Одноякорный бесколлекторный преобразователь постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения Советский патент 1940 года по МПК H02K47/08 H02M3/36 

Предметом настоящего авторского свидетельства является одноякорный бесколлекторный преобразователь постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (при коэфициенте трансформации 1 : п, где п- целое число).

Данный преобразователь принадлежит к известному типу преобразователей, имеющих на якоре первичные и вторичные электрические цепи и обладающих коммутирующими переключателями для отдельных обмоток, составляющих коммутируемую цепь.

Предлагаемый преобразователь отличается от этих известных преобразователей тем, что якорь его имеет несколько отдельных одинаковых между собой обмоток, разбивающихся на несколько групп с одинаковым числом обмоток в каждой группе; все обмотки одной и той же группы располагаются в одном и том же секторе якоря, каждая группа занимает свой сектор якоря; обмотки соединяются в две цепи -первичную

и вторичную и так, что половина обмоток каждой группы включается в одну цепь, а другая половина - в другую, причем в первичной цепи обмотки одной и той же группы соединяются последовательно между собой, а во вторичной - параллельно, группы же как в одной, так и в другой цепи соединяются между собой последовательно; во время работы преобразователя помощью особой системы ключей и переключателей производятся периодические погруппные переключения обмоток из одной цепи в другую: обмотки переключаемой группы, бывщие в одной цепи, становятся на место обмоток этой же группы, бывщих в другой цепи, и наоборот, так что направление тока в обмотке в результате переключения остается прежним.

Для улучщения коммутации преобразователя применена специальная компенсирующая мащина, механически связанная с преобразователем, имеющая подобно якорю такое нее количество обмоток, включенных последовательно с якорными обмотками преобразователя, и снабженная регулирующим приспособлением для автоматической компенсации падения напряжения в переключаемых обмотках преобразователя.

Кроме того для автоматического выравнивания токов в обмотках преобразователя применен добавочный двигатель, механически связанный с преобразователем и выравнивающий токи при посредстве особого регулирующего приспособления.

Таким выполнением преобразователя имеется в виду в известной мере разреп1ить проблему получения и трансформации постоянного тока высокого напряжения.

Сущность изобретения поясняется схематическим чертежом, на фиг. 1 которого изображена упрошенная схема преобразователя; на фиг. 2 и 8 - схема переключения обмоток; йа фиг. 3 - принципиальная схема преобразователя с компенсирующей мащиной; на фиг. 4, 5 и 6 - схемы расположения контактов ключей и переключателей одной группы обмоток; на фиг. 7 -схема преобразователя с регулирующим двигателем и регулирующим приспособлением для автоматического уравнивания токов нервичной и вторичной цепей; на фиг. 9 - схема преобразователя с регулирующим двигателям; на фиг. 10 и 11-схемы выполнения первичной и вторичной цепи преобразователя по принципу автотрансфорл(атора; на фиг. 12 изображена видоизмененная принципиальная схема преобразователя по фиг. 3.

Идея предлагаемого преобразователя заключается в следующем.

Преобразователь по схеме фиг. 1, подобно о быкновенным электрическим мащинам, состоит из якоря, представляющего собой железный сердечник, набранный из листов и из индуктора, в поле которого, вращается якорь. На якорь намотана система отдельных обмоток, которые при работе преобразователя образую т две цепи-первичную и вторичную.

Для легкости уяснения идеи предлагаемого преобразователя разбирается простейщий случай - случай передаточного числа 1:1. Этому случаю соответствует фиг. 1. Здесь /V и 5-полюса индуктора (возбуждение преобразователя - постоянное). Спиралями изображены обмотки якоря. На якоре имеются четыре отдельные обмотки, причем все эти обмотки одинаковы между собой. Обмотки эти намотаны, как бы, в два слоя, т. е. две отдельные обмотки занимают одну и ту же часть окружности якоря, будучи заложенными в одни и те же пазы. Каждая отдельная обмотка обеими своими сторонами занимает половину окружности якоря. Обмотки эти могут выполняться, в общем, соверщенно так же, как выполняются обмотки в мащинах переменного тока. Все отдельные обмотки при работе преобразователя образуют, как уже указывалось, две цепи - первичную и вторичную, но ни одна из обмоток не принадлежит все время к какой-либо одной цепи; каждая обмотка попеременно переходит из одной цепив другую, но соединение обмоток происходит так, что к одной и той же цепи могут принадлежать только лищь обмотки, расположенные перпендикулярно друг к другу, обмотки же, оси которых совпадают (т. е. обмотки, расположенные на одной и той же части якоря), вместе никогда не соединяются. Таким образом, обмотка / при работе преобразователя оказывается соединенной (последовательно) то с обмоткой //, то с обмоткой /У, а обмотка /, соответственно, то с обмоткой //, то с обмоткой //. Но обмотки / и /, равно как и обмотки // и //, никогда не соединяются между собой.

Полюса индуктора имеют такую щирину, чтобы магнитное поле в одном направлении охватывало несколько меньще четверти окружности якоря, с тем, чтобы при известном положении якоря (в положении фиг. 1) в магнитном поле находилось только по одной обмотке той и другой цепи.

На фиг. 1 вращение якоря происходит по часовой стрелке. При этом принято, что в момент, несколько

предшествовавший моменту фиг. 1 (например, на /з оборота якоря ранее момента фиг. 1), обмотка / была соединена (последовательно) с обмоткой // и образовывала с ней первичную цепь, а обмотка / была соединена с обмоткой 1Г и образовывала с ней вторичную цепь.

Э. д. с. вторичной цепи и противоэлектродвижущая сила первичной цепи складываются из э, д. с., наводимых в обеих обмотках каждой цепи, причем в отмеченный момент эти э, д. с. у всех обмоток одинаковы. При вращении якоря вправо э. д. с., наводимые в обмотках / и /, будут увеличиваться, а э. д. с., наводимые в обмотках // и //, будут настолько же уменьшаться, так что для каждой цепи суммарная э. д. с. будет оставаться постоянной по величине вплоть до положения фиг. 1.

При положении фиг. 1 э. д. с. вторичной цепи целиком индуктируется только одной обмоткой /, а противоэлектродвижуш,ая сила первичной цепи целиком индуктируется только одной обмоткой /, в обмотках же // и II полюсами Л/ и 5 э. д. с. не индуктируется. При дальнейшем вращении якоря в этих обмотках начнут индуктироваться э. д. с., но они уже будут противоположными по направлению тем э. д. с., которые в них индуктировались раньше и следовательно, будут противоположны э. д. с., индуктирующимся в это время в обмотках / и /. Однако, при положении якоря, изображенном на фиг. 1, производится переключение обмоток: об лотка // отсоединяется от обмотки У и присоединяется (последовательно) к обмотке / так, чтобы ток в ней остался того же направления, что и прежде; таким же образом присоединяется обмотка 1Г от обмотки Г к обмотке /. При этих пересоединениях обмотки // и // переходят из одной цепи в другую.

Далее принято, что в преобразователе нет никаких потерь энергии; тогда ток в первичной цепи равен току вторичной цепи. Стало быть, в результате произведенных переключений обмоток П и // силы и направления токов в них остаются

без изменения. Следовательно, при таких переключениях не будет трудностей, подобных трудностям коммутации в коллекторных машинах.

При дальнейшем вращении якоря после производства разобранных переключений в обмотках // и 11 начнут индуктироваться э. д. с., которые по направлению уже не будут противоположными э. д. с., индуктирующимся, соответственно, в обмотках / и /, а будут совпадать с ними; по величине же эти э. д. с. будут увеличиваться, тогда как э. д. с. обмоток / и / в это время будут настолько же уменьшаться. Так что, как э. д. с. вторичной цепи, так и противоэлектродвижущая сила первичной цепи все время как до переключения обмоток, так и после переключения и в момент переключения остаются постоянными как по направлению, так и по величине.

Такие же процессы будут происходить и при дальнейшем вращении якоря. Когда якорь повернется на четверть оборота от положения фиг. 1, будет произведено переключение обмоток / и /: обмотка / отсоединяется от обмотки /у и присоединяется к обмотке //, тем самым переходя из первичной цепи во вторичную; обмотка / отсоединяется от обмотки // и присоединяется к обмотке //, тем самым переходя из вторичной цепи в первичную.

Когда якорь повернется на полоборота против положения фиг. 1, производится переключение обмоток // и //; обмотка // отсоединяется от обмотки / и присоединяется к обмотке /, тем самым переходя из вторичной цепи в первичную; обмотка // отсоединяется от обмотки / и присоединяется к обмотке /, тем самым переходя из первичной цепи во вторичную.

Когда якорь повернется еще на /4 оборота, т. е. когда он займет положение, удаленное на / оборота от положения фиг. 1, производится переключение обмоток / и Г: обмотка / отсоединяется от обмотки // и присоединяется к обмотке //, переходя таким образом из вторичной цепи в первичную, а обмотка / отсоединяется от обмотки // и присо-: единяется к обмотке //, переходя при этом из первичной цепи во вторичную.

При дальнейшем движении якоря все повторяется.

Легко заметить, что в течение всего оборота якоря направление и величина э. д. с. во вторичной цепи и противоэлектродвижущей силы в первичной цепи остаются постоянными.

Таким образом, достигается преобразование напряжения постоянного тока.

На фиг, 2 изображена схема переключения обмоток.

Здесь буквами Л и Л обозначены контакты первичной цепи; и i - контакты вторичной цепи; /, //, /, // - обмотки; KI, , Лз- Лв - ключи; «1, Ла, «3... «8 - переключатели, рычаг каждого из которых может стоять на одном из двух контактов, но не может перекрывать одновременно оба контакта.

Пунктирные стрелки показывают направления э. д. с., индуктируемых в обмотках. Сплошные стрелки показывают направления токов в цепях.

При положении якоря на Vs оборота до положения фиг. 1, как уже указывалось, обмотка / последовательно соединена с обмоткой // и образует с ней первичную цепь преобразователя; обмотка / соединена с обмоткой // и образует с ней вторичную цепь преобразователя. На фиг. 2 это соответствует положению рычагов переключателей на контактах /, 5, 5, 7, 9, 11, 13, 15 и разомкнутым ключам. В этом положении якоря, как уже отмечалось, во всех обмотках наводятся одинаковые э. д. с. При дальнейшем же движении якоря э. д. с,, наводимые в обмотках II и //, уменьшаются, а э. д. с., наводимые в обмотках / и /, настолько же увеличиваются; получается как бы то, что э. д. с. из нижних обмоток (фиг. 2) переходят в верхние. При положении фиг. 1 в нижних обмотках э. д. с. индуктором преобразователя совсем не индуктируются. В это время производится онисанное ранее переключение обмоток путем перебрасывания рычагов переключателей соответственно, на контакты 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16. Самый процесс переключения производится следующим образом: прежде всего какимлибо образом в переключаемых обмотках наводится э. д. с., в точности равная сумме падений напряжения в самой обмотке и в одном ключе (или переключателе) и по направлению совпадаюшая с током в обмотке; э. д. с. эта в течение всего периода переключения остается постоянной. Далее производим одновременное передвижение рычагов ключей: Кй, К, К-1, KZ и переключателей Яа. «б 7, Лд с таким расчетом, чтобы переходное сопротивление ключей всегда уменьшалось ровно настолько, насколько увеличивается переходное сопротивление переключателей; при этом условии сила тока в переключаемых обмотках и плотность тока в контактах ключей и переключателей будут оставаться все время постоянными. К моменту, когда рычаги ключей целиком взойдут на контакты, рычаги переключателей целиком сойдут со своих контактов 9, 1J, 13, 15 и станут на холостые (изолированные) контакты; в этот момент каждая цепь преобразователя будет состоять только из одной обмотки; переключаемые же обмотки будут замкнуты на короткое; в них в это время будет циркулировать ток (возбуждаемый наводимой каким-либо образом в контуре обмотки э. д. с.), по величине в точности равный имевшемуся в обмотке перед началом переключения току, и того же направления.

При передвижении по холостому контакту рычагов переключателей рычаги ключей остаются на месте (иначе говоря, контактное сопротивление ключей не меняется) да момента соприкосновения рычагов переключателей со вторыми контактами последних (10, 12, 14, 16}. С момента этого соприкосновения рычаги ключей сдвигаются с контактов обратно и опять таки, так, чтобы контактные сопротивления ключей увеличивались ровно настолько, насколько уменьшаются сопротивления переключателей; при этом силы токов в переключаемых обмотках опять-таки не будут меняться, а плотности тока в контактах ключей будут постоянны. | К моменту полного перехода рыча- } гов переключателей на контакты рычаги ключей совсем сойдут со своих контактов. На этом период переключения и заканчивается.

Мы видим, что в течение всего периода переключения в переключаемых обмотках остаются без изменения, и плотности токов в контактах ключей и переключателей остаются постоянными. Стало быть, вышеописанное переключение должно будет происходить без какоголибо искрения; никаких трудностей, подобных трудностям коммутации в коллекторных машинах, здесь нет. Что касается вопроса, каким путем будет наводиться в переключаемых обмотках э, д. с., обеспечивающая циркуляцию тока в замыкаемых на короткое и отделяемых на некоторое время совсем от цепи преобразователя переключаемых обмотках, то здесь предлагается следующий способ.

Для обеспечения этой э. д. с. предлагается применить специальную компенсирующую машину.

На фиг. 3 изображена схема этой машины. Здесь Я - якорь, NviS - полюсы индуктора. Якорь машины механически жестко связан с якорем основной машины. Если якорь компенсирующей машины сидит непосредственно на одном валу с якорем основной машины, т. е. если оба эти якоря вращаются с одним и тем же числом оборотов, то индуктор компенсирующей машины будет иметь в два раза большее число полюсов, чем индуктор основной машины. Если же желательно компенсирующую машину устроить со столькими же полюсами, сколько их имеет главная машина, то тогда якори этих машин следует связать передачей так, чтобы компенсирующая машина имела число оборотов, в два раза большее числа оборотов главной машины. Словом, всегда должно быть так, чтобы за то время, в которое, точка окружности якоря главной машины проходит одно полюсное деление, точка окружности якоря компенсирующей машины проходила бы два полюсных деления.

Якорь компенсирующей машины по характеру его обмотки в известной степени похож на якорь главной машины: обмотка якоря компенсирующей машины состоит из стольких же отдельных обмоток, как и якорь Г. М. (главной машины), причем каждая отдельная обмотка якоря К. М. (компенсирующей машины) соединена последовательно с одной из отдельных обмоток якоря Г. М. и притом так, что все обмотки якоря К. М., соединенные с обмотками якоря Г. М., расположенными в одной части последнего, также располагаются в одной части якоря К. М. (в одних и тех же пазах последнего), а все обмотки якоря К. М., соединенные с обмотками якоря Г. М., расположенными в другой части последнего (т. е. с обмотками, электрически перпендикулярными к первым), также располагаются в другой части своего якоря, под определенным углом к первым обмоткам - под углом в 180 электрических градусов. Например, обмотки / и Г (фиг. 1) соединяются с обмотками а, а (фиг. 3), а обмотки //, // (фиг. 5) соединяются с обмотками Ь, Ь, но разница между обмоткой якоря Г. М, и обмоткой якоря К. М. заключается в том, что в якоре Г. М. в одной половине обмоток, -расположенных в одной плоскости, ток течет в обратном направлении, так что в любой плоскости расположения обмоток суммарный ток равен нулю, тогда как в якоре К. М. во всех обмотках, расположенных в одной плоскости, направление тока одно и то же. но направление тока в обмотках другой плоскости расположения, например, в обмотках а и а токи одного и того же направления, и в обмотках Ь и Ь, токи одного и того же направления, но они противоположны токам обмоток а и а относительно магнитного потока. Можно все эти обмотки (а, а , Ь, Ь) закладывать в одни и те же пазы; тогда суммарный ток в любой плоскости якоря

будет равен нулю. На фиг. 3 П. У. - переключающее устройство, к которому подходят концы от обмоток якорей Г. М. и К. М. и концы на первичную и вторичную сети (С, С,).

Работа К. М. заключается в следующем.

В течение всего того промежутка времени, когда происходит переключение обмоток якоря Г. М., обмотки якоря А. М. проходят под полюсами; магнитная под полюсами распределена равномерно; тогда в этих обмотках индуктируются э. д. с., которые в течение всего периода переключения остаются постоянными, причем в обмотках, соединенных с переключаемыми обмотками Г. М., эти э. д. с. направлены по направлению тока (а в других обмотках - против направления тока), и величина их должна быть равна, как указывалось ранее, падению напряжения в переключаемой обмотке вместе с соединенной с ней обмоткой К. М. и ключом. Наличие этих э. д. с., как мы говорили, и обеспечивает безъискровое переключение обмоток Г. М. Когда период переключения закончится, то обмотки К. М. будут выходить из-под полюсов и индуктирующиеся в них э. д. с. упадут до нуля, а когда наступит момент переключения другой группы обмоток Г. М., обмотки Л. М. войдут уже под другие полюсы и в них будут индуктироваться э. д. с., равные по величине первым, но противоположные им по направлению, что и нужно для производства переключения новой группы обмоток Г. М.

Изменение величины индуктирующихся в обмотках К. М. э. д. с. нисколько не влияет на цепь преобразователя в целом, так как суммарная из этих э. д. с. для всей цепи в любой момент равна нулю.

Соответствие величины индуктирующихся в обмотках К. М. э. д. с., величина падения напряжения в переключаемой обмотке вместе с соединенной с ней обмоткой К. М. и с ключом в основном достигается последовательным возбуждением К. М., взятым от общей цепи преобразователя, при этом, принципиально, все

равно от какой - от первичной или вторичной. Для достижения более точной компенсации падения напряжения в переключаемых обмотках преобразователя при различных нагрузках последнего служит регулирующий прибор Р. П. (фиг. 3), который в общем цодобен двигателю, только его якорь не вращается между полюсами индуктора, а может лишь поворачиваться на известный угол. Индуктор имеет постоянное возбуждение. Обмотка якоря выполнена в виде рамки, которая включена последовательно в первичную или вторичную цеиь главной машины. На оси якоря сидит рычаг Р, конец которого скользит по контактам реостата г. Реостат f включается последовательно в цепь добавочной обмотки (д. о.) возбуждения К. М., включаемой параллельно в первичную или вторичную цепь. К рычагу Р одним своим концом прикреплена пружина п, другой конец которой закреплен неподвижно. Благодаря этой пружине рычаг Р может отклониться от своего свободного положения лишь только на определенный угол, соответствующий силе тока в обмотке якоря Р. П. Следовательно, каждому значению тока в основной (сериесной) обмотке возбуждения К. М. соответствует определенный ток в дополнительной обмотке возбуждения. Это соответствие может быть рассчитано так, что при всякой нагрузке преобразователя будет налицо соответствие (равенство) э. д. с., наводимой в обмотке К. М,, с падением напряжения в переключаемой обмотке Г. М. преобразователя вместе с соединенной с ней обмоткой К. М, и ключом.

На схеме фиг. 3 каждая обмотка якоря сосредоточена в узком секторе якоря; постоянство индуктируемой э. д. с. здесь достигается тем, что каждый проводник обмотки в течение всего периода переключения обмоток Г. М. движется под полюсом, но компенсирующая мащина может быть выполнена и так, что каждая обмотка ее якоря будет равномерно распределена на целой четверти окружности якоря (одной

своей стороной) и постоянство : индуктируемой э. д. с. будет достигаться тем, что в то время, как один проводник обмотки будет выходить из-под полюса, другой проводник будет входить под него; при такой схеме ширина полюса индуктора К. М, будет гораздо меньше, чем по схеме фиг. 3, а обмотка будет больше.

Разобранное выше переключение обмоток Г. М. будет производиться автоматически следующим образом.

Из рассмотрения схемы фиг. 2 видно, что, во-первых, все ключи и переключатели по своей работе разбиваются на две группы (соответственно двум группам обмоток): в то время, как одна группа работает, т. е. когда рычаги одной группы ключей и переключателей передвигаются, производя тем самым переключение соответствуюш,ей группы обмоток, другая группа не работает, их рычаги стоят на месте, переключение обмоток второй группы в это время не производится; обе эти группы тождественны, только не одинаковы по времени, и, так сказать, разнятся по фазе; во-вторых, как все переключатели, так и все ключи одной и той же группы действуют совершенно одинаково между собой как по характеру действия, так и по времени.

На схеме расположения контактов ключей и переключателей одной группы по фиг. 4 и 5 (две проекции) обозначения контактов те же, что и на фиг. 2. Контакты друг от друга изолированы. Буквами Р обозначены рычаги ключей и переключателей, рычаги всех этих ключей и переключателей механически соединены между собой, что показано на фиг. 4, так что двигаются они все вместе. Рычаги на фиг. 4 (изображенные здесь в виде ш,еток) при движении могут находить то на одни контакты, то на другие (см. фиг. 5). Соединения контактов и рычагов с обмотками преобразователя ясны из фиг. 2.

С рычагами одним своим концом механически соединен стержень а (фиг. 4, 5), другой конец которого располагается над поверхностью ци-линдра б этот конец имеет выступ в, .помещающийся в прорези (канавке)

в стенке цилиндра. Выступ этот может быть выполнен в виде одного или двух роликов. На фиг. 6 изображена развернутая поверхность цилиндра, где ясно показана примерная форма прорези. При работе преобразователя стержень а совершает вращательное движение относительно цилиндра так, что выступ в стержня все время движется по прорези цилиндра. При этом могут быть два случая. В первом случае Г. М. преобразователя может быть выполнена так, ч го в ней якорь будет ротором, а индуктор - статором. Тогда в устройстве по фиг. 5 цилиндр будет оставаться неподвижным, а контактная часть, будучи механически скрепленной с якорем, будет вместе с ним вращаться вокруг оси якоря, и стержень а будет вращаться вокруг цилиндра (ось которого совпадает с осью якоря). Стержень и скрепленные с ним рычаги Р устроены так, что они относительно контактов могут двигаться только в продольном направлении (на фиг. 5 - сверху вниз и обратно). Во втором случае Г. М. может быть выполнена так, что в ней ротором будет индуктор, а статором - якорь. Тогда в этом устройстве вращаться будет цилиндр (который будет помещен на оси ротора), а контактная часть в целом будет неподвижна. Благодаря указанной (фиг. 6) форме прорези цилиндра стержень вместе с рычагами Р будет периодически то подаваться вперед, то оттягиваться назаа (на фиг. 5 то вверх, то вниз) и тем самым будет в нужные моменты производить переключения обмоток Г. М.

Из фиг. 4 видно, что при самом крайнем верхнем положении рычаги переключателей стоят на контактах, а рычаги ключей - на изоляторах (ключи разомкнуты); при движении рычагов вниз первые из них скользят по контактам, а вторые - по изоляторам, приближаясь к своим контактам, прячем контактное сопротивление первык рычагов не меняется до тех пор, пока вторые рычаги не дойдут до своих контактов. Как только вторые рычаги начнут находнть на контакты, первые рычаги (рычаги переключателей) начнут сходить со своих контактов, и когда рычаги ключей целиком взойдут на контакты, рычаги переключателей совсем сойдут со своих контактов. Далее рычаги переключателей некоторое время будут итти по изоляторам, а рычаги ключей-по контактам. Как только рычаги переключателей начнут всходить на нижние свои контакты, рычаги ключей начнут сходить со своих контактов, и к моменту полного восхождения первых рычагов на контакты, вторые рычаги полностью сойдут со своих контактов. Далее, рычаги пройдут еще несколько вперед (рычаги переключателей по контактам, а рычаги ключей - по изоляторам) настолько, чтобы между рычагами ключей и их контактами установилась достаточная изоляция.

В таком положении рычаги остаются некоторое время, а затем, в нужный момент начнут двигаться обратно.

Соединения рычагов с обмотками преобразователя могут происходить либо при помощи гибкого щнура либо путем трущегося контакта.

Точно таким же образом устроена и будет работать вторая группа ключей и переключателей, которая будет действовать от того же цилиндра, что и первая группа, только точка расположения выступа стержня в прорези (канавке) цилиндра будет другой, удаленной от первой на | окружности цилиндра (для машины на фиг. 1). Если, например, выступ одного стержня находится в точке А (фиг. 6), то выступ другого стержня будет находиться в точке Б. До сих пор рассматривался идеальный преобразователь, т. е. такой, в котором не имеется никаких потерь энергии; силы токов первичной и вторичной цепей такого преобразователя предполагались одинаковыми, но в действительном преобразователе будут иметь место потери энергии, и, следовательно, силы токов (приведенные) не будут равны, а это может вредно отражаться на ходе переключения обмоток.

Для избежания этих трудностей предлагается искусственно уравнивать токи первичной и вторичной цепей преобразователя путем вращения преобразователя отдельным добавочным двигателем; этот двигатель будет воспринимать на себя все потери преобразователя, влияющие на соотнощение токов в первичной и вторичной цепях его.

На фиг. 7 изображена схема преобразования с регулирующим двигателем. Здесь Г. М.- главная машина, С; И С - первичная и вторичная сети, Р. Д. регулирующий двигатель, сидящий на одном валу с Г. М, и представляющий собой обыкновенный щунтовой двигатель постоянного тока, Ф - обмотка возбуждения этого двигателя, R-реостат в цепи возбуждения Р. Д., Р. /7, - регулирующее приспособление, предназначенное для автоматического уравнивания токов первичной и вторичной цепей. Приспособление это сходно с Р. П. (регулирующим приспособлением), описанным выще. Оно также состоит из индуктора, возбуждение которого постоянно, и якоря, на котором намотаны (в отличие от Р. П. на фиг. 3) две обмотки, выполненные в виде рамок, с одинаковым числом ампер-витков. Одна из этих обмоток включена последовательно в первичную цепь преобразователя, а другая - во вторичную так, что токи в них направлены противоположно и противодействуют друг другу. Якорь этого Р. П. так же, как и якорь Р. П. на фиг. 3, не может вращаться кругом, а лищь поворачивается на некоторый угол. На его оси сидит рычаг К реостата R.

Действие этой схемы заключается в следующем.

Регулирующему двигателю устанавливается такое возбуждение, что токи,. (вообще говоря - приведенные токи) в первичной и вторичной цепях преобразователя устанавливаются равными; якорь Г. М. в этом случае никакого движущего момента не дает. Если теперь по какой-либо причине это равенство токов нарущилось, то в якоре Р. /7. возникнет

движущий момент, направленный в сторону действия большого тока; якорь начнет вращаться, а вместе с ним станет двигаться рычаг К по контактам реостата R; последнее обстоятельство вызовет соответствующее изменение величины тока в цепи возбуждения Я, Д., а это, в свою очередь приведет к тому, что токи в цепях Г. М. преобразователя начнут снова выравниваться (если, конечно, реостат установлен соответствующим образом). Движение якоря Р. П. будет продолжаться недолго - он только повернется на некоторый угол, пока токи в цепях Г. М. не уравняются, и вследствие этого не наступит равновесие во всей системе. Таким образом, регулировка токов в цепях Г. М. преобразователя будет производиться автоматически и с достаточной точностью.

Пуск в ход преобразователя будет производиться следующим образом. Сперва пускается в ход Р. Д. (регулирующий двигатель) и повыщается его скорость до тех пор, пока э. д. с., индуктирующаяся в первичной цепи преобразователя, не станет равной по величине напряжению первичной сети; достигнув такого момента, замыкается первичная цепь преобразователя; на этом период пуска преобразователя и заканчивается.

До сих пор рассматривался, так сказать, приведенный преобразователь, т. е. преобразователь с передаточным числом 1:1. В действительности, будет интересен преобразователь с вторичным напряжением, отличным от первичного.

На основании выщеописанного нетрудно построить и такой преобразователь. На фиг. 8 дана схема соединения обмоток Г. М. преобразователя с передаточным числом 1:2. Схема эта получается из схемы фиг. 2, если в последней каждую обмотку разделить на две одинаковые самостоятельные обмотки и сделать так, что в то время, как в одной цепи эти две отдельные обмотки (например, обмотки / и // - фиг. 8) соединены параллельно между собой, в другой цепи эти две обмотки (например, обмотки Я/ и IV) соединены последовательно между собой. /T.OI, /T.Oj, АГ.ОЗ... Л.Оз -соединенные последовательно с обмотками Г. М. обмотки Я. М.

Когда рычаги переключателей на фиг. 8 лежат на контактах /, 3, 5, 7, Я П, 13, 15, Г, 3, 5, 7, 9, 1Г, 13, 15, мы имеем, что обмотки / и //, а также обмотки V w. VI соединены между собой параллельно, а обе эти пары соединены последовательно между собой, а обмотки /// и /V, а также обмотки V// и V7// соединены между собой последовательно, и обе эти пары -тоже последовательно между собой. Когда настанет момент переключения, например, верхней группы обмоток, то для этого будет необходимо рычаги переключателей перевести на контакты 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 (рычаги нижней группы в это время остаются неподвижными); в результате этого переключения обмотки / и II будут соединены между собой последовательно и включены в правую цепь (высокого напряжения), а обмотки /// и IV соединятся между собой параллельно и включатся в левую цепь (низкого напряжения).

То же самое будет происходить и при переключении нижней группы обмоток.

Из всего выщеописанного нетрудно разобраться в том, как будет работать преобразователь с передаточным числом 1: 2.

На основе аналогичных рассуждений можно понять работу преобразователей и с другими передаточными числами, скажем, с передаточным числом 1 :8.

При этом надлежит только отметить следующее.

По мнению автора, преобразователь позволит применять довольно высокие напряжения постоянного тока, ибо в нем нет контактного устройства, подобного коллектору обыкновенных электрических мащин постоянного тока. Кроме того, он может быть построен так, что якорь Л М. будет являться статором; это обстоятельство дает возможность применить сравнительно большие напряжения.

в связи с этим возникает вопрос, как будет производиться регулировка токов в цепях Г. М. в случае высокого первичного напряжения. Установка в качестве Р. Д. двигателя постоянного тока с питанием его от первичной цепи- не всегда является удобной. В таком случае может быть применен любой двигатель с плавHbiivi регулированием скоростей.

Целесообразно также питать Р. Д. от вторичной сети.

На фиг. 9 дана схема такого преобразователя. Здесь Г. М,-главная машина, Р. Д. - регулирующий двигатель (другие вспомогательные устройства здесь не изображены). При работе преобразователя Р. Д. питается от вторичной сети. Пускается в ход преобразователь от постороннего источника Б постоянного тока (например, от батареи аккумуляторов), а когда он разовьет достаточное число оборотов, то Р. Д. переводится на питание от вторичной сети преобразователя.

Вместо применения для пуска преобразователя в ход батареи Б (или, вообще, источника постоянного тока) можно пуск его производить с помощью отдельного разгонного двигателя, который будет питаться, скажем, от имеющейся в распоряжении сети переменного тока. После завершения пуска такой двигатель может быть выключен.

Ранее указывалось, что обмотки якоря Г. М. преобразователя делятся на две группы. В то время, когда одна группа обмоток переключается, переключение другой группы не происходит; эта группа в этот момент развивает полное напряжение преобразователя. Однако отнюдь не обязательно, чтобы якорь Г. М. имел две группы обмоток - он может иметь и большее число групп, например, три (каждая группа тогда занимала бы одной своей стороной полюсного деления якоря). Это может быть предпринято, например, с целью увеличения ширины полюса.

Переключение обмоток в этом случае также будет происходить погруппно: пока переключается одна

группа, переключение других групп не производится - они в это время создают все напряжение машины; через определенный промежуток времени после переключения первой группы переключается вторая группа и т. д.

Следует отметить, что согласно фиг. 8 можно обойтись без ключей, а переключение обмоток осуществлять с помощью одних только переключателей, если только будет достигнута полная компенсация падения напряжения в обмотках (вместе с переключателями). Переключение тогда производилось путем простого перебрасывания рычагов переключателей с одних контактов на другие. Только переключатели в этом случае должны быть устроены так, чтобы рычаг каждого из них при переходе с одного своего контакта на другой все время сохранял одну и ту же площадь контакта с ними, т. е. рычаг переключателя должен иметь возможность в известные моменты находиться одновременно на обоих контактах, тогда как при переключении обмоток по ранее описанному способу (при участии ключей) рычаг переключателя не может находиться одновременно на обоих контактах.

В предлагаемом преобразователе может быть применен также принцип автотрансформатора.

На фиг. 10 изображена схема как бы „автотрансформатора постоянного тока предлагаемой системы. Схема эта соответствует передаточному числу 1:2. В ней четыре отдельные одинаковые между собой обмотки якоря преобразователя, разбивающиеся попарно на две группы (т. е. расположенные на якоре попарно в двух электрически взаимно перпендикулярных плоскостях), соединены последовательно между собой и их общая цепь выведена к зажимам А, А высокой стороны преобразователя. Обмотки соединены между собой так, что две средние обмотки /2 и 7/2 являются обмотками разных групп, а две соседние - с любого конца - обмотки являются, следовательно, обмотками одной и той же группы (обмотки /1 и л - обмоткн

одной группы, обмотки //J и 7/2 - обмотки другой группы). От общей цепи обмоток берутся отпайки к зажимам Ь, 1 низкой стороны преобразователя, которые заключают в себе две средние обмотки. Таким образом получаются две совмещенные между собой цепи преобразователя: цепь высокого напряжения, идущая от зажима А через все четыре обмотки к зажиму Л;, и цепь низкого напряжения, идущая от зажима Б, через две средние обмотки к зажиму Б. Распределение тока будет такое, как это на фиг. 10 показано стрелками: в высоковольтной цепи ток в два раза меньше, чем в низковольтной; в двух средних обмотках эти токи идут противоположно друг другу, и в результате получается, что токи во всех обмотках одинаковы по величине.

Переключение обмоток производится погруппно: сперва переключаются обмотки одной группы, потом, через, известный период, - обмотки другой группы. Переключение производится простым передвижением рычагов переключателей с одних контактов 1, 3 на другие 2, 4, причем рычаг переключателя может лежать одновременно на двух контактах. Здесь при переключении соверщенно не требуется компенсировать падение напряжения в обмотках.

Как видно, этот автотрансформатор имеет известные преимущества перед преобразователем по схеме на фиг. 8: во-первых, у него в два раза меньщая (общая) обмотка якоря, во-вторых ему не нужна К. М., в третьих, переключающее устройство у него гораздо проще, здесь оно состоит только из четырех переключателей, а на схеме фиг. 8 - из восьми переключателей (не считая еще восьми ключей, которые могут быть и не быть).

Все эти преимущества автотрансформатора делают его сравнительно более дешевым, удобным и экономичным в эксплоатации.

Обмотки автотрансформатора на фиг. 10 можно было бы соединить между собой и зажимами и несколько иначе, например, как на фиг. 11,

но тогда переключающее устройство получится более сложным, и здесь уже необходима будет К. М.

Исходя из всего выщеописанного, легко построить схему автотрансформатора и для случая, когда обмотки его разбиваются и на большее число групп, чем две, например, три.

Предлагаемый преобразователь (имеются в виду все его разновидности), по -анению автора, будет иметь существенные преимущества перед существующими в настоящее время преобразователями напряжения постоянного тока. Во-первых, его преимущество будет заключаться в большей простоте переключающего устройства в сравнении с коллектором (который присущ существующим преобразователям). Переключающее устройство в предлагаемом преобразователе не будет являться столь капризной частью, какой является коллектор; изнашивание его будет несравненно меньше изнащивания коллекторов и щеток в существующих преобразователях; во-вторых, стоимость такого преобразователя, по мнению автора, будет значительно меньше стоимости преобразователя какого-утибо существующего типа (например, мотор-генератора); в третьих, предлагаемый преобразователь позволит пользоваться значительно большими напряжениями, нежели это возможно при существующих преобразователях (и вообще, при существующем положении техники постоянного тока); с этой точки зрения предлагаемый преобразователь, возможно, разрешит в той или иной мере проблему П0v yчeния постоянного тока высоких напряжений, проблему трансформации этого тока, проблему передачи электроэнергии постоянным током.

Автоматическое выравнивание компенсирующей э. д. с. (индуктируемой в обмотках К. Л1)с падением напряжения в обмотке якоря главной машины вместе с соединенной с ней обмоткой К. М. и ключом можно осуществить и иначе по схеме фиг. 3. Такую автоматическую регулировку можно устроить п по схеме фиг. 12.

На фиг. 12 имеются следующие обозначения: Г.М. - глактяня машина; Л. М. - компенсирующая машина; Ф- обмотка возбуждения К. М.; щ - щетки на коллекторе К. М.; Р. П.- регулирующий прибор, который по своему устройству соверщенно подобен Р. П. на фиг. 7. Одна обмотка его якоря включена последовательно в общую цепь преобразователя (принципиально все равно в какую - в первичную или вторичную), а концы другой соединены со щетками коллектора К. М. Здесь К. М. отличается от К. М. на фиг. 3 постольку, поскольку автоматическая регулировка компенсирующей э. д. с. отличается от таковой в схеме фиг, 3. Согласно фиг. 12 К. М. в отличие от К. М. на фиг. 3 имеет только одну обмотку возбуждения, которая включается параллельно в одну из общих цепей преобразователя (при этом принципиально все равно в какую- в первичную или вторичную). В цепь этой обмотки включается реостат R регулирующего прибора Р. П. Якорь К. М. на фиг. 12 кроме той обмотки, какая имеется и у якоря К. М. на фиг. 3, имеет еще обмотку постоянного тока, выполненную как у обычных машин постоянного тока и выведенную к коллектору. Cj и С-, на фиг. 12 - первичная и вторичная сети преобразователя.

Действие этой схемы заключается в следующем.

Р. П. здесь так же, как и Р. П. на фиг. 7, действует так, что при каждом изменении силы тока в общей цепи преобразователя, благодаря следующему за этим изменением передвижению рычага Р по контактам реостата соответствующим образом изменяется возбуждение К, М. до тех пор, пока токи в обеих обмотках якоря Р. П. не станут соответствующими друг другу. Так как падение напряжения в отдельной обмотке якоря Г. М. вместе с соединенной с ней отдельной обмоткой К. М. и ключом пропорционально силе тока в общей цепи преобразователя, компенсирующая э. д. с., индз ктирующаяся в отдельной обмотке якоря К. М., пропорциональна силе тока в цепи коллекторной обмотки К. М,, то очевидно, что эту схему можно так отрегулировать,, что всегда компенсирующая э. д. с. автоматически будет устанавливаться равной падению напряжения в отдельной обмотке Г. М. преобразователя вместе с присоединенной к ней отдельной обмоткой К. М. и ключом. Отрегулирование это будет достигаться, во-первых, правильным расчетом всего устройства, а во-вторых,- путем изменения сопротивления цепи коллекторной обмотки Л. Ж.

Предмет изобретения.

1. Одноякорный бесколлекторный преобразователь постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (при коэфициенте трансформации 1:п, где д - целое число), имеющий на якоре первичные и вторичные электрические цепи и коммутирующие переключатели для отдельных обмоток, составляющих коммутируемую цепь, отличающийся тем, что первичная и вторичная цепи разбиты на несколько отдельных обмоток, разделенных на одинаковое число групп, занимающих свой сектор якоря, таким образом, чтобы все обмотки одной и той же группы располагались в одном и том же секторе якоря и включались - половина обмоток каждой группы в первичную цепь параллельно между собою, а вторая половина - во вторичную цепь последовательно между собой, с той целью, чтобы при работе преобразователя при посредстве переключателей производились периодические погруппные переключения обмоток из одной цепи в другую, так чтобы направление тока в обмотке в результате переключения оставалось неизменным.

2. При преобразоьателе по п. 1 применение компенсирующей мащины, механически связанной с преобразователем, имеющей, подобно якорю преобразователя, такое же количество обмоток, включенных последовательно с якорными обмотками

преобразователя, и снабженной регулирующим приспособлением для автоматической регулировки компенсации падения напряжения в переключаемых обмотках преобразователя, состоящим, во-первых, из поворотного между постоянными магнитами якоря в виде рамки, включенной последовательно в первичную или вторичную цепь преобразователя, во-вторых, пружины, противодействующей отклонению якоря с силой, возрастающей пропорционально отклонению якоря, и в третьих, регулирующего реостата в цепи добавочной обмотки возбуждения компенсирующей мащины.

3. При преобразователе по п. 1 применение добавочного двигателя, механически связанного с преобразователем, для автоматического выравнивания токов в обмотках последнего при посредстве регулирующего приспособления, состоящего из поворотного между постоянными

магнитами якоря в виде двух рамок, включенных последовательно в первичную и вторичную цепи преобразователя, и регулирующего реостата в цепи возбуждения добавочного двигателя.

4.При преобразователе по п. 1 выполнение первичной и вторичной цепей по принципу автотрансформатора.

5.При преобразователе по гь 1 выполнение якоря вращающимся, а индукторов - неподвижными или наоборот.

6.При преобразователе по п. 2 применение приспособления для компенсирующей машины, в котором якорь снабжен двумя с одинаковым числом ампервитков обмотками, одна из которых включена последовательно в первичную или вторичную цепь преобразователя, а вторая питается от коллектора добавочной обмотки постоянного тока, уложенной на якоре компенсирующей машины. к авторскому свидетельству Г. № 56943 Т. Васильева

фиг 1

фиг.2

/тГТ

лу

/7 7

//, /J

i//;A.

/7, /5

/5

фиГ.З Q-f4--.-

i 4i 4 А

до 1 Г|( а /j S в р

1 о о V 6

ri

/f

гУ«

к авторскому свидетельству Г.

H

фиг .12 56943

фиг 5

фиг.б Т. Васильева

00

« с -со

хо

0$

М Ф Л

ч

о со

CQ

DO

- W Н О

CD ЕЙ О

ч:

1-4 (

pq о

1

и о

( о

Н pq ей

й