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从扭矩到同步电机的另一种转换方法

  尼古拉·特斯拉的发明、研究和著作(11)
  作者:托马斯·科默福德·马丁

  第11章 从扭矩到同步电机的另一种转换方法
  在前一章中,我们描述了一种方法,特斯拉先生通过这种方法完成了他的旋转磁场电机从扭矩到同步电机的转变。正如我们所看到的,通过在适当的时候改变电路连接,就能达到预期的目的。现在我们将介绍另一种实现相同结果的方法。这种方法的原理如下:
  如果交流电流仅通过具有两个不同自感的励磁电路的电动机的励磁线圈并将电枢线圈短路,则电动机将具有很强的转矩,但很少或没有与发电机同步的趋势 ; 但是,如果激励磁场的相同电流也通过电枢线圈,则保持同步的趋势会大大增加。 这是因为磁场和电枢中产生的最大磁效应更接近重合。 根据这个原理,特斯拉先生构造了一个具有不同自感的独立场电路的电动机,这些场电路与交流电源相连。电枢上绕有一个或多个线圈,这些线圈通过接触环和电刷与励磁线圈相连,在电枢线圈周围安排了一个分流装置,用于打开或关闭该装置。在启动该电机时,电枢线圈周围的分流器闭合,因此处于闭合电路中。当电流通过电机时,它在两个电路之间分流(没有必要考虑使用两个以上的电路的情况),由于它们不同的自感,确保两个分支中的两个电流之间的相位不一致,从而产生极点的移动或旋转。通过电流的交替,其他电流在闭合或短路的电枢线圈中被感应出来,并且电机有强大的扭矩。当达到所需速度时,电枢线圈周围的分流器被断开,电流通过电枢和励磁线圈。在这些条件下,电机有很强的同步化趋势。
图49、图50、图51
  在图49中,A和B是指电机的磁场线圈。由于包括这些线圈在内的电路具有不同的自感,因此在A的电路中用一个电阻线圈R表示,在B的电路中用一个自感线圈S表示,当然也可以通过线圈的绕组获得相同的结果。C是电枢电路,其端子是a b环。电刷c d承载在这些环上,与线路和现场电路连接。D是电枢周围的分流或短路电路。E是分流器中的开关。
  我们可以看到,在图49所示的布局中,磁场电路A和B是不同的自感,其中一个的电流总是比另一个滞后,而且,一般来说,电枢相位不会与任何一个对应,而是与两者的结果对应。因此,在电枢绕组中遵守适当的规则是很重要的。例如,如果电机有八个极 - 每个回路四个 - 将产生四个极,因此电枢绕组应产生四个极,以构成一个真正的同步电机。
图52
  图50与前一个图的区别仅在于连接的顺序。在这种情况下,电枢线圈不是与磁场线圈串联,而是与磁场线圈成多弧形。电枢绕组可以与磁场的绕组类似,也就是说,电枢可以有两个或更多的线圈,或适合于不同的自感,最好能与磁场线圈产生相同的相位差。在启动电机时,分流器在两个线圈周围闭合。图51显示,电枢线圈为F G。为了表示它们不同的电气特性,图中分别显示了电阻R'和自感线圈S'的回路。两个电枢线圈与磁场线圈串联,并使用相同的分流或短路D的配置。在这种电机的运行中,以这样的方式构造或缠绕电枢是有好处的,即当启动时短路时,它将有达到比与发电机同步的更高速度的趋势。例如,一个有八极的电机,在电枢线圈短路的情况下,应该以每分钟两千转的速度运行,以使其达到同步状态。然而,通常情况下,由于电枢和磁场电流不能正确对应,所以当电流通过电枢时(电机没有完全达到同步),有可能达不到所谓的 "坚持",这是很正常的。因此,最好的办法是,在启动时,当电枢线圈短路时,电机会达到比同步转速更高的速度,例如,是后者的两倍。在这种情况下,就不会感觉到上面提到的困难,因为如果达到或超过了同步转速 - 在假定的两千转的情况下,电机将始终保持同步。这可以通过不同的方式来实现;但就所有的实际目的而言,下面的方法就很合适。电枢上缠绕着两组线圈。在启动时,只有其中一个线圈被短路,从而在电枢上产生一些极点,这将使速度超过同步极限。当达到或超过这个极限时,电流通过另一个线圈,通过增加电枢的极数,倾向于保持同步性。
图53
  在图52中,显示了这样的配置。例如,有八个极的电机包含两个不同自感的磁场电路A和B。电枢有两个线圈F和G。前者自身闭合,后者通过接触环a b、电刷c d和开关E与磁场和线路相连。这样做的好处是,当速度下降时,闭合的电枢电路会给电机带来扭矩,但同时条件是,电机更容易失去同步性。为了增加同步的趋势,可以在电枢上使用两个电路,其中一个在启动时短路,在达到或超过同步速度后,两个电路都与外部电路连接。这种布局如图53所示。有三个接触环a b e和三个电刷c d f,它们将电枢电路与外部电路相连。启动时,开关H被转动,以完成一个接线柱P和磁场线圈之间的连接。这就使其中一个电枢线圈短路,即G,另一个线圈F脱离电路并断开。当电机达到一定速度时,开关H转回,这样,从接线柱P到电枢线圈的连接是通过线圈G,开关K关闭,从而使线圈F与电枢线圈形成多个弧形。这样,两个电枢线圈都处于活动状态。
  从以上描述的例子可以看出,实施本发明的许多其他处置方式是可能的。

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