Никола Тесла - НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ.
Диск можно также использовать для эксперимента. Если держать его близко к якорю, он будет вращаться до тех пор, пока скорость вращения полюсов будет превышать скорость вращения якоря; но когда будет достигнута нормальная скорость, или около того, он перестает вращаться и постоянно притягивается. Грубый но показательный эксперимент проделывается с лампой накаливания. Если поместить лампу в цепь с генератором постоянного тока, и последовательно с магнитной обмоткой, то наблюдаются быстрые флюктуации света вследствие индуцированных токов, возникающих в обмотке на старте; когда скорость возрастает, флюктуации появляются с более долгими интервалами, пока не исчезают полностью, указывая, что мотор достиг своей нормальной скорости.
Телефонный приемник оказывается самым чувствительным инструментов; когда он подключается к любой цепи мотора, синхронизация легко обнаруживается по исчезновению индуцированных токов.
В моторах синхронного типа желательно поддерживать количество смещающего магнетизма постоянным, особенно если магниты не подразделены как следует.
Как в этих моторах получить вращательное усилие было предметом долгих раздумий. Чтобы получить этот результат, было нужно так все расположить, чтобы пока полюса одного элемента мотора смещаются переменными токами источника, полюса, получаемые от другого элемента, должны все время находиться в правильном отношении к первым, безотносительно к скорости мотора. Такие условия присутствуют в моторе постоянного тока; но в синхронном моторе, таком как описанный выше, эти условия достигаются, только при нормальной скорости.
Цель была достигнута, когда внутрь кольца был помещен соответствующим образом подразделенный железный сердечник, обмотанный несколькими независимыми обмотками, замкнутыми на себя. Двух обмоток под прямыми углами на рисунке 14 достаточно, но лучше использовать большее их число. Из этого расположения и следует, что когда полюса кольца смещаются, в замкнутых обмотках якоря генерируются токи. Эти токи наиболее интенсивны и или около точек с наибольшей плотностью линий силы, и в результате они дают полюса на якоре под прямыми углами к полюсам на кольце, по крайней мере в теории это так; и поскольку действие полностью независимо от скорости — то есть, в плане рассмотрения положений полюсов, — на окружность якоря действует постоянное тянущее усилие. Во многом эти моторы похожи на моторы постоянного тока. Если прилагается нагрузка, скорость, а также сопротивление мотора, уменьшается, и через возбуждающие обмотки течет больше тока, таким образом увеличивая усилие. Когда нагрузка удаляется, возрастает противодействующая электродвижущая сила, и через первичные, или возбуждающие, катушки течет меньше тока. Когда нагрузки нет, скорость очень близка к скорости смещения полюсов возбуждающего магнита.
Как будет показано, вращательное усилие этих моторов и моторов постоянного тока полностью эквивалентны. Усилие наибольшее, когда и якорь и возбуждающий магнит не имеют никаких выступов; но даже в такой схеме поле не может быть очень концентрированным, и вероятно наилучшие результаты будут получаться, если оставлять полярные выступы только на одном из этих элементов. В целом, можно утверждать, что выступы уменьшают вращающий момент и вызывают тенденцию к синхронности.
Характерная особенность моторов этого вида — это их способность очень быстро реверсироваться. Это следует из специфики действия мотора. Допустим, якорь вращается, и направление вращения полюсов меняется на обратное. Тогда аппарат превращается в динамо машину, и энергия, приводящая эту машину в движение, — это запасенная кинетическая энергия якоря, а скорость — сумма скоростей якоря и полюсов. Если мы теперь учтем, что мощность, чтобы приводить такое динамо в действие, будет очень близко пропорциональна третьей степени скорости, то уже только по этой причине якорь должен реверсировать очень быстро. Но одновременно с разворотом начинает действовать еще одна составляющая, а именно, когда движение полюсов относительно якоря обращается в противоположную торону, мотор действует как трансформатор, в котором сопротивление вторичной цепи ненормально уменьшено за счет возникновения в этой цепи дополнительной электродвижущей силы. В силу этих причин разворот мгновенный.
Желательно обеспечить постоянную скорость, и в тоже время определенное усилие на старте. Это легко достигается многими путями. Например, на одном валу можно укрепить два якоря, один для крутящего момента, второй для синхронизации, и любой из них сделать преимущественным, или же на якорь намотать так, чтобы получить вращательное усилие, но более или менее выраженную тенденцию к синхронизации может ему придавать правильная конструкция железного сердечника; и многими другими путями.
Для получения требуемой фазы токов в первичной и во вторичной цепях самым простым является расположение с двумя обмотками под прямыми углами, это дает наиболее постоянное действие; но. фазу можно получить и многими другими путями, в зависимости от того, какая машины используется. Для этой цели легко приспосабливаются любые из применяемых сейчас динамо путем подключения к нужным точкам генерирующих обмоток. В якорях с замкнутыми обмотками, таких, как применяются в системах постоянного тока, лучше всего сделать четыре ответвления от равноудаленных точек или пластин коммутатора, и подсоединить их к четырем изолированным скользящим кольцам на валу. В этом случае каждая из цепей мотора получается подключенной к двум диаметрально противоположным полосам коммутатора. При таком расположении мотор может также приводиться в действие от половины потенциала и по трехпроводной схеме, путем подключения цепей мотора в нужном порядке к трем из контактных колец.
В многополярных динамо машинах, какие применяются в конвертерных системах, фаза легко получается с помощью намотки на якорь двух последовательностей обмоток таким образом, чтобы когда обмотки в одном множестве или последовательности находятся в их максимуме генерации тока, обмотки в другом будут в своем нейтральном положении, или около него, таким образом оба множества обмоток могут подвергаться индуцирующему действию возбуждающих магнитов одновременно или последовательно.
В целом, цепи в моторе будут располагаться сходным образом, и для достижения требований могут применяться разные компоновки; но самая простая и самая практичная — это разместить первичные цепи на стационарных частях мотора, избегая таким образом, по крайней мере в определенных видах, скользящих контактов. В этом случае магнитные обмотки соединяются попеременно в обеих цепях; то есть, 1, 3, 5… в одной и 2, 4, 6… в другой, и обмотки в каждом множестве последовательностей можно соединять тем же образом, или попеременно противоположно; в последнем случае получится мотор с половинным числом полюсов, и его действие поменяется соответствующим образом. На рисунках 15, 16 и 17 показаны три разные фазы, при этом магнитные обмотки в каждой цепи соединены попеременно в противоположном порядке. В данном случае будет всегда четыре полюса, как на рисунках 15 и 17, четыре полярных выступа будут нейтральными, и на рисунке 16 два соседних полярных выступа будут иметь одинаковую полярность. Если обмотки соединены одинаковым образом, то будет восемь переменных полюсов, отмеченных буквами п's' на рис. 15.
Применение многополярных моторов дает в этой системе преимущество, столь желанное и при этом недостижимое в системах постоянного тока, и состоит оно в том, что мотор можно заставить работать на заранее установленной скорости безотносительно к несовершенству конструкции, нагрузке, и, в определенных пределах, электродвижущей силе и силе тока.
В обычной системе питания этого вида следует применять следующий план. На центральной подающей станции должен быть установлен генератор с достаточным количеством полюсов. Моторы, работающие от этого генератора, должны быть синхронного типа, но дающие достаточное вращательное усилие для обеспечения их запуска. Если в конструкции соблюсти надлежащие правила, можно добиться того, что скорость каждого мотора будет в определенной обратной пропорции к его размеру, и число полюсов должно выбираться соответственно. Для специальных нужд это правило может меняться. Ввиду этого будет выгодно снабдить каждый мотор большим числом полярных выступов или обмоток, так чтобы их число было желательно кратно двум или трем. Таким способом, просто меняя соединения обмоток, мотор можно приспособить к любым возможным нуждам.
Если число полюсов в моторе четное, его работа будет согласованной и можно достичь нужного результата; если это не так, то лучший подход, это сделать мотор с двойным количеством полюсов и соединить их тем же образом, как указывалось выше, так чтобы получилось половинное количество полюсов. Предположим, например, что у генератора венадцать полюсов, и нужно получить скорость, равную 12 / 7скорости генератора. Для этого требуется мотор с семью полярными выступами или магнитами, и в таком моторе нельзя правильным образом соединить цепи, если не сделать четырнадцать якорных обмоток, что необходимо повлечет использование скользящих контактов. Чтобы этого избежать, мотор следует снабдить четырнадцатью магнитами, семь соединены в каждую цепь, и магниты в каждой цепи чередуются друг с другом. Якорь должен иметь четырнадцать замкнутых обмоток. Работа такого мотора не будет столь же хорошей, как при четном количестве полюсов, но недостаток этот серьезным не будет. При этом, вред от этой несимметричной формы будет уменьшаться пропорционально числу добавленных полюсов.
