Регулировочный трансформатор Советский патент 1938 года по МПК H02P13/00 H01F29/02 

К. г. Бре Регулировочный Заявлено 26 марта 19 Опубликовано 30 Уже предлагались секционированные трансформаторы, регулирование напряжения которых осуществляется путем применения двух вспомогательных обмоток, плавно присоединяемых без разрыва цепи при регулировании с последовательного включения на параллельное и наоборот. Также известны регулировочные трансформаторы, в которых изменение напряжения во вспомогательных обмотках производится путем перематывания обмоток с одного стержня на другой. В предлагаемом регулировочном трансформаторе для тонкой регулировки также применяется перематывание обмотки. Эта дополнительная подвижная обмотки перематывается с одной подвижной катушки на другую, неподвижные же катушки несут основную и дополнительную неподвижные обмотки. Согласно изобретению, направление намотки подвижной обмотки на одной катушке совпадает, а на другой противоположно направлению намотки основной неподвижной обмотки с тем, чтобы при наличии двух переключателей регулировка вторичного напряжения осуществлялась плавно или скачкообразно без разрыва тока в цепи дючков. трансформ 6 года за № 190/41 ября 1938 года потребления и без токов кбръч ого замыкания. Последнее осуществляется за счет взаимно уравновешивающихся электродвижущих сил разрезных контактных колец, охватывающих магнитный поток, и при помощи вынесенной из магнитного Йотока части дополнительной подвижной обмотки, наматывающейся на подвижную нейтральную катушку, находящуюся вместе с конечными контактными кольцами вне сердечника. На чертеже фиг. 1-17 изображают схемы включения обмоток предлагаемого трансформатора, поясняющие его устройство и действие, фиг. 18 и 19, 22 и 23 изображают конструктивное выполнение отдельных деталей трансформатора, фиг. 20 и 21 показывают в двух проекциях общее его устройство. В дальнейшем описании для простоты разбирается автотрансформаторная схема. Автотрансформатор имеет основную обмотку (неподвижную), присоединенную к цепи питания на кольцах АВ, дополнительную неподвижную обмотку 01 и дополнительную подвижную обмотку //(фиг. 1-5). Все эти обмотки расположены на одном и том же серденнике. Основная обмотка является обычной обмоткой с ответвлениями, находящимися на равном расстоянии (через равное количество витков) друг от друга. Дополнительная неподвижная обмотка 01 рассчитана на электродвижущую силу, равную половине той, которая существует между двумя соседними ответвлениями, и присоединена одним концом к переключателю /, а другим концом к обмотке Oil, направление же ее намотки одинаково с направлением намотки основной обмотки.

Дополнительная перематывающаяся обмотка ОН находится на катушках, расположенных на двух противоположных сердечниках магнитопровода поверх остальных обмоток, причем намотка на одной катушке (присоединенной к точке 0) совпадает, а намотка другой катушки (присоединенной к переключателю //) противоположна направлению намотки основной обмотки. Катушки обмотки ОН могут вращаться вокруг своих сердечников и таким образом перематывать витки намотки с одной катушки на другую, причем соединение обмотки ОН с переключателем // и с обмоткой 01 сохраняется при помощи контактных колец и щеток.

Электродвижущая сила обмотки ОН, при направлении намотки, совпадающем с направлением у основной обмотки, равна, а при обратном направлении равна и противоположна половине той, которая имеется между двумя соседними ответвлениями.

Промежуточные значения э. д. с. обмотки ОН пропорциональны разности витков на катушках прямой и обратной намотки.

Принцип действия предлагаемого трансформатора ясен из вышеописанного и из рассмотрения схем, изображенных на фиг. 1-5 чертежа.

В схеме по фиг. 1 дополнительные обмотки соединены последовательно, имея одинаковое направление намотки (соединение „звезда), и имеют на свободных концах /, // э. д. с., равную э. д. с. между соседними ответвлениями основной обмотки и, следовательно, ползунки переключателей / и // могут быть присоединены к любым двум соседним контактам основной обмотки, например, к контактам 7 и 2.

В таком случае на зажимах а, Ь, цепи потребления будет, очевидно, э. д. с., равная э. д. с. полутора секций основной обмотки. Величина э. д. с. на зажир ах а, b не изменится, и цепь тока не прервется, если разомкнуть контакт в переключателе /, так как в этом случае величина э. д. с. на зажимах а, b станет равной э. д. с. двух секций основной обмотки минус э. д. с. обмотки ОН, которая, в свою очередь, равна половине э. д. с. секции основной обмотки.

Точно так же величина э. д. с. на зажимах а, b не изменится и в том случае, если разомкнут контакт //, так как . и в этом случае ее величина опять-таки будет равна величине э. д. с. одной секции основной обмотки плюс э. д. с. обмотки 01.

Аналогично сказанному будет обстоять дело, если дополнительная обмотка, при соединении „звездой, будет замкнута не на контакты /-2, а на любые два других соседних контакта. Иначе говоря, присоединении „звезда э. д. с. на зажимах а, b всегда будет равна э. д. с. одной секции основной обмотки, умноженной на число секций от зажима В до ближайшего замкнутого контакта, плюс или минус половина э. д. с. одной секции.

Знак плюс или минус выбирается в зависимости от того, который именно контакт замкнут; если замкнуты контакты в переключателе / или в переключателях / и //, то берется плюс; если замкнут контакт в переключателе //, то берется минус; если оба контакта разомкнуты, то вообще нет никакой э. д. с. и цепь тока прервана.

Возвращаясь к схеме фиг. 1, следует предположить, что контакт переключателя/размыкается (от чего величина э. д. с. на зажимах а, b не изменится) и производится вращение катушек дополнительной обмотки до перемотки ее в положение, изображенное на схеме по фиг. 2.

Очевидно, что в процессе перемотки обмотки Oil 3. д. с. на зажимах а, b будет плавно менять свою величину от прежнего значения до того же значения плюс приращение, равное величине э. д. с. одной секции основной обмотки (потому что до перемотки э. д. с. обмотки ОН вычиталась, а после перемотки складывалась с э, д. с. включенных секций основной обмотки).

Вновь полученная величина э. д. с. на зажимах а, b не изменится, если переключатель / соединить с контактом 2 (фиг. 3) или если, соединив переключатель / с контактом 2, разомкнуть переключатель //. Яналогично соединению „звезда, для вновь полученного соединения (условно названного автором „скоба) всегда будет справедливо, что величина э. д. с. на зажимах а, b равна величине э. д. с. одной секции, умноженной на число секций от зажима В до ближайшего замкнутого контакта, плюс (и только плюс) половина э. д. с. одной секции, независимо от того, замкнуты ли переключатели I и II оба на один ц тот же контакт или только один из них.

Итак, имеется полная возможность перейти от схемы фиг. 1 к схеме фиг. 2 и затем к схеме фиг. 3, не разрывая цепи тока потребления.

Если, имея схему фиг. 3, разомкнуть переключатель //, то цепь тока не прервется, а ei...::-i после этого начать обратную перемотку обмотки Oil, то можно перейти к схеме фиг. 4 и к схеме фиг. 5, не изменяя во время переключений величины э. д. с. на зажимах а, & и не прерывая цепи тока. В схеме по фиг. 5 дополнительные обмотки соединены в„звезду, аналогично схеме по фиг. 1 и, следовательно, э. д. с. на зажимах о, b можно, не прерывая тока, повышать дальше тем же способом, что описан выше, или же понижать, применяя указанные выше манипуляции в обратной последовательности.

Из сказанного ясно, что предлагаемый автотрансформатор (или трансформатор) позволяет осуш,ествить самую тонкую регулировку напряжения без разрыва цепи потребления; однако, следует здесь же оговориться, что условия непрерывной тонкой регулировки приводят к следуюш-им положениям:

1) ползунки переключателей не должны перекрывать более одного рабочего контакта, так как в противном случае произойдет короткое замыкание соответствуюш,еи секции основной обмотки;

2)при соединении „звезда переключатели / и // не должны находиться на одном и том же рабочем контакте, так как это поведет к короткому замыканию дополнительных обмоток, и не должны находиться на контактах, отстоящих друг от друга более, чем на одну секцию, так как в противном случае появится большой уравнительный ток;

3)при соединении „скоба переключатели могут замыкаться оба только с одним и тем же рабочим контактом во избежание короткого замыкания секции (вернее для того, чтобы избежать больших уравнительных токов);

4)при соединении „зигзаг (положение, когда обмотка GII расположена на обеих своих катушках) замкнутым на рабочий контакт может быть только один из ползунков;

5)перемотка обмотки Oil возможна только в том случае, если один из ползунков не замкнут ни на один из рабочих контактов.

Кроме тонкой регулировки, предлагаемый автотрансформатор допускает и грубую регулировку скачками, но с перерывами цепи потребления.

Регулировку скачками можно производить путем передвижения ползунков переключателей /, //, причем расстояние между ними должно оставаться неизменным и равным расстоянию между двумя соседними- контактами при соединении „звезда ; при соединении „скоба оба переключателя должны перекрывать один и тот же рабочий контакт. При соединении „зигзаг регулировка скачками невыполнима.

Несмотря на кажуш,уюся сложность условий регулировки, является все же вполне возможным упростить все манипуляции путем применения рассматриваемой ниже системы коммутации и блокировки.

На фиг. б-П изображены последовательные положения при повышении напряжения на одну ступень, причем схема фиг. П, соответственно схеме фиг. б, является уже началом Следуюш,его цикла.

Номера, стоящие у контактов, соответствуют отводам от секций основной обмотки; нулевые контакты являются холостыми; каждый из ползунков переключателей I и II при переходе с контакта на контакт перекрывает два соседних контакта.

Расстояние между переключателями I и II неизменно.

Из рассмотрения схем вытекают следующие условия коммутации:

1)регулировка скачками может происходить только тогда, когда один из ползунков отключен от дополнительной обмотки;

2)на основании предыдущего соединение „звезда может быть допущено при любом положении ползуннов переключателей / и //, кроме переходных положений;

3)соединение „скоба может быть допущено только тогда, когда ползунки переключателей /, // не замыкаются на различные рабочие контакты;

4)соединение „зигзаг возможно допускать лищь в том случае, если один из ползунков замкнут на холостой контакт.

Выполнение перечисленных условий легко осуществляется, если применить несложную систему блокировки, подобную приводимой ниже.

Для осуществления блокировки применяется устройство, изображенное на фиг. 18 и 19 чертежа.

Валик D (фиг. 18), приводяший в движение дополнительную обмотку, имеет резьбу и гайку С, сцепленную посредством шатуна Е с ползушкой Ф. Резьба рассчитана таким образом, что при положении обмотки // целиком на одной из катущек ползушка упирается в стенку кожуха, ограничивая тем самым дальнейшее вращение валика.

Помещенные в крышке кожуха два фиксатора JJ и Ж, представляющие собой простые шпильки, могут подниматься и опускаться, в зависимости от положения ползушки, и тем самым фиксируют положение „звезда или „скоба в корректировочной планке, изображенной на фиг. 19, где буквой JJ обозначен ряд прорезей „звезды, а буквой УИ - ряд прорезей „скобы. Планка связана с рукояткой переключателей / и //. При соединении

„звезда или „скоба (чему соответствуют крайние положения ползушки} один из фиксаторов опущен, а другой ограничивает движение корректировочной планки пределами той прорези, в которой он находится и, следовательно, перемещение переключателей /, // ограничено контактами, соответствующими существующему в данный момент соединению.

При самом начале перемотки ползушка сдвигается с крайнего положения и сразу же начинает поднимать второй фиксатор, не опуская ранее поднятого. Если в этот момент положение корректирующей планки таково, что фиксаторы попадают в прорези оба (как это, например, указано на фиг. 19), то перемотка может быть осуществлена, так как при этом один из переключателей I и II стоит на нулево1у1 контакте; в противном случае поднимаемый фиксатор упрется в планку и не допустит движения ползушки, а следовательно, не допустит образования зигзага.

Точно так же, если при соответствующем положении корректировочной планки (а следовательно, при соответствующем положении переключателей /, //) и при наличии зигзага, фиксаторы не допустят передвинуть переключатель до тех пор, пока не будет осуществлена „звезда или „скоба.

В том случае, когда нужно пользоваться только грубой регулировкой, можно, установив „звезду, выключить фиксатор „звезды путем повертывания его и опускания в имеющееся для него в ползущке гнездо (на фиг. 18 может быть выключен фиксатор Л); при этом фиксатор запирает ползушку и, прекращая возможность перемотки, позволяет безостановочную регулировку скачками. Как видно из сказанного, при помощи такой блокировки выполняются все условия коммутации и совершенно ликвидируется всякая возможность повреждений и неправильностей работы.

Что касается самых манипуляций регулировки, то они становятся чрезвычайно просты и сводятся к следующему. Для грубой регулировки сначала осуществляется положение „звезда, и опускается корректор „звезды.

после чего регулировка производится простым передвижением переключателя. Для тонкой регулировки сначала до отказа передвигается в желаемом направлении (в сторону повышения или понижения) переключатель, затем до отказа же производится перемотка, после этого производится дальнейшее передвижение переключателя (опятьтаки до отказа) и снова перемотка и т. д. до тех пор, пока не будет получено желаемое напряжение.

Обмотка ОН, давая возможность переключения переключателя без разрыва цепи потребления, в свою очередь требует выполнения некоторых условий для того, чтобы не прерывать тока при процессе перемотки.

Дело в том, что концы перематывающейся обмотки должны быть присоединены к точкам О VIII посредством контактных колец и щеток. Однако, применить для этой цели неразрезное кольцо нельзя, так как оно будет представлять собою короткозамкнутый виток. Если кольца сделать разрезными, а щетку перекрывающей разрез, то прерывания тока не получится, но получится короткое замыкание кольца в момент перекрывания его щеткой,- если же щетку сделать не перекрывающей разрез, то короткого замыкания кольца, правда, не получится, но зато произойдет прерывание тока в момент нахождения щетки на разрезе кольца.

Компромиссное решение вопроса может быть достигнуто путем применения сопротивления, включенного между щетками, как показано на фиг. 12-17 (на этих схемах, а также на последующих основная обмотка и обмотка 01, для простоты чертежа, не изображены, обмотка же ОН представлена в виде двух частей, распределенных на катушках, вращающихся вокруг разных сердечников).

В случае схемы по фиг. 12 при величине г всего сопротивления, включенного между щетками, ток в цепи потребления все время проходит дважды (у одного и у другого конца обмотки)

г через сопротивление -.- что создает

гу2

потери 2/-- - 2 ; кроме того, при

прохождении щеток через разрез появляются два тока i колец, текущие каждый через сопротивление г, что прибавляет к уже имеющимся потерям потери .

Схема по фиг. 13, по сравнению со схемой по фиг. 12, обладает большим преимуществом в том отношении, что в схеме по фиг. 13 потери появляются только в момент прохождения через разрез, и потому эта схема должна быть предпочтена в подавляющем больщинстве случаев.

Второй способ коммутации ясен из схемы по фиг. 14 и характеризуется выполнением обмотки ОН в виде двух параллельных ветвей, прерывание тока в которых происходит не одновременно. В этом случае, при переходе через разрез нагрузка будет включена только на одну параллельную ветвь; кроме того, в тот промежуток времени, когда одна обмотка уже прошла через разрез, а другая не прошла, по обмоткам будет проходить уравнительный ток и возникнут соответствующие потери коммутации, вследствие чего этот промежуток времени нужно, конечно, сделать как можно меньше.

Рассмотренные схемы обладают существенным недостатком, заключающимся в том, что поверхность катушек обмотки ОН используется только наполовину, в то время как остальная половина остается свободной от обмотки.

Указанный недостаток устранен в схеме по фиг. 15 путем применения двух вспомогательных колец, соединяющих последовательно две части обмотки ОН. В этом случае обмотка ОН, при той же длине катушек, имеет, вдвое большее количество витков, что, в свою очередь, удваивает число витков обмотки 01, в результате чего диапазон тонкой регулировки напряжения становится в 4 раза больше, а количество контактов переключателей /, //, при неизменном диапазоне, становится в 4 раза меньше. Преимущество схемы по фиг. 15 особенно ценно вследствие того, что введение вспомогательных колец не вызывает увеличения потерь коммутации, так как электродвижущие силы колец направлены навстречу

друг другу, а провода, соединяющие щетки этих колец, могут быть сделаны сколь угодно малого сопротивления.

Полное решение вопроса коммутации без разрыва тока и без потерь представлено на схемах фиг. 16 и 17, где стрелками обозначены направления магнитных потоков и электродвижущих сил, соответствующих этим потокам и наводимых в отдельных частях обмотки OIL На этих схемах части обмотки (//,. отмеченные сбоку двойной вертикальной чертой, расположены на катушках, не охватываемых магнитным потоком (т. е. находящихся рядом с сердечником), и, следовательно, не участвуют в создании электродвижущей силы. Усложнение, примененное в схеме фиг. 17, по сравнению со схемой фиг. 16 не велико, между тем, как преимущества ее (увеличение диапазона и сокращение числа контактов) чрезвычайно ценны, а потому почти всегда следует отдать предпочтение схеме по фиг. 17.

На чертеже фиг. 20 и 21 изображено в двух проекциях конструктивное выполнение предлагаемого трансформатора; фиг. 22 и 23 изображают переключатель и разбивку коррекционного диска.

Неподвижные обоймы шарикоподшипников / (фиг. 20 и 21) сделаны из эбонита и состоят из двух одинаковых половинок каждая. Подвижные обоймы 2 делаются также из эбонита, но не разъемными; форма их понятна из чертежа.

Основная и неподвижная дополнительная обмотки намотаны на двух одинаковых каркасах 3 и отводы их пропущены радиально внутрь втулки катушки.

После намотки основной и неподвижной дополнительной обмоток к щекам каркасов прикладываются по одной половине неподвижных обойм вместе с подвижными обоймами подшипников, затем накладываются шарики и прикладываются вторые половины неподвижных обойм, после чего вся система сжимается проходными болтами 4. Отводы обмоток пропускаются в отверстия 5, сделанные в неподвижных обоймах.

Некоторый небольшой люфт, неизбежный при таком выполнении, совершенно не страшен, так как механические усилия, действующие на эти „шарикоподшипники, крайне ничтож,ны, а всякая возможность „хлябания катушек уничтожается в дальнейшем натяжением проволоки подвижной дополнительной обмотки (собственно, систему можно было бы выполнить и на простых подшипниках, но в виду малых размеров всего прибора желательно получить более легкий ход).

После этой сборки к подвижным обоймам привертываются, с прокладкой шайб, винтами 9 контактные кольца 8. Контактные кольца рабочих катушек разрезаны на две неравные части, из которых меньшая является холостой, а кольца 24 вспомогательной катушки (катушки, не охватывающей сердечник) сделаны сплошными.

Каркас каждой подвижной катушки представляет собою тонкий латунный цилиндр 6, рассеченный на две половины плоскостью, наклонной к оси цилиндра (потому, что контактные кольца одной и той же катушки привернуты так, чтобы против рабочей части кольца одной стороны приходилась холостая часть другой стороны и наоборот).

Крепление каркасов подвижных катушек к контактным кольцам производится посредством винтов W и хвостов 7, которые входят в зазор между кольцом и обоймой, образовавшейся благодаря тому, что кольцо привернуто к обойме не непосредственно, а через шайбы.

После описанной сборки в полученные системы обмоток обычным путем закладывается сердечник 11 и на этом заканчивается основная часть работы.

Сварные конструкции 72 и 7J и лапки 14, сделанные из углового железа, служат одновременно для стягивания сердечника посредством винтов 75, для крепления щеткодержателей 76, 77, для крепления оси 18 корректора 19, для крепления подшипников 20 и подшипниковой трубки 27, вала 22 тонкой и вала 25 грубой регулировки и,

наконец, для крепления всего трансформатора в кожухе.

Подшипниковая трубка 2/ оканчивается с обоих концов резьбой и снабжена гайками, благодаря чему происходит более прочное и точное сочленение верхних сварных конструкций. Как трубка 21, так и подшипники 20 делаются из латуни во избежание шунтирования основного магнитопровода валами.

Вспомогательная катушка 25 представляет собою деревянный барабан, закрепленный на валу шпилькой и снабженный контактными кольцами 2.

Щетки 26 делаются наборными из 0,5 мм упругой (или просто клепаной) латуни и одинаковы во всех местах. Крепление их и изоляция понятны из чертежа.

Эбонитовая панель 27 переключателя (фиг. 22) крепится ботами 28, снабженными муфтами 29, к передней сварной конструкции и к передней лапке, и на ней расположены контакты 30 (из которых нулевые железные).

Блокировка осуществляется посредством упомянутого выше корректора 19 с фиксаторами 31 коррекционного диска 32 (насаженного на квадрат, которым оканчивается вал грубой регулировки) и нарезанной муфты 33, движущейся по нарезанному концу вала тонкой регулировки. Хвост корректора находится в прорези коррекционной муфты и, не давая ей поворачиваться, в то же время не может двигаться сам до тех пор, пока муфта не дойдет до конца и не сдвинет его припаянными к ней шайбами 34; возможность же движения корректора в этот момент создается потому, что прорезь у концов муфты углублена.

Фиксаторы при средних положениях муфты оба заходят в отверстия коррекционного диска (тем самым запирая грубую регулировку), при конечных же положениях один из фиксаторов выходит из отверстия и дает

возможность поворота переключателя на один контакт в ту или другую сторону.

На разбивке диска (фиг. 23) цифрами О, 1, , 2, 2 и т. д. указаны последовательные положения фиксаторов относительно диска, соответствующие положениям щеток переключателей /, // на контактах, обозначенных теми же цифрами.

Блокировка, осуществленная в рассмотренном чертеже, несколько отличается от описанной выше, что объясняется незначительным изменением системы коммутации грубой регулировки.

Предмет изобретения.

Регулировочный трансформатор с перематывающейся обмоткой для грубой и тонкой регулировки, состоящий из неподвижных и подвижных катушек, насаженных на железные сердечники, причем на неподвижных катушках находятся основная и дополнительная неподвижные обмотки, а подвижные катушки служат для перемотки дополнительной подвижной обмотки с одной катушки на другую, отличающийся тем, что направление намотки подвижной обмотки на одной катушке совпадает, а на другой противоположно направлению намотки основной неподвижной обмотки, с тем, чтобы при наличии двух переключателей / и // регулировка вторичного напряжения осуществлялась плавно или скачкообразно, без разрыва тока в цепи потребления и без токов короткого замыкания при коммутации, что осуществляется за счет взаимно уравновешивающихся электродвижущих сил разрезных контактных колеи, охватывающих магнитный поток, и при помощи вынесенной из магнитного потока части дополнительной подвижной обмотки, наматывающейся на подвижную нейтральную катушку, находящуюся, вместе с конечными контактными кольцами, вне сердечника.

к авторскому свидетельству F. Г. Брендючковл

Л 54250

f в фиг.

к

фиг.З

фиг.2

фиг.б

g

Фиг 8

Оо

I/ to

/;о

11

,у

143 к авторско у свидетельству К. Г. Ло 54250 Брендючкова

..фкг.Ш о

о о о

6 6

фиг. 15

фиг.14 о о г

фиг.Ш

/7

-//

D Ы

-//

//

Ut)

CM

riH

LO

ffA

m §

IT

S 4i-H 1-Ц

Ф p.

Й2

W r

нЭ

:ез Ф н ф

fcC s « О

-. ; о а о

Он

Р5