Никола Тесла - Лекции

Существует несколько различных способов достижения постоянной скорости вращения и хорошего тягового усилия при запуске. Например, два якоря, один для вращающего момента, а другой для синхронизации, могут быть установлены совместно и при необходимости использоваться, или якорь можно раскручивать для достижения вращательного усилия, но более или менее внушительного результата по улучшению синхронизации можно достичь, если правильно сконструировать железный сердечник, или множеством иных способов.

Для достижения необходимой фазы токов в обеих цепях проще всего расположить две катушки под прямым углом — это очевидный подход; но такой же результат можно получить множеством других способов в зависимости от применяемой машины.

Любая из современных динамо-машин может быть приспособлена для этих целей, если вывести контакты в нужных местах обмотки генератора. На якоре с замкнутым контуром, таком, какой используется в двигателе постоянного тока, лучше всего сделать четыре вывода в равноудаленных местах или пластинах коллектора и соединить их с четырьмя изолированными контактными кольцами на валу. В этом случае каждый из контуров мотора соединяется с двумя диаметрально противоположными пластинами коллектора. В таком виде двигатель можно эксплуатировать в половину мощности и по трехпроводной схеме, соединив контуры мотора в надлежащем порядке с тремя контактными кольцами.

В многополюсных динамо-машинах, таких, какие используются в преобразовательных системах, требуемая фаза получается путем наматывания двух серий катушек таким образом, чтобы в то время, как витки одной секции или серии создавали максимальный ток, витки другой находились в нейтральной позиции или около того, вследствие чего обе секции обмоток могут подвергаться одновременно или последовательно действию магнитного поля.

В основном цепи двигателей могут быть расположены подобным образом и их реализация может быть различной в зависимости от конкретных требований, но самый простой и практичный способ — снабдить неподвижную часть мотора первичной обмоткой, таким образом удается избежать применения скользящих контактов. В этом случае обмотки магнита в обоих контурах соединяются попеременно, т. е. 1,3,5… в одном и 2,4,6… в другом, и обмотки каждой цепи могут соединяться одинаково или, напротив, попеременно; в последнем случае мы будем иметь двигатель с числом полюсов вдвое меньшим и работать он будет по-другому. Рисунки 15, 16 и 17 показывают три различные фазы, причем обмотки магнита в каждом контуре соединены попеременно оппозитно. В данном случае всегда будем иметь четыре полюса, как на рисунках 15 и 17, четыре зубца будут нейтральны, а на рисунке 16 два расположенных рядом зубца имеют одинаковую полярность. Если обмотки соединены одинаково, то имеем восемь попеременных полюсов, как обозначено буквами n's' на рисунке 15.

Применение многополюсных моторов дает преимущество столь необходимое, сколь недостижимое в двигателях постоянного тока, а именно: можно сделать так, чтобы двигатель работал с заданной скоростью независимо от недостатков конструкции, нагрузки и, в определенных пределах, электродвижущей и силы тока.

В общей системе распределения, как эта, следует придерживаться такой схемы. В качестве центрального источника надлежит использовать генератор со значительным числом полюсов. Двигатели, питающиеся от этого генератора, должны быть синхронными, но обладать значительным вращательным моментом для надежного запуска.

При соблюдении требований к конструкции можно будет заметить, что скорость вращения каждого мотора находится в обратной зависимости от его габаритов, таким же образом следует подходить к выбору числа полюсов. Однако особые требования могут внести изменения в это правило. С учетом этого хорошо было бы снабдить каждый мотор большим числом полюсных зубцов и обмоток, их количество должно быть кратным двум или трем. Это поможет простым изменением соединений обмоток адаптировать мотор для конкретных требований.

Если число полюсов в двигателе четное, то он будет работать плавно, и вы достигнете нужного результата; если же это не подходит, то лучше всего удвоить число полюсов и соединить их, как было описано выше, так, чтобы выходила половина числа пар полюсов. Например, у генератора 12 полюсов, а нужно получить скорость 12/ 7скорости генератора. Для этого потребуется мотор с семью зубцами или магнитами, а такой мотор нельзя правильно соединить в цепь, если только не использовать 14 обмоток якоря, а это потребует применения скользящих контактов. Во избежание этого мотор должен иметь четырнадцать магнитов, включая по семь в каждую цепь попеременно. Якорь должен иметь четырнадцать замкнутых катушек. Мотор не будет работать идеально, как с четным числом полюсов, но, по крайней мере, его недостаток не будет столь серьезным.

Однако недостатки, являющиеся следствием такой несимметричной формы, уменьшатся в той же пропорции, в какой увеличится число полюсов. Если генератор имеет, скажем, п, а мотор га. полюсов, то скорость мотора будет равна скорости генератора, умноженной на дробь п/п 1.

Скорость вращения мотора в целом зависит от количества полюсов, но возможны исключения. Скорость может меняться в зависимости от фазы тока в контурах или от характера импульса тока, или от интервала между импульсами, или от групп импульсов. Некоторые возможные случаи показаны на рисунках 18, 19, 20, 21, из которых всё ясно. На рисунке 18 показано наиболее часто встречающееся положение дел, когда достигается наилучший результат.

В таком случае, если применяется типичный двигатель, показанный на рисунке 9, одна полная волна в каждом контуре дает один полный оборот двигателя. На рисунке 19 такой же результат обеспечен одной волной в каждом контуре, когда импульсы следуют друг за другом, на рисунке 20 — четырьмя, а на рисунке 21 — восемью волнами.

Такими средствами можно достигать любой скорости, конечно, в пределах практических нужд. Эта система имеет еще одно преимущество, помимо прочих, — оно заключается в ее простоте. При полной нагрузке моторы показывают КПД, идентичный моторам постоянного тока. Трансформаторы демонстрируют дополнительное преимущество своей способностью питать двигатель. Они могут быть подобным же образом модифицированы и это облегчит внедрение моторов и их адаптацию для практических нужд. Их КПД должен быть выше, чем у современных, и вот на чем я основываю свое мнение.

В нынешнем трансформаторе, мы производим ток во вторичной обмотке путем изменения силы первичных токов или токов возбуждения. Если мы допустим пропорциональность по отношению к железному сердечнику, то индукция во вторичной обмотке будет пропорциональна суммарному количеству вариаций силы тока возбуждения за единицу времени; из чего следует, что для данной вариации любое увеличение продолжительности первичного тока ведет к пропорциональной потере. Для того чтобы получить быстрые изменения силы тока, что существенно для эффективной индукции, применяются волнистые поверхности. Это практически приводит лишь к недостаткам. Например, таким: увеличение стоимости и уменьшение КПД генератора, энергопотери при нагревании сердечников, а также уменьшение мощности трансформатора, так как сердечник используется нерационально, и реверсирование тока слишком быстрое. На определенных фазах индукция слишком мала, что будет видно из представленных графиков, возможны периоды бездействия, если есть интервалы между последовательными импульсами тока и волнами. При сдвиге полюсов в трансформаторе, а следовательно, и индукционных токов, индукция носит идеальный характер, оказывая максимальное воздействие. Разумно было бы также предположить, что сдвиг полюсов приведет к меньшим энергопотерям, чем реверсирование тока.