电子博客LOGO 电子博客
首页 关于
广告1

自启动同步电机

  尼古拉·特斯拉的发明、研究和著作(8)
  作者:托马斯·科默福德·马丁

  第8章 自启动同步电机
  在前几章中,我们牢记广泛的基本原则,考虑了一类独特的电机,即需要一个能够产生不同相位电流的特殊发电机来运行。当然,特斯拉先生认识到在普通配电系统中使用他的电机是可取的,因此他致力于发明各种方法和途径来实现这一目标的任务。因此,在接下来的章节中,我们看到了与这一重要工作分支有关的一些想法的演变。对于一个细心的读者来说,从这里和那里遇到的一些提示中可以看出,即使是后面这些章节中描述的发明,也不代表在这些方面所做工作的全部范围。事实上,它们可以被看作是一些例子。
  我们将按照我们认为最有助于大多数读者理解这一主题的顺序来介绍这些不同的发明。人们会自然而然地意识到,在这种性质的一系列想法中,有些步骤或环节是缺失的,因此描述并不完全是按顺序进行的;但任何一个人只要仔细遵循现在汇集在一起的想法的主要方向,就会发现可以获得对这些原则的满意理解。
  众所周知,某些形式的交流电机具有这样的特性,当与交流发电机连接在一起时,可以作为电机与之同步运行;但是,虽然交流电可以使电机在达到与发电机同步的速度后运行,但却不能启动它。因此,在迄今为止所有运行这些被称为 "同步电机 "的情况下,在发电机的交流电用于驱动电机之前,都会采用一些方法使电机达到或接近与发电机同步的状态。在某些情况下,机械装置被用于这一目的。在其他情况下,已经建造了特殊和复杂形式的电机。特斯拉先生发现了一种更简单的操作同步电动机的方法或计划,除了电动机本身外,几乎不需要其他设备。换句话说,通过对电机电路连接的某种改变,他可以随意将其从双电路电机,或已经描述过的那种在交流电作用下启动的电机,转换为同步电机,或只有在其达到与发电机同步的某种转速时才由发电机运行的电机。通过这种方式,他能够极大地扩展其系统的应用,并确保两种形式的交流电机的所有优点。
  在这里,"与发电机同步 "这一表述是按其通常的含义使用的 - 也就是说,当电机保持一定的相对速度时,它就被称为与发电机同步,该速度由其极数和发电机每转产生的交流次数决定。因此,它的实际速度可能比发电机的速度快或慢;但只要它保持相同的相对速度,就可以说它是同步的。
  在实施这项发明时,特斯拉先生建造了一个具有强烈的与发电机同步趋势的电机。首选的结构是电枢上有极性凸起。电场磁铁上绕有两组线圈,其端子连接到一个开关机构,通过该机构,线路电流可以直接通过这些线圈或间接通过改变其相位的路径进行传输。为了启动这样的电机,开关被打开到一组触点上,其中包括一个电机电路中的纯电阻,另一个电路中的电感电阻,这两个电路是衍生的,很明显,在这些电路中的电流相位的差异将引起电机的旋转。当电机的速度达到所需的速度时,开关就会转向,使主电流直接通过电机电路,尽管现在两个电路中的电流相位相同,但电机将继续旋转,成为一个真正的同步电机。为了确保更高的效率,电枢或其极性凸起被绕上了自身封闭的线圈。在附图中,图38说明了上述计划的细节,图39和40则是对其进行的修改。
图38、图39、图40
  参照图38,让A代表电机的电场磁铁,其极性凸起与线圈B C包括在独立的电路中,D代表电枢,其极性凸起与线圈E闭合在一起,在这些方面,电机的结构与已经描述的类似,但由于电枢铁芯上的极性凸起,或其他类似和众所周知的特征,具有同步电机的特性。L L'代表来自交流发电机G的线路导体。
  在电机附近有一个开关,其作用与图中所示的一样,其构造如下。F F'是两个导电板或臂,在它们的两端转动,并由一个绝缘横杆H连接,以便在平行状态下移位。在杆F F'的路径上是触点2,它构成了通过线圈C的电路的一个端子,以及触点4,它是通过线圈B的电路的一个端子。线圈C的电线的另一端与电线L或杆F'相连,而线圈B的相应端与电线L'和杆F相连;因此,如果杆移位,以便承受触点2和4,两组线圈B C将被包括在电路L L' 中。在杠杆F F'的路径上,还有两个接触端子1和3。触点1通过一个电阻I与触点2相连,触点3通过一个自感线圈J与触点4相连,因此,当开关杠杆在1和3点上移动时,线圈B和C的电路将以多弧方式与电路L L'相连,并且将分别包括电阻和自感线圈。开关的第三个位置是杠杆F和F'脱离与两组点的接触。在这种情况下,电机就完全脱离了电路。
  通过这些装置操作电机的目的和方式如下:开关的正常位置是在电机断电的情况下,位于接触点的上方。假设发电机正在运行,并且希望启动电机,那么开关就会移动,直到其杠杆停留在1和3点上。两个电机电路就这样与发电机电路相连;但由于一个电路中存在电阻I,另一个电路中存在自感线圈J,电流的相位重合受到干扰,从而产生了极点的递增,使电机开始旋转。当电机的速度达到与发电机同步,或接近同步时,开关在2和4点上移位,从而切断线圈I和J,使两个电路中的电流具有相同的相位;但电机现在作为一个同步电机运行。
  可以理解的是,当达到速度时,电机将只在B或C电路中的一个与主电路或发电机电路相连的情况下运行,或者这两个电路可以串联起来。当采用每单位时间内交变次数较多的电流来驱动电机时,后一种方案更为可取。在这种情况下,电机的启动更加困难,纯电阻和电感电阻必须占用电路中相当大的电动势。一般来说,条件是这样调整的,在每个电机电路中使用的电动势是在电机电路串联时需要的。在这种情况下,所遵循的计划如图39所示。在这种情况下,电机有12个极,电枢有极性凸起D和闭合线圈E缠绕。但是,有五个触点,分别为5、6、7、8和9。电机电路B C,包括交替的屏蔽线圈,按以下顺序连接到端子。电路C的一端与触点9相连,并通过一个纯电阻I与触点5相连;电路B的一端与触点7相连,并通过一个自感线圈J与触点6相连。
  开关的一个杠杆,如F,是用一个延长线或其他方式做成的,以便在移到启动电机的位置时覆盖两个触点5和6。可以看到,在这个位置上,当杠杆F'放在触点8上时,电流在两个电路B C之间分配,由于它们在电气特性上的差异,产生了一个极点的进展,启动了电机的旋转。当电机达到适当的速度时,开关被移开,使杠杆覆盖触点7和9,从而将电路B和C串联起来。人们发现,通过这种处理方式,电机可以保持与发电机同步旋转。这一工作原理,即通过改变连接方式或其他方式将双电路电机,或通过渐进式移动磁极运行的电机转换成普通的同步电机,可以用许多其他方式进行。例如,我们可以在发电机和电动机之间使用一个临时的接地电路,以启动电动机,而不是使用前面图中所示的开关,其方式大致如图40所示。让图中的G代表一个普通的交流发电机,比如有两个极,M M',电枢绕有两个线圈,N N',成直角并串联在一起。例如,电机有四个极,用线圈B C串联起来,电枢有极性凸起D,用闭合线圈E E串联起来。从发电机和电机的两个电路之间的共同连接点或联合点,建立了接地连接,而这些电路的端子或末端连接到线路上。假设电机是一个同步电机,或者一个有能力与发电机同步运行,但不能启动的电机,它可以通过上述装置关闭发电机和电机的接地连接来启动。这样,系统就变成了一个双电路的发电机和电机,地线形成了两个电路L和L'中电流的共同回流。当通过这样的电路安排使电机达到速度时,电机或发电机或两者之间的接地连接被断开,接地开关P P'被用于此目的。然后电机作为一个同步电机运行。
  在描述构成本发明的主要特征时,必须省略与类似系统的电气装置一起使用的器具,例如,驱动皮带、用于电机的固定和松动滑轮等;但这些都是人们所熟知的事项。
  特斯拉先生认为,他是第一个以本文所述的任何方式通过交变电流操作电磁马达的人 - 也就是说,通过交变电流使其磁极或最大磁吸力点产生渐进式运动或旋转,直到达到一定的速度,然后再通过相同的电流使其磁极产生简单的交变,或者说,通过改变电路连接的顺序或特性,将按一种原理操作的马达转换为按另一种原理操作的。

广告2
©2022至今 电子博客版权所有