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旋转电流电机的调节器

  尼古拉·特斯拉的发明、研究和著作(7)
  作者:托马斯·科默福德·马丁

  第7章 旋转电流电机的调节器
  特斯拉先生为了改变多相电机的速度,设计了一种有趣的调节和逆转装置。它由一种转换器或变压器组成,其中一个元件能够相对于另一个元件移动,从而可以通过手动或自动方式改变电感关系,以改变感应电流的强度。特斯拉先生更倾向于以这样的方式建造这种装置,即感应或次级元件可以相对于另一个元件移动;而本发明,就仅仅与装置本身的构造有关而言,主要包括与两个相对的磁极相结合,用绝缘线圈缠绕电枢并安装在一个轴上,从而可以在磁极产生的磁场内转动到所需的程度。次级元件的铁芯的正常位置是它最完全地关闭了初级元件两极之间的磁路,在这个位置上,它的线圈处于对初级线圈的感应作用最有效的位置;但如果把可移动的铁芯转向任何一边,它的线圈输送的感应电流就会变弱,直到上述铁芯和线圈移动90°,就不会有电流输送。
  图34是调节器的侧立视图。图35是图34中x x线上的断面图。图36是一个示意图,说明将调节器应用于普通形式的电机的最方便方式,图37是一个类似的示意图,说明将该装置应用于特斯拉交流电机。稳压器可以用多种方式来确保所需的结果;但图34和35中显示的可能是其最佳形式。
  A代表一个铁制框架。D是一个安装在侧杆上的轴D',上面固定着一个截面铁芯E,缠绕着一个感应线圈或次级线圈F,其旋涡与轴的轴线平行。铁芯的两端是圆形的,以便紧紧地贴在两极之间的空间里,并允许铁芯E转到任何需要的地方并保持住。为此提供了一个手柄G,固定在轴D的突出端。
图34、图35
  在图36中,让H代表一个普通的交流发电机,它的电场磁铁由一个合适的电流源I激发。让J代表一个普通形式的电磁马达,它有一个电枢K,换向器L和电场磁铁M。众所周知,这样的电机,如果其电枢磁芯被分成绝缘的部分,实际上可以用交流电来操作;但在对这样的电机使用这种调节器时,特斯拉先生只将电机的一个元件 - 比如电枢线圈 - 纳入发电机的主电路,以通常的方式通过电刷和换向器进行连接。他还将调节器的一个元件 - 例如固定线圈 - 放在同一电路中,在与调节器的次级或可动线圈的电路中,他将电机的磁场线圈连接起来。他还倾向于使用弹性导体来连接调节器的次级线圈,因为他因此避免了使用滑动触点或环,而不影响铁芯E的必要运动。
  如果调节器处于正常位置,或其磁路最接近关闭的位置,它就会提供最大的感应电流,其相位与主电流的相位如此一致,以至于电机的运行就像电场和电枢都被主电流激发一样。
图36
  为了改变电机的速度,使其在最低和最高速度之间的任何速度,铁芯E和线圈F向任何一个方向转动,以产生所需的结果,因为在其正常位置,线圈F的旋涡包含了最大数量的力线,所有这些都对线圈产生相同的影响;因此,它将提供最大的电流;但通过将线圈F从其最大效应的位置上转出,它所包含的力线数量减少了。因此,电感效应受到影响,线圈F发出的电流将继续减少,与线圈F转动的角度成正比,直到通过一个90度的角度后,线圈的回旋将与线圈C C成直角,电感效应降至最低。
  在某些结构中,其他原因可能会影响到感应电流强度的变化。例如,在本例中,我们可以看到,在线圈F的第一次运动中,它的某些部分被带出了力线的直接影响范围,而力线的磁路或电路被破坏了;因此,感应电流会减少。其次,在通过一定的角度(这显然是由线轴或线圈F的相对尺寸决定的)后,线圈的对角线部分将同时包括在磁场中,但在这样的位置上,在线圈的一个部分沿某一方向产生电流脉冲的力线将在对角线相反的部分产生相反方向的相应脉冲;因此电流的部分将彼此中和。
  如前所述,该装置的机械结构可以有很大的变化;但该原理的基本条件将在任何装置中得到满足,在这些装置中,元件相对于彼此的运动通过改变两个元件的感应关系,以类似于所述的方式,产生相同的结果。
图37
  还可以说,铁芯E对于调节器的运行并不是必不可少的;但它的存在显然是有益的。然而,这个调节器还有一个宝贵的特性,那就是它能使电机反转,因为如果线圈F被转过半圈,它的卷轴相对于两个线圈C C和力线的位置就会反过来,因此电流的相位也会反过来。这将使电机产生一个相反方向的旋转。这种形式的调节器也非常适用于特斯拉先生的交流电流应用系统,在该系统中,通过对独立电路中的磁化线圈的磁场的综合影响,电机的磁极被逐步转移,这些线圈按照适当的顺序和相互关系通过交流电流。
  在图37中,让P代表一个特斯拉发电机,它的电枢上有两个独立的线圈P'和P'',而T是一个电动机的图,它有两个独立的通电线圈或一组线圈R R'。来自发电机的一个电路,如S'S',包括电机的一组通电线圈R'R',而另一个电路,如S S,包括调节器的初级线圈。调节器的次级线圈包括电机的其他线圈,R R。
  当调节器的次级线圈处于正常位置时,它会产生最大的电流,并将最大的旋转效应传给电机;但这种效应会随着调节器的线圈F转动的角度而减弱。通过扭转线圈相对于线圈C C的位置,电机也将被逆转,从而使发电机产生的电流的相位逆转。这就改变了电枢所遵循的移位极的运动方向。
  这种调节方式的主要优点之一是它的功率经济性。当感应线圈产生最大电流时,初级线圈中的最大能量被吸收;但当感应线圈从其正常位置转动时,初级线圈的自我感应减少了能量的消耗并节省了功率。
  显然,在实践中,线圈C C或线圈F都可以用作初级或次级,而且可以很好地理解,它们的相对比例可以改变,以产生任何所需的诱导电流和感应电流的差异或相似性。

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