) 170, которые могут быть, например, вставлены во втулки 171, поддерживающие нужные расстояния. На главных полюсах помещаются обмотки Q₆₁, Q₆₂ и Q₆₃, магнитные оси которых совпадают с осью соответствующего главного полюса. На вспомогательных полюсах помещены только обмотки S₆₁, состоящие из плоских проводников 172 и 173, причем магнитная ось каждой такой обмотки совпадает, согласно фиг. 15, с серединой соответствующего главного полюса I₆₁ и т.д. Проводники 172 и 173 уложены в той поверхностной части полюса Н₆₁, которая обращена к междужелезному пространству. Весь ротор заключен снаружи в металлическую (целесообразно медную) оболочку или втулку 174, играющую роль демпфера.

Как видно из чертежа, пластины вспомогательных полюсов Н₆₂ служат в то же время органами, удерживающими обмотки Q₆₁-Q₆₃ главных полюсов. Благодаря болтам 170 получается удобство монтировки вспомогательных полюсов после того, как обмотки главных полюсов уложены на свои места.

Выше было объяснено, каким образом можно необходимый для вспомогательных обмоток постоянный ток получать по выбору или на первичной или на вторичной стороне при помощи трансформаторов напряжения, задача которых состоит в подгонке напряжения генератора или мотора к напряжению сети. Даже если, например, машина G₁, согласно фиг. 1, непосредственно дает такое переменное напряжение, которое после выпрямления соответствует без применения трансформаторов напряжению сети, то и в этом случае иногда оказывается, что главный постоянный ток не может быть непосредственно применен для питания вспомогательных обмоток. Кроме того, ясно, что при применении, например, показанного на фиг. 12 вспомогательного коллектора K₃₁-K₃₄, необходимо считаться с большими потерями на трение благодаря большому числу требующихся щеток, составляющему не менее четырех щеток на каждую фазу.

Указанные затруднения можно устранить, применяя варианты устройства, поясненные схематически на фиг. 16-20 и относящиеся к двухполюсной машине. Если в схеме фиг. 1 мы представим себе, что каждая фаза P₁-P₆ подразделена на две половины, например, а и b, каждая из которых несет напряжения одной и той же фазы или, после переключения, фазы эти противоположны друг другу, то мы получаем возможность, складывая соответствующим образом отдельные векторы напряжения, получить замкнутый многоугольник напряжений, как это, например, имеет место у обыкновенных машин постоянного тока. На фиг. 16 изображена машина G₇, соответствующая генератору или мотору G₁ на фиг. 1; Р₂₁-Р₂₆ - шесть вторичных обмоток на трансформаторах, соответствующих, например, трансформаторам Т₂₁-T₂₄ на фиг. 13. Ради простоты на фиг. 16 не показаны цепи, относящиеся ко вторичным обмоткам. Соответствующие первичные обмотки состоят из двух групп обмоток Р_11а-Р_16а и P_11b-P_16b, составляющих вместе двенадцатифазную систему, причем обмотки попарно, например, Р_11а и P_11b образуют противоположные друг другу фазы, а поэтому могут быть, например, помещены на одних и тех же железных сердечниках. Первичные обмотки присоединены к двенадцатифазным обмоткам Р_71а-Р_76а и P_71b-P_76b синхронной машины G₇. Такие обмотки можно, конечно, получить, если взять обыкновенную шестифазную машину, например, такого типа, как на фиг. 11, и подразделить у нее каждую фазную обмотку на две половины, снабженные особыми отводами, в которых (половинах) индуктированные напряжения имеют одинаковые друг с другом фазы или, после переключения, прямо противоположные друг другу фазы. Каждая первичная цепь присоединена, кроме того к двум, смежным пластинам вспомогательного коллектора K₈, снабженного изолированными друг от друга пластинами V_1a-V_6a и V_1b-V_6b. Этот коллектор может быть целесообразно устроен неподвижным вместе с упомянутыми фазными обмотками. К пластинам прилегают две щетки В₁ и В₂, которые, конечно, должны вращаться вокруг пластин. Щетки эти соединены при помощи контактных колец и неподвижных щеток с обмотками Q₇₁ и S₇₁, помещенными на главных и вспомогательных полюсах синхронной машины G₇ (сравнить, например, питаемые постоянным током обмотки Q₅₁ и S₅₁ у генератора G₅ на фиг. 13). Для того, чтобы освободить коллектор K₈ от возбуждающих (намагничивающих) трансформаторы слагающих, применен также и фильтрующий генератор G₈, изображенный в данном примере с двенадцатью рабочими обмотками Р_81а-Р_86а и P_81b-P_86b. По своему действию этот фильтрующий генератор соответствует генератору G₆ на фиг. 13. Этот генератор можно тоже заменить возбуждающим генератором, как на фиг. 12.

На чертеже щетки B₁ и В₂ показаны такой ширины, что они покрывают несколько меньше ширины двух пластин. Для простоты на фиг. 16 показан коллектор, предназначенный для двухполюсного генератора, но увеличивая число пластин и щеток, можно, конечно, сконструировать его для любого числа полюсов. Период короткого замыкания на этом коллекторе целесообразно делается такой же продолжительности, как и в главных коллекторах, включенных во вторичные цепи трансформаторов.

Чтобы нагляднее представить себе пути прохождения тока, следует обратиться к упрощенной схеме, показанной на фиг. 17. Для более легкого отличия различных цепей вторичные обмотки Р₂₁-Р₂₆ подразделены здесь на две части а и b, так что получается двенадцать вторичных фаз Р_21а-Р_26а и P_21b-P_26b. К роме того, фазные обмотки Р_81а-Р_86а и P₈₁-P₈₆ показаны с отдельными отводами вместо общих, показанных на фиг. 16. При таком изображении легче проследить способ действия всего устройства.

Из фиг. 17 видно, что эту схему можно рассматривать, как кольцевую обмотку, у которой отдельные якорные катушки присоединены к последовательным пластинам коллектора. Однако, следует отметить, что при такой схеме каждая, так называемая, якорная катушка состоит частью из генераторной обмотки, например, Р_71а, и частью из трансформаторной обмотки Р_11а. Несмотря на такое своеобразное устройство, действие всей схемы аналогично действию обыкновенных машин постоянного тока с кольцевой обмоткой. В показанный, на чертеже момент ток нагрузки в фазах, обозначенных индексами 1_а-6_а, имеет известное направление, а в фазах 6_b-1_b то же самое направление. В этом случае сумма этих токов должна замыкаться через щетки В₁ и В₂ на внешнюю цепь, образуемую обмотками Q₈₁, S₇₁ и Q₇₁. При показанном на чертеже положении обмотки P_76b, P_76b P_16b и Р_71а, Р_11а замкнуты на короткое щеткой В₂, а обмотки Р_76а, Р_16а и P_71b, P_11b замкнуты на короткое, щеткой B₁.

Чтобы направить нагрузочный ток через внешнюю цепь, необходимо известное напряжение, доставляемое фазами генератора G₇. Первичные обмотки трансформаторов получает при этом соответственно пониженное напряжение. Соответствующая разность напряжений должна быть генерирована в фильтрующем генераторе G₈, который при этом воспринимает в себя только намагничивающий ток трансформаторов, тогда как ваттная (нагрузочная) составляющая вытесняется во внешнюю цепь.

Выше мы принимали, что фильтрующий генератор имеет дважды шесть фазных обмоток, включенных каждая в одну из двенадцати частичных фаз кольцевой обмотки. Если применить вместо этого возбуждающий генератор, например, такой, как на фиг. 12, но с тем отличием, что возбуждающий генератор, например, G₁₀ на фиг. 19, работает непосредственно на отдельные устроенные у шести трансформаторов третичные обмотки L₁-L₆, то этот генератор требуется снабдить всего шестью фазными обмотками P₁₀₁-Р₁₀₆, так как, согласно сказанному выше, двенадцать частичных обмоток Р_31а-Р_36а и P_31b-P_36b в кольцевой обмотке имеют попарно или одну и туже или прямопротивоположную фазу. Сказанное относится и к тому случаю, когда фазные обмотки возбуждающего генератора G₁₀ присоединены к шести вторичным обмоткам P₂₁-Р₂₆ (фиг. 16). Возможно и такое устройство, когда каждая из шести фазных обмоток P₁₀₁-Р₁₀₆ присоединена к одной из двух первичных обмоток, например, Р_11а-Р_16а (фиг. 16) одного из трансформаторов. Схема, представленная на фиг. 19, будет более подробно пояснена ниже.

Для управления возбуждением возбуждающего или же фильтрующего генератора могут быть применены помещенные на главных полюсах машины вспомогательные обмотки Q₈₃ или Q₁₀₃, каковая обмотка может контролироваться уже известными способами, например, посредством реле R₈ или R₁₀ от подразделенных щеток, или посредством одного или нескольких диференциальных трансформаторов, включенных в одну или несколько трансформаторных цепей. Такие диференциальные трансформаторы описаны раньше (см. трансформаторы T₇ или Т₈ на фиг. 12 и 13). Как их можно включить, показано схематически на фиг. 18, где изображена только одна частичная фазная обмотка 1_а. Вторичная обмотка Р_21а присоединена к коллектору, от которого совместно с другими коллекторами может браться постоянный ток по принципу, объясненному выше. При правильном возбуждении того фильтрующего генератора G₈, фазная обмотка которого Р_81а включена последовательно с обмоткой Р_71а, как первичная, так и вторичная коллекторная цепь трансформатора Т_11а будут свободны от намагничивающей составляющей. Между тем, если происходят неправильности возбуждения, то через диференциадьный трансформатор Т_1а проходит диференциальная составляющая. Соответствующие неправильности коммутации импульсы берутся от третичной обмотки m трансформатора тока и используются для приведения в действие возбуждающего или фильтрующего генератора тем или другим описанным выше способом.

Принцип кольцевой схемы может быть применен и в устройстве согласно фиг. 1, если напряжение или сила постоянного тока в главной цепи непригодно для питания обмоток Q₁ и S₁. В этом случае можно применить согласно фиг. 19, трансформаторы тока Т₄₁-Т₄₆, включаемые согласно чертежу. Обозначения сделаны по тому же принципу, как и на фиг. 16. При этом буквами Р_41а-Р_46а и P_41b-P_46b обозначены двенадцать вторичных обмоток у трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в цепи главного переменного тока Р₉₁, K₉₁, Р₉₂, K₉₂ и т.д. Так как и в этом случае обмотки попарно лежат в одной и той же или в прямопротивоположной фазе друг относительно друга, то требуется всего шесть трансформаторов тока T₄₁-T₄₆ при условии, что каждый трансформатор снабжен на своей вторичной стороне одной обмоткой а и одной обмоткой b. Понятно, что и трансформаторы тока должны возбуждаться отдельно, чтобы предотвратить возникновение намагничивающих составляющих на первичной стороне, но в виду того, что возбудительный генератор G₁₀ доставляет намагничивающую энергию третичной обмотке каждого трансформатора тока или же в других случаях непосредственно к первичной стороне трансформатора, то у генератора требуется иметь всего шесть фазных обмоток.

На фиг. 20 в упрощенном виде представлены пути прохождения тока согласно фиг. 19. Для возможного упрощения схемы первичные обмотки трансформаторов подразделены здесь на группы а и b, так что получается двенадцатифазная система Р_51а-Р_56а и P_51b-P_56b. Шесть фазных обмоток возбуждающего генератора G₁₀ тоже подразделены на схеме на группы а и b, так что получается двенадцать фаз. Соответственно этому предусмотрены двенадцать трансформаторов, снабженных каждый первичной обмоткой Р_51а-Р_56а или P_51b-P_56b вторичной обмоткой Р_41а-Р_46а или P_41b-P_46b и кроме того третичной обмоткой L_1a-L_6a или L_1b-L_6b, питаемой от соответствующей фазной обмотки возбудительного генератора. Изображенная здесь схема может, например, найти применение в агрегате, показанном на фиг. 2 в том случае, если главное напряжение является неподходящим для питания вспомогательных обмоток. В этом случае можно применить коллектор, включенный по кольцевой схеме согласно фиг. 19, снабженный 24 пластинами и 4 щетками, так как генератор на фиг. 2 является четырехполюсным.

При этом каждая фазная обмотка возбуждающего генератора должна доставлять напряжение, соответствующее падению напряжения между точками присоединения обмотки, т.е. в данном случае той части падения напряжения фазы, которая имеет место в обмотках Q₁₀₁, Q₉₁ и S₉₁, каковое напряжение со своей стороны пропорционально току нагрузки. Генератор G₁₀, возбуждающий в данном примере трансформаторы Т₄₁-T₄₆, выполняет, следовательно, приблизительно ту же задачу, как и фильтрующий генератор G₆ на фиг. 13. Поэтому он должен иметь главную возбуждающую сериесную обмотку Q₁₀₁, а также необходимые компенсационные (S₁₀₁) и или корректирующие (Q₁₀₃) обмотки. Целесообразно также применить реле R₁₀, обеспечивающее правильное функционирование системы, причем реле это управляет током во вспомогательных обмотках Q₁₀₈ при помощи импульсов, снимаемых со щеток или с диференциальных трансформаторов согласно ранее поясненным принципам.

В предыдущем изложении мы принимали, что система включает в себе по меньшей мере одну машину, работающую как генератор или мотор и, следовательно, отдающую или воспринимающую ваттную энергию. Однако, рамки изобретения не ограничены подобными системами, и изобретение может быть применено в других системах, в которых, например, ваттная мощность подводится в форме энергии постоянного тока, преобразуемой в энергию постоянного или переменного тока с другим напряжением, или наоборот.

1. Устройство для получения постоянного тока с применением синхронного генератора с рядом фазных обмоток, приключенных каждая непосредственно или через трансформатор к щеткам выпрямляющего коммутатора, отличающееся тем, что для улучшения коммутации, возбуждения трансформаторов и регулирования выпрямленного напряжения применен вспомогательный генератор переменного тока разноименно-полюсного типа, снабженный, кроме главных полюсов, также и вспомогательными и включенный своими обмотками статора, число которых равно числу обмоток главного генератора, на зажимы первичных обмоток трансформаторов, присоединенных одновременно через механические коммутаторы к обмоткам главного генератора (фиг. 12).

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью компенсирования реактивных составляющих в коммутирующей цепи K₆₁-K₆₄, обмотки статора вспомогательного генератора включены на напряжение главного генератора до коммутаторов.

3. Форма выполнения устройства по п. 2, отличающаяся тем, что главные полюсы вспомогательного генератора G₆ снабжены компаундирующей обмоткой Q₆₁ в цепь постоянного тока коммутаторов K₆₁-K₆₄ с той целью, чтобы при увеличении нагрузки фазные напряжения генератора G₆ соответственно повышались и компенсировали падение напряжения в цепи постоянного тока K₆₁, Q₆₁, Q₅₁, S₅₁, K₆₄ (фиг. 13).

4. Применение при устройстве по пп. 1-3 на главных полюсах вспомогательного генератора регулирующей обмотки Q₄₃ или Q₆₃, управляемой при помощи реле R₂ или R₃, приходящего в действие при нарушении нормальной коммутации в устройстве (фиг. 12 и 13).