Russian Arabic English French German Hungarian Japanese Romanian Turkish Ukrainian

Метод управления электромагнитным двигателем

 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК

МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 401520 ОТ 16 АПРЕЛЯ 1889 Г. ЗАЯВКА ОТ 18 ФЕВРАЛЯ 1889 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 300220 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

Я, Никола Тесла, подданный Австрийской империи, родившийся в Смилянах Лики (провинция Австро-Венгрии), в настоящее время проживающий в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк, изобрел новые и полезные усовершенствования в методе управления электромагнитными двигателями, описание которых со ссылками на прилагающиеся чертежи приводится ниже.

Хорошо известно, что некоторые типы машин переменного тока при подключении к генератору переменного тока приобретают способность работать в качестве двигателя синхронно с генератором; но переменный ток будет приводить двигатель в движение лишь после достижения им скорости, синхронной скорости генератора, но не запустит его. Поэтому вплоть до настоящего времени во всех случаях, когда запускались так называемые синхронные двигатели, применялись определенные методы, способствующие полной или приблизительной синхронизации двигателя с генератором, прежде чем от генератора подавался переменный ток для их вращения. В некоторых случаях для этой цели использовались механические устройства. В других — конструировались особые, усложненные типы двигателей. Я открыл более простой метод, то есть схему включения синхронных двигателей, которая фактически не требует иных механизмов, кроме самого двигателя. Иными словами, посредством некоторых изменений в коммутации цепи двигателя я по своему усмотрению преобразую его из двухконтурного двигателя, описанного мной в предшествующих патентах и заявках и запускаемого переменным током, в синхронный двигатель, запускаемый генератором лишь в том случае, когда он достигает определенной скорости вращения, синхронной скорости вращения генератора. Таким образом я приобрел возможность значительно расширить применение своей системы и сохранить все преимущества обоих типов двигателей переменного тока.

Выражение «синхронизированной со скоростью генератора» используется здесь в своем обычном значении: подразумевается, что двигатель синхронизируется с генератором, сохраняя определенную относительную скорость, определяемую числом его полюсов и числом их изменений за один оборот генератора. Поэтому его действительная скорость может быть больше или меньше скорости генератора; но он считается синхронизированным до тех пор, пока сохраняет ту же относительную скорость.

Для реализации своего изобретения я строю двигатель с отчетливой тенденцией к синхронизации с работой генератора. Предпочтительная конструкция: якорь с полюсными наконечниками, индукторы с двумя группами обмотки, выводы которой соединены с переключателем, посредством которого общий ток можно направить прямо через обмотки или в обход по контурам, модифицирующим его фазы.

Чтобы запустить такой двигатель, переключатель передвигается к группе контактов, включающих в одной цепи балластный резистор, во второй — индуктивность, а поскольку обе цепи разветвляются, то очевидно, что различие в фазе тока в таких цепях вызовет вращение двигателя. Когда скорость двигателя таким способом достигает требуемой величины, переключатель сдвигается, чтобы основной ток протекал непосредственно по цепям двигателя, и, хотя токи в обеих цепях будут теперь в одной фазе, двигатель продолжит вращение, став настоящим синхронным двигателем. Для большей эффективности я наматываю на якорь или его полюсные наконечники обмотки, замкнутые на себя. У этого метода есть различные модификации; но основной принцип изобретения можно понять из сказанного выше.

На иллюстрациях схематично представлены основные особенности конструкции и принципы ее работы: на рисунке 1 показаны детали вышеописанной конструкции, а на рисунках 2 и 3 — ее модификации.

Обратимся к рисунку 1: пусть Л — индукторы двигателя, полюсные наконечники которых имеют обмотки ВС, включенные в независимые цепи, а И — якорь с полюсными наконечниками, несущими замкнутые на себя обмотки Е, причем двигатель в этом плане схож конструкцией с двигателями, описанными в моем патенте № 382279 от 1 мая 1888 г., но благодаря наличию полюсных наконечников на сердечнике якоря или других подобных и известных особенностей обладает свойствами синхронного двигателя.

ЬЬ' — линия от генератора переменного тока С. Рядом с двигателем расположен переключатель, действие которого соответствует действию переключателя на иллюстрациях, его конструкция такова: FF' — две проводящие пластины или рычаги, смонтированные у концов и соединенные изолирующей поперечиной Н так, что двигаются параллельно друг другу. На траектории пластин ^7*" находится контакт 2, образующий один вывод цепи обмоток С, и контакт 4, являющийся одной клеммой цепи обмоток В. Противоположный конец витков обмоток С соединен с проводником Ь или пластиной F', а соответствующий конец обмоток В соединен с проводником Ь' и пластиной Р, следовательно, если пластины сдвинуть так, чтобы они находились на контактах 2 и

4,                     то обе группы обмоток ВС будут включены в цепь ЬЬ' параллельно или через ответвление. На траектории рычагов FF, также находятся два других контактных вывода 1 и 3. Контакт 1 соединен с контактом 2 посредством резистора I, а контакт 3 с контактом 4 обмоткой индуктивности У, поэтому, когда рычаги переключателя сдвинутся в точки 1 и 3, цепи обмоток В и С окажутся соединены с цепью ЬЬ' последовательно или в ответвлении и будут включать резистор и обмотку индуктивности соответственно. Третья позиция переключателя — рычаги FF, теряют контакт с обеими парами точек. В этом случае двигатель полностью выключен из цепи.

Цель и способ управления двигателем при помощи этих устройств таковы: когда двигатель выключен из цепи, обычная позиция переключателя — вне точек контакта. Предположим, что генератор работает и необходимо запустить двигатель, тогда переключатель сдвигается, пока его рычаги не окажутся на точках 1 и 3. Таким образом два контура двигателя оказываются соединены с контурами генератора, однако из- за наличия резистора / в одном контуре и обмотки У в другом фазы тока разошлись достаточно, чтобы вызвать движение полюсов и привести двигатель во вращение. Когда скорость двигателя хотя бы приблизительно синхронизировалась со скоростью генератора, переключатель перемещается к точкам 2 и 4, выключая тем самым обмотки / и У, так что токи в обеих цепях имеют одинаковую фазу; но двигатель теперь работает как синхронный, а это, как известно, является действенным способом преобразования и передачи энергии.

Очевидно, что двигатель, когда его приводят во вращение, будет работать только с одной из цепей В или С, соединенных с главной цепью, или же обе цепи могут быть соединены последовательно. Последняя схема предпочтительна, когда для вращения двигателя используется ток с большим числом колебаний за единицу времени. В этом случае запустить двигатель сложнее, а активное и индукционное сопротивление поглощает значительную часть эдс цепей. Обычно я создаю такие условия, чтобы эдс, развиваемая в каждой из цепей двигателя, равнялась требуемой для работы двигателя при последовательном соединении его контуров. Используемая мной в таких случаях схема представлена на рисунке 2. Здесь двигатель имеет 12 полюсов, а якорь — полюсные наконечники £) с замкнутой обмоткой Е. Используемый переключатель имеет в общем ту же конструкцию, что и изображенный на предыдущей иллюстрации. Здесь у него, однако, 5 контактов, которые я обозначил цифрами 5, 6, 7, 8 и 9. Цепи двигателя ВС, включающие знакопеременные обмотки, соединены с выводами в следующем порядке: один конец цепи С соединен с контактами 9 и 5 через балластный резистор /. Один конец цепи В соединен с контактами 7 и 6 через катушку индуктивности J. Противоположные выводы обеих цепей соединены с контактом 8.

Один из рычагов, например переключателя, имеет удлинение Д или, иными словами, выполнен так, чтобы касаться обоих контактов 5 и 6, когда он приводится в положение для запуска двигателя. Отметим, что в этой позиции и с рычагом Т7' на контакте 8 ток разветвляется между двумя цепями ВС, которые вследствие различия в электрических характеристиках вызывают движение полюсов, что и приводит двигатель во вращение. Как только двигатель достигает собственной скорости, переключатель сдвигается так, чтобы рычаги касались контактов 7 и 9, соответственно, тем самым соединяя цепи В и С последовательно. Я обнаружил, что подобная схема поддерживает синхронное вращение двигателя и генератора. Такой принцип работы, заключающийся в преобразовании посредством смены контактов или иным способом двухконтурного двигателя или двигателя, действующего за счет последовательного движения полюсов, в обычный синхронный двигатель, может быть реализован и иными способами. К примеру, чтобы запустить двигатель, я вместо переключателя, изображенного на предшествующих иллюстрациях, могу использовать временную цепь заземления между генератором и двигателем, приблизительно так, как это представлено на рисунке 3.

Пусть С — обычный генератор переменного тока, например, с двумя полюсами ММ' и якорем с двумя обмотками Л/ЛГ, расположенными под прямыми углами и соединенными последовательно. Четыре полюса двигателя, например, имеют соединенные последовательно обмотки ВС и якорь с полюсными наконечниками D, на которых намотаны замкнутые на себя обмотки ЕЕ. Общая точка соединения цепей генератора и двигателя заземляется, в то время как выводы или концы названных цепей соединены с общей цепью. Предположив, что двигатель синхронный или обладающий способностью работать синхронно с генератором, но не запускается, он может быть запущен вышеописанным устройством путем заземления и генератора, и двигателя. Таким образом система становится системой с двухконтурными генератором и двигателем, а земля образует общий возвратный контур для токов в цепях £и£'. Когда благодаря такому устройству контуров двигатель приводится в движение, цепь между землей, с одной стороны, и двигателем или генератором или обоими, с другой, размыкается посредством переключателей РР'. После чего двигатель работает как синхронный.

При описании основных особенностей моего изобретения я опустил иллюстрации устройств, используемых в соединении с электрическими приборами или подобными системами, такими, например, как приводные ремни, неподвижные и холостые шкивы для двигателя, и т.д., но это всё давно известно.

Описывая свое изобретение при помощи отсылок к конкретным конструкциям, мне бы не хотелось, чтобы сложилось мнение, будто я ограничиваюсь представленными конструкциями; в объяснение моего изобретения добавлю, что в типы устройств, представленные на рисунках 1 и 2, я могу включить балластный резистор и катушку индуктивности, что различными путями продемонстрировано в заявке № 293052 от 8 декабря 1886 г. Также можно использовать переключатель любого типа, как ручной, так и автоматический, и достигать требуемого изменения контактов его перестановкой, а для необходимого различия фаз в двух контурах двигателя при запуске пользуюсь любым известным методом.

Я полагаю, что первым предложил управление электромагнитными двигателями переменными токами любым из описанных здесь способов, то есть вызывая переменным током непрерывное движение или вращение полюсов или точек наибольшего магнитного притяжения двигателей до тех пор, пока они не достигли заданной скорости, а затем обеспечивая простое чередование их полюсов теми же токами: иными словами, для описанной цели изменяю порядок или характер контактов для преобразования двигателя, основанного на одном принципе, в двигатель, основанный на другом.

Я не отношу к формуле изобретения сам метод управления двигателем, составляющий часть этого изобретения и включающий принцип изменения или модификации токов, пропускаемых по возбуждающим контурам для того, чтобы между ними возникла разность фаз, поскольку всё это описано мной в других заявках, но оставляю за собой право на изложенный здесь метод в широком смысле.

Формула изобретения:

  1. Вышеописанный метод приведения в действие двигателя переменного тока посредством, во-первых, движения или вращения полюсов или точек наибольшего притяжения, а затем, по достижении двигателем заданной скорости, перемены названных полюсов.
  2. Вышеописанный метод приведения в действие электромагнитного двигателя, заключающийся в пропускании по независимым силовым цепям двигателя независимых токов, различающихся по фазе, а затем, по достижении двигателем заданной скорости, перемены токов, совпадающих по фазе.
  3. Вышеописанный метод приведения в действие электромагнитного двигателя, заключающийся в пуске двигателя посредством пропускания переменных токов, различающихся фазой, по независимым обмоткам, а затем, по достижении двигателем заданной скорости, последовательном подключении обмоток и пропускании по ним переменного тока.
  4. Метод приведения в действие электромагнитного двигателя, заключающийся в пропускании переменного тока по независимым обмоткам двигателя и подключении к ним резистора и катушки индуктивности, что позволяет получить различие в фазах между токами в этих цепях, а затем, когда скорость двигателя синхронизируется со скоростью генератора, удалении резистора и катушки индуктивности.

Никола Тесла.

Свидетели: Дж. Н. Монро, У.Г. Лемон.

Н.ТЕСЛА МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ № 401520        16 АПРЕЛЯ 1889 Г.

Метод управления электромагнитным двигателем

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика