ИЗОБРЕТЕНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ И ТРУДЫ НИКОЛА ТЕСЛА. Главы из книги Томаса Коммерфорда Мартина (1894) главы II - III.

ГЛАВА II.

Новая система двигателей переменного тока и трансформаторов.

Настоящий раздел этого тома посвящен многофазным токам и изобретениям мистера Теслы, ставшим известными к настоящему времени, в которых он воплотил ту или иную особенность широкого принципа вращения полюсов поля или результирующего притяжения, оказываемого на якорь. Нет необходимости напоминать электрикам о большом интересе, вызванном первым изложением принципа вращающегося поля, или останавливаться на важности перехода от одного переменного тока к методам и устройствам, которые имеют дело с более чем одним. Просто предваряя предпринятое здесь рассмотрение предмета замечанием, которое ни в коем случае не является предметом этой книги полемического или противоречивого характера, можно отметить, что работа г-на Теслы вообще не была полностью понята или реализована на сегодняшний день. Считается, что для многих читателей анализ того, что он сделал в этом отделе, станет откровением, в то же время иллюстрируя прекрасную гибкость и диапазон используемых принципов. Будет видно, что, как только что было высказано предположение, мистер Тесла не остановился на простом вращающемся поле, но широко занимался изменением результирующего притяжения магнитов. Будет видно, что он продолжал развивать "многофазную" систему со многими ответвлениями и поворотами; что он показал широкую идею двигателей, использующих токи разной фазы в якоре с постоянными токами в полевых условиях; что он впервые описал и разработал идею якоря с железным корпусом и замкнутыми на себя катушками; что он разработал как синхронизирующие, так и моментные двигатели; что он объяснил и проиллюстрировал, как машины обычной конструкции могут быть адаптированы к его системе; что он использовал конденсаторы в полевых и якорных цепях и дошел до сути фундаментальных принципов, проверяя, одобряя или отвергая, казалось бы, каждую деталь, на которую могла наткнуться изобретательская изобретательность.

Теперь, когда мнение так решительно склоняется в пользу более низких частот, заслуживает особого внимания то, что г-н Тесла рано осознал важность низкочастотных характеристик в работе двигателя. Фактически, его первые двигатели выставлялись публично — и которые, как сказал проф. Энтони показал в своих испытаниях зимой 1887-8, были равны двигателям постоянного тока по эффективности, мощности и пусковому моменту — были низкочастотного типа. Однако возникающая необходимость использования этих двигателей в связи с существующими высокочастотными цепями, наш обзор показывает интересным образом г-на Изобилие ресурсов Теслы в этом направлении. Но то, что, исчерпав все возможности в этой области, мистер Тесла возвращается к низким частотам и настаивает на превосходстве своей многофазной системы в распределении переменного тока, совсем не должно нас удивлять, учитывая силу его убеждений, так часто высказываемых по этому вопросу. Это действительно важно и может рассматриваться как указание на вероятное развитие событий, свидетелями которого мы станем в следующий раз.

Была сделана случайная ссылка на эффективность вращающихся полевых двигателей, вопрос большой важности, хотя у нас нет намерения останавливаться на нем здесь. Проф. Энтони в своих выступлениях перед Американским институтом инженеров-электриков в мае 1888 года по поводу двух показанных тогда небольших двигателей Тесла, которые он испытал, заявил, что один из них давал КПД около 50 процентов. а остальные - чуть более шестидесяти процентов. В 1889 году из Питтсбурга поступили сообщения о некоторых испытаниях, проведенных мистером Теслой и мистером Альбертом Шмидом, на двигателях мощностью до 10 л.с. и весом около 850 фунтов. Эти машины показали эффективность почти 90 процентов. Затем было установлено, что с некоторыми двигателями большего размера можно добиться КПД с помощью трехпроводной системы до 94 и 95 процентов. Эти интересные цифры, которые, конечно, могут быть дополнены другими, более сложными и более поздними, приводятся для того, чтобы показать, что эффективность системы не должна была ждать до сегодняшнего дня какой-либо демонстрации ее коммерческой полезности. Изобретение тем не менее прекрасно, потому что ему может не хватать полезности, но любому изобретателю должно быть приятно знать, что идеи, которые он продвигает, таят в себе существенную пользу для общества.

ГЛАВА III.

Вращающееся магнитное поле Теслы.

—Двигатели с замкнутыми проводниками.

—Синхронизирующие двигатели.

—Трансформаторы вращающегося поля.

Лучшее описание, которое можно дать о том, что он пытался и в чем преуспел с вращающимся магнитным полем, можно найти в краткой статье г-на Теслы, объясняющей его вращающийся ток, многофазная система, прочитанная перед Американским институтом инженеров-электриков в Нью-Йорке в мае 1888 года под названием "Новая система двигателей и трансформаторов переменного тока". На самом деле, что установит прочтение статьи, мистер Тесла не пытался в этой статье описать всю свою работу. В действительности это касалось нескольких тем, перечисленных в заголовке этой главы. Г-н Скрытность Теслы, без сомнения, была в значительной степени обусловлена тем фактом, что его действия были обусловлены пожеланиями других людей, с которыми он был связан, но, возможно, стоит упомянуть, что составителю этого тома, который видел работающие двигатели и который в то время был председателем Институтского комитета по документам и встречам, было очень трудно убедить мистера Теслу предоставить Институту вообще какой—либо документ. Мистер Тесла был перегружен работой и болен, и проявил величайшее нежелание демонстрировать свои двигатели, но его возражения были, наконец, устранены. преодолеть. Статья была написана накануне встречи карандашом, очень поспешно и под давлением, о котором только что упоминалось.

В этой статье была сделана случайная ссылка на две особые формы двигателей, не входящие в рассматриваемую группу.

Этими двумя формами были:

1. Двигатель, одна из цепей которого соединена последовательно с трансформатором, а другая - во вторичной обмотке трансформатора.
2. 2. Двигатель, цепь якоря которого подключена к генератору, а катушки возбуждения замкнуты сами на себя. Статья по своей сути заключается в следующем, в ней рассматриваются несколько основных характеристик системы Тесла, а именно вращающееся магнитное поле, двигатели с замкнутыми проводниками, синхронизирующие двигатели и трансформаторы вращающегося поля:—

Тема, которую я сейчас имею удовольствие предложить вашему вниманию, - это новая система электрического распределения и передачи энергии с помощью переменного тока, дающая особые преимущества, особенно в отношении двигателей, которые, я уверен, сразу установят превосходную приспособляемость этих токов к передаче энергии и покажут, что многие результаты, до сих пор недостижимые, могут быть достигнуты с их использованием; результаты, которые очень желательны при практической эксплуатации таких систем и которые не могут быть достигнуты с помощью постоянных токов.

Прежде чем перейти к подробному описанию этой системы, я считаю необходимым сделать несколько замечаний относительно определенных условий, существующих в генераторах постоянного тока и двигателях, которые, хотя и общеизвестны, часто игнорируются.

Хорошо известно, что в наших динамо-машинах мы генерируем переменные токи, которые направляем с помощью коммутатора, сложного устройства и, можно справедливо сказать, источника большинства проблем, возникающих при эксплуатации машин. Теперь токи, направленные таким образом, не могут быть использованы в двигателе, но они должны — опять же с помощью аналогичного ненадежного устройства — быть преобразованы в их первоначальное состояние переменного тока. Функция коммутатора полностью внешняя и никоим образом не влияет на внутреннюю работу машин. Следовательно, в действительности все машины являются машинами переменного тока, токи появляются как непрерывные только во внешней цепи во время их прохождения от генератора к двигателю. Ввиду просто этого факта, переменные токи зарекомендовали бы себя как более прямое применение электрической энергии, и использование непрерывных токов было бы оправдано только в том случае, если бы у нас были динамо-машины, которые в первую очередь генерировали бы, и двигатели, которые непосредственно приводились бы в действие такими токами.

Но работа коммутатора на двигателе двоякая; во-первых, он изменяет токи, проходящие через двигатель, и, во-вторых, он автоматически вызывает постепенное смещение полюсов одной из его магнитных составляющих. Предполагая, следовательно, что обе бесполезные операции в системах, то есть направление переменного тока на генератор и обращение постоянного тока на двигатель, будут устранены, все равно было бы необходимо, чтобы вызвать вращение двигателя, производить прогрессивный смещение полюсов одного из его элементов, и возник вопрос — как выполнить эту операцию прямым действием переменного тока? Теперь я продолжу показывать, как был достигнут этот результат.

Рис. 1.

Рис. 1а.

В первом эксперименте барабан-якорь был снабжен двумя катушками, расположенными под прямым углом друг к другу, и концы этих катушек были соединены с двумя парами изолированных контактных колец, как обычно. Затем кольцо было изготовлено из тонких изолированных пластин листового железа и намотано четырьмя катушками, каждая из двух противоположных катушек была соединена вместе, чтобы образовать свободные полюса на диаметрально противоположных сторонах кольца. Затем оставшиеся свободные концы катушек были соединены с контактными кольцами якоря генератора таким образом, чтобы образовать две независимые цепи, как показано на рис. 9. Теперь можно видеть, какие результаты были достигнуты в этой комбинации, и с этой точки зрения я хотел бы обратиться к диаграммам, фиг. От 1 до 8а. Поле генератора возбуждается независимо, вращение якоря создает токи в катушках C C₁, изменяющиеся по силе и направлению хорошо известным образом. В положении, показанном на рис. 1, ток в катушке C равен нулю, в то время как через катушку C₁ проходит максимальный ток, и соединения могут быть такими, что кольцо намагничивается катушками c₁ c₁, как указано буквами N S на рис. 1a, эффект намагничивания катушек c c равно нулю, поскольку эти катушки включены в цепь катушки C.

Рис. 2.

Рис. 2а.

На рис. 2 катушки якоря показаны в более продвинутом положении, завершается одна восьмая одного оборота. Рис. 2а иллюстрирует соответствующее магнитное состояние кольца. В этот момент катушка C₁ генерирует ток того же направления, что и ранее, но слабее, создавая полюса 1 на кольце; катушка C также генерирует ток того же направления, и соединения могут быть такими, чтобы катушки c создавали полюса s, как показано на рис. 2а,,. Результирующая полярность обозначается буквами N S, и будет замечено, что полюса кольца были сдвинуты на одну восьмую от периферии того же самого.

Рис. 3.

Рис. 3а.

На рис. 3 якорь совершил четверть одного оборота. В этой фазе ток в катушке C является максимальным и имеет такое направление, чтобы образовать полюса N S на рис. 3а, тогда как ток в катушке C₁ равен нулю, эта катушка находится в нейтральном положении. Таким образом, полюса N S на рис. 3a сдвинуты на четверть окружности кольца.

Рис. 4.

Рис. 4а.

На рис. 4 показаны катушки C в еще более продвинутом положении, якорь завершил три восьмых одного оборота. В этот момент катушка C все еще генерирует ток того же направления, что и раньше, но меньшей силы, создавая сравнительно относительно более слабые полюса ns на рис. 4а. Ток в катушке C₁ имеет ту же силу, но противоположное направление. Следовательно, его эффект заключается в том, чтобы воздействовать на кольцо полюсами n₁ с₁, как указано, и полярность, Ns, получается, полюса теперь смещены на три восьмых периферии кольца.

Рис. 5.

Рис. 5а.

На рис. 5 завершена половина одного оборота якоря, и результирующее магнитное состояние кольца показано на рис. 5а. Теперь ток в катушке C равен нулю, в то время как катушка C₁ выдает максимальный ток, который имеет то же направление, что и ранее; следовательно, эффект намагничивания обусловлен только катушками, c₁ c₁, и, обращаясь к рис. 5а, можно заметить, что полюса N S сдвинуты на половину окружности кольца. В течение следующей половины оборота операции повторяются, как показано на фиг. 6-8а.

Рис. 6.

Рис. 6а.

Ссылка на диаграммы прояснит, что во время одного оборота якоря полюса кольца смещаются один раз по его периферии, и каждый оборот производит аналогичные эффекты, результатом является быстрое вращение полюсов в гармонии с вращением якоря. Если соединения любой из цепей в кольце поменять местами, смещение полюсов будет происходить в противоположном направлении, но операция будет идентичной, в сущности, такой же. Вместо использования четырех проводов с аналогичным результатом можно использовать три провода, один из которых образует общий возврат для обеих цепей.

Рис. 7.

Рис. 7а.

Это вращение или кружение полюсов проявляется в серии любопытных явлений. Если поднести к кольцу диск из стали или другого магнитного металла с изящным поворотом, он начинает быстро вращаться, причем направление вращения меняется в зависимости от положения диска. Например, отметив направление за пределами кольца, можно обнаружить, что внутри кольца оно поворачивается в противоположном направлении, в то время как оно не подвержено влиянию, если расположено в положении, симметричном кольцу. Это легко объясняется. Каждый раз, когда приближается полюс, он вызывает противоположный полюс в ближайшей точке диска, и в этой точке возникает притяжение; благодаря этому, когда полюс смещается дальше от диска, на него воздействует тангенциальное притяжение, и действие постоянно повторяется, результатом является более или менее быстрое вращение диска. Поскольку тяга воздействует главным образом на ту часть, которая находится ближе всего к кольцу, вращение снаружи и внутри, или вправо и влево, соответственно, происходит в противоположных направлениях, рис. 9. При размещении симметрично кольцу, сила притяжения на противоположных сторонах диска одинакова, вращение не происходит. Действие основано на магнитной инерции железа; по этой причине диск из твердой стали подвергается гораздо большему воздействию, чем диск из мягкого железа, последний способен к очень быстрым изменениям магнетизма. Такой диск оказался очень полезным инструментом во всех этих исследованиях, поскольку он позволил мне обнаружить любую неправильность в действии. Любопытный эффект также создается на железных опилках. Помещая некоторые из них на бумагу и держа их снаружи довольно близко к кольцу, они приводятся в вибрирующее движение, оставаясь на том же месте, хотя бумагу можно перемещать взад и вперед; но при поднятии бумаги на определенную высоту, которая, по-видимому, зависит от интенсивности полюсов и скорости вращения, они выбрасываются в направлении, всегда противоположном предполагаемому движению полюсов. Если бумагу с опилками положить плашмя на кольцо и внезапно включить ток, то можно легко заметить существование магнитного вихря.

Чтобы продемонстрировать полную аналогию между кольцом и вращающимся магнитом, сильно заряженный электромагнит вращался с помощью механической силы, и наблюдались явления, идентичные во всех деталях упомянутым выше.

Очевидно, что вращение полюсов производит соответствующие индуктивные эффекты и может быть использовано для генерации токов в замкнутом проводнике, находящемся под влиянием полюсов. Для этой цели удобно намотать кольцо с двумя наборами наложенных друг на друга катушек, образующих соответственно первичную и вторичную цепи, как показано на рис. 10. Для обеспечения наиболее экономичных результатов магнитная цепь должна быть полностью замкнута, и с учетом этой цели конструкция может быть изменена по желанию.

Рис. 8.

Рис. 8а.

Индуктивный эффект, оказываемый на вторичные катушки, будет в основном обусловлен смещением магнитного поля; но также могут возникать токи, возникающие в цепях вследствие изменений интенсивности полюсов. Однако, при правильном проектировании генератора и определении намагничивающего эффекта первичных катушек, последний элемент может исчезнуть. При постоянном напряжении полюсов работа устройства будет совершенной, и будет обеспечен тот же результат, как если бы переключение осуществлялось с помощью коммутатора с бесконечным числом стержней. В таком случае теоретическая связь между энергетическим эффектом каждого набора первичных катушек и их результирующим эффектом намагничивания может быть выражена уравнением окружности, центр которой совпадает с центром ортогональной системы осей, и в которой радиус представляет собой результирующую величину и координаты обоих  ее компонентов. Тогда это соответственно синус и косинус угла α между радиусом и одной из осей (Ox). Обращаясь к рис. 11, мы имеем r² = x² + y²; где x = r cos α, а y = r sin α.

Предполагая, что эффект намагничивания каждого набора катушек в трансформаторе пропорционален току, что может быть допущено для слабых степеней намагничивания, тогда x = Kc и y = Kc¹, где K — постоянная, а c и c¹ - ток в обоих наборах катушек соответственно. Предположим, далее, что поле генератора однородно, мы имеем при постоянной скорости C¹ = K¹ sin α и c = K¹ sin (90 ° + α) = K¹ cos α, где K¹ - постоянная. Смотрите рис. 12.

Поэтому,

x = K c = K K¹ cos α;
y = K c¹ = K K¹ sin α; и
1^{K K} = r.

Рис. 9.

То есть для однородного поля расположение двух катушек под прямым углом обеспечит теоретический результат, а интенсивность смещения полюсов будет постоянной. Но из r² = x² + y² следует, что при y = 0 r = x; отсюда следует, что совместный эффект намагничивания обоих наборов катушек должен быть равен эффекту одного набора при его максимальном действии. В трансформаторах и в определенном классе двигателей колебание полюсов не имеет большого значения, но в другом классе этих двигателей желательно получить теоретический результат.

Применяя этот принцип к конструкции двигателей, были разработаны две типичные формы двигателя. Во-первых, форма, имеющая сравнительно небольшое вращательное усилие при запуске, но поддерживающая совершенно равномерную скорость при всех нагрузках, двигатель которой был назван синхронным. Во-вторых, форма, обладающая большим усилием вращения в начале, скорость зависит от нагрузки.

Эти двигатели могут приводиться в действие тремя различными способами: 1. Только переменным током источника. 2. Комбинированным действием этих и индуцированных токов. 3. Совместным действием переменного и непрерывного токов.

Рис. 10.

Простейшая форма синхронного двигателя получается путем намотки ламинированного кольца, снабженного выступами полюсов, на четыре катушки и их соединения указанным выше способом. В качестве арматуры может использоваться железный диск с отрезанным сегментом с каждой стороны. Такой двигатель показан на рис. 9. Поскольку диск расположен так, чтобы свободно вращаться внутри кольца в непосредственной близости от выступов, очевидно, что при смещении полюсов он, благодаря своей тенденции занимать такое положение, чтобы охватывать наибольшее количество силовых линий, будет точно следовать за движением полюсов, и его движение будет синхронным с движением якоря генератора; то есть, в особом расположении, показанном на рис. 9, при котором якорь производит за один оборот два импульса тока в каждой из цепей. Очевидно, что если при одном обороте якоря вырабатывается большее количество импульсов, то скорость двигателя соответственно увеличивается. Учитывая, что притяжение, оказываемое на диск, является наибольшим, когда он находится в непосредственной близости от полюсов, из этого следует, что такой двигатель будет поддерживать точно такую же скорость при всех нагрузках в пределах своей мощности.

Для облегчения запуска диск может быть снабжен замкнутой на себя катушкой. Преимущество, обеспечиваемое такой катушкой, очевидно. При запуске токи, возникающие в катушке, сильно возбуждают диск и увеличивают притяжение, оказываемое на него кольцом, и токи, генерируемые в катушке, пока скорость якоря ниже скорости полюсов, таким двигателем может выполняться значительная работа, даже если скорость ниже нормальной. При постоянной интенсивности полюсов в катушке не будет генерироваться ток, когда двигатель вращается с нормальной скоростью.

Вместо того, чтобы замыкать катушку на себя, ее концы могут быть соединены с двумя изолированными скользящими кольцами, к которым подается постоянный ток от подходящего генератора. Правильный способ запустить такой двигатель - замкнуть катушку на себя, пока не будет достигнута нормальная скорость или почти так, а затем включить постоянный ток. Если на диск подается очень сильное напряжение постоянного тока, двигатель может не запуститься, но если на него подается слабое напряжение или вообще так, что эффект намагничивания кольца преобладает, он запустится и достигнет нормальной скорости. Такой двигатель будет поддерживать абсолютно одинаковую скорость при любых нагрузках. Также было обнаружено, что если движущая сила генератора не является чрезмерной, при проверке двигателя скорость генератора уменьшается синхронно с частотой вращения двигателя. Для этой формы двигателя характерно то, что его нельзя повернуть вспять, пропуская постоянный ток через катушку.

Рис. 11.

Рис. 12.

Синхронность этих двигателей может быть продемонстрирована экспериментально различными способами. Для этой цели лучше всего использовать двигатель, состоящий из магнита постоянного поля и якоря, расположенного с возможностью вращения внутри него, как показано на рис. 13. В этом случае смещение полюсов якоря вызывает вращение последнего в противоположном направлении. Из этого следует, что при достижении нормальной скорости полюса якоря принимают фиксированное положение относительно[Стр. 19] полевой магнит, и он намагничивается индукцией, показывая отдельный полюс на каждом из полюсных наконечников. Если поднести кусок мягкого железа к полевому магниту, он вначале будет притягиваться быстрым вибрирующим движением, вызванным изменением полярности магнита, но по мере увеличения скорости якоря вибрации становятся все менее и менее частыми и, наконец, полностью прекращаются. Затем железо слабо, но постоянно притягивается, показывая, что достигается синхронность, и полевой магнит возбуждается индукцией.

Диск также может быть использован для эксперимента. Если держать его достаточно близко к якорю, он будет вращаться до тех пор, пока скорость вращения полюсов превышает скорость якоря; но когда достигается нормальная скорость или очень близко к ней, он перестает вращаться и постоянно притягивается.

Рис. 13.

Грубый, но показательный эксперимент проводится с лампой накаливания. При включении лампы в цепь с генератором постоянного тока и последовательно с магнитной катушкой в свете наблюдаются быстрые колебания вследствие индуцированных токов, возникающих в катушке при запуске; с увеличением скорости колебания происходят с более длительными интервалами, пока они полностью не исчезнут, показывая, что двигатель достиг своей нормальной скорости. Телефонная трубка представляет собой наиболее чувствительный инструмент; при подключении к любой цепи в двигателе синхронность может быть легко обнаружена по исчезновению индуцированных токов.

В двигателях синхронного типа желательно поддерживать величину смещающего магнетизма постоянной, особенно если магниты не разделены должным образом.

Добиться вращательного усилия в этих двигателях было предметом долгих размышлений. Чтобы обеспечить этот результат, необходимо было сделать такое расположение, чтобы, в то время как полюса одного элемента двигателя смещались переменными токами источника, полюса, создаваемые на других элементах, всегда поддерживались в надлежащем отношении к первому, независимо от скорости двигателя. Такое условие существует в двигателе постоянного тока; но в синхронном двигателе, таком, как описано, это условие выполняется только при нормальной скорости.

Рис. 14.

Цель была достигнута путем размещения внутри кольца правильно разделенного цилиндрического железного сердечника, намотанного на несколько независимых катушек, замкнутых друг на друга. Достаточно двух катушек, расположенных под прямым углом, как на рис. 14, но с успехом может быть использовано большее их количество. Это приводит к тому, что при смещении полюсов кольца в замкнутых катушках якоря генерируются токи. Эти токи наиболее интенсивны в точках наибольшей плотности силовых линий или вблизи них, и их эффект заключается в создании полюсов на якоре под прямым углом к полюсам кольца, по крайней мере теоретически; и поскольку это действие полностью не зависит от скорости, то есть в том, что касается расположения полюсов, на периферию якоря воздействует непрерывное притяжение. Во многих отношениях эти двигатели похожи на двигатели постоянного тока. При включении нагрузки скорость, а также сопротивление двигателя уменьшаются, и через питающие катушки пропускается больше тока, тем самым увеличивая усилие. При снятии нагрузки противодействующая электродвижущая сила увеличивается, и через первичную обмотку или катушки питания проходит меньше тока. Без какой-либо нагрузки скорость очень близка к скорости смещения полюсов полевого магнита.

Будет обнаружено, что вращательное усилие в этих двигателях полностью соответствует вращательному усилию двигателей постоянного тока. Усилие кажется наибольшим, когда и якорь, и полевой магнит не имеют выступов; но поскольку при таком расположении поле не может быть сконцентрировано, вероятно, наилучшие результаты будут получены, если оставить выступы полюсов только на одном из элементов. В целом, можно утверждать, что выступы уменьшают крутящий момент и создают тенденцию к синхронности.

Характерной особенностью двигателей такого типа является их свойство очень быстро переключаться. Это следует из особого действия двигателя. Предположим, что якорь вращается, а направление вращения полюсов должно быть обратным. В таком случае устройство представляет собой динамо-машину, мощность для приведения в действие которой представляет собой импульс, накопленный в якоре, а ее скорость - сумму скоростей якоря и полюсов.

Если мы теперь рассмотрим, что мощность для приведения в действие такой динамо-машины была бы почти пропорциональна третьей степени скорости, только по этой причине якорь должен быть быстро перевернут. Но одновременно с реверсированием приводится в действие другой элемент, а именно, когда движение полюсов относительно якоря меняется на противоположное, двигатель действует как трансформатор, в котором сопротивление вторичной цепи было бы ненормально уменьшено за счет создания в этой цепи дополнительной электродвижущей силы. Благодаря этим причинам изменение происходит мгновенно.

Если желательно обеспечить постоянную скорость и в то же время приложить определенные усилия при старте, этого результата можно легко достичь различными способами. Например, два якоря, один для крутящего момента, а другой для синхронности, могут быть закреплены на одном валу, и любой желаемый перевес может быть предоставлен любому из них, или якорь может быть намотан для вращательного усилия, но более или менее выраженная тенденция к синхронности может быть придана ему правильной конструкцией железного сердечника; и многими другими способами.

Как средство получения требуемой фазы токов в обеих цепях, расположение двух катушек под прямым углом является самым простым, обеспечивая наиболее равномерное действие; но фаза может быть получена многими другими способами, варьируясь в зависимости от используемой машины. Любая из используемых в настоящее время динамо-машин может быть легко адаптирована для этой цели путем подключения к соответствующим точкам генерирующих катушек. В якорях замкнутой цепи, например, используемых в системах постоянного тока, лучше всего сделать четыре вывода из равноудаленных точек или стержней коммутатора и подключить их к четырем изолированным скользящим кольцам на валу. В этом случае каждая из цепей двигателя подключена к двум диаметрально противоположным стержням коммутатора. При таком расположении двигатель также может работать на половине потенциала и по трехпроводной схеме, подключая цепи двигателя в надлежащем порядке к трем контактным кольцам.

В многополярных динамо-машинах, таких как используемые в системах преобразователей, фазу удобно получать путем намотки на якорь двух рядов катушек таким образом, что в то время как катушки одного набора или серии максимально вырабатывают ток, катушки другого будут находиться в нейтральном положении или почти в нейтральном положении, в результате чего оба набора катушек могут одновременно или последовательно подвергаться индуцирующему действию полевых магнитов.

Как правило, цепи в двигателе будут расположены аналогичным образом, и для выполнения требований могут быть приняты различные меры; но самым простым и наиболее практичным является размещение первичных цепей на неподвижных частях двигателя, тем самым устраняя, по крайней мере в определенных формах, использование скользящих контактов. В таком случае магнитные катушки подключаются попеременно в обеих цепях; то есть 1, 3, 5 ... в одном и 2, 4, 6 ... в другом, и катушки каждого набора серий могут быть соединены все в одном и том же таким образом или поочередно в противоположность; в последнем случае получится двигатель с половиной числа полюсов, и его действие будет соответствующим образом изменено. На рис. 15, 16 и 17 показаны три разные фазы, магнитные катушки в каждой цепи подключены поочередно в противоположном направлении. В этом случае всегда будет четыре полюса, как на фиг. 15 и 17; четыре полюсных выступа будут нейтральными; а на рис. 16 два соседних полюсных выступа будут иметь одинаковую полярность. Если катушки соединены таким же образом, то будет восемь чередующихся полюсов, как указано буквами n' s' на рис. 15.

Использование многополярных двигателей обеспечивает в этой системе преимущество, столь желаемое и недостижимое в системе постоянного тока, а именно, что двигатель может работать точно с заданной скоростью, независимо от недостатков конструкции, нагрузки и, в определенных пределах, электродвижущей силы и силы тока.

В общей системе распространения такого рода следует принять следующий план. На центральной станции снабжения должен быть предусмотрен генератор, имеющий значительное количество полюсов. Двигатели, работающие от этого генератора, должны быть синхронного типа, но обладать достаточным вращательным усилием для обеспечения их запуска. При соблюдении надлежащих правил конструкции можно допустить, что скорость каждого двигателя будет в некоторой обратной пропорции к его размеру, и количество полюсов должно быть выбрано соответствующим образом. Тем не менее, исключительные требования могут изменить это правило. Ввиду этого будет выгодно снабдить каждый двигатель большим количеством полюсных выступов или катушек, число которых предпочтительно кратно двум и трем. Таким образом, простым изменением соединений катушек, двигатель может быть адаптирован к любым возможным требованиям.

Если число полюсов в двигателе четное, действие будет гармоничным и будет получен надлежащий результат; если это не так, лучший план, которому следует следовать, - это сделать двигатель с двойным числом полюсов и подключить его указанным выше способом, чтобы в результате получилось вдвое меньше полюсов. Предположим, например, что генератор имеет двенадцать полюсов, и было бы желательно получить скорость, равную 12/7 от скорости генератора. Для этого потребовался бы двигатель с семиполюсными выступами или магнитами, и такой двигатель нельзя было бы правильно подключить в цепях, если бы не было предусмотрено четырнадцать катушек якоря, что потребовало бы использования скользящих контактов. Чтобы избежать этого, двигатель должен быть снабжен четырнадцатью магнитами и семью подключенными в каждой цепи, магниты в каждой цепи чередуются между собой. Якорь должен иметь четырнадцать замкнутых катушек. Действие двигателя не будет таким совершенным, как в случае четного числа полюсов, но недостаток не будет носить серьезного характера.

Однако недостатки, возникающие в результате такой несимметричной формы, будут уменьшаться в той же пропорции, в какой увеличивается число полюсов.

Если генератор имеет, скажем, n, а двигатель - n₁ полюсов, то скорость двигателя будет равна скорости генератора, умноженной на n/n₁.

Скорость двигателя, как правило, зависит от количества полюсов, но из этого правила могут быть исключения. Скорость может быть изменена фазой токов в цепи или характером импульсов тока или интервалами между каждым или между группами импульсов. Некоторые из возможных случаев указаны на диаграммах, рис. 18, 19, 20 и 21, которые не требуют пояснений. На рис. 18 представлено общепринятое условие, которое обеспечивает наилучший результат. В таком случае, если типичная форма двигателя, показанная на фиг. используется 9, одна полная волна в каждой цепи произведет один оборот двигателя. На рис. 19 тот же результат будет достигнут одной волной в каждом контуре, импульсы будут последовательными; на рис. 20 - четырьмя, а на рис. 21 - восемью волнами.

Такими средствами может быть достигнута любая желаемая скорость, то есть, по крайней мере, в пределах практических требований. Эта система обладает этим преимуществом, помимо других, вытекающих из простоты. При полной нагрузке двигатели демонстрируют КПД, полностью равный КПД двигателей постоянного тока. Трансформаторы представляют собой дополнительное преимущество в их способности управлять двигателями. Они способны к аналогичным модификациям в конструкции и облегчат внедрение двигателей и их адаптацию к практическим требованиям. Их эффективность должна быть выше, чем у существующих трансформаторов, и я основываю свое утверждение на следующем:

В трансформаторе, сконструированном в настоящее время, мы создаем токи во вторичной цепи, изменяя силу первичных или возбуждающих токов. Если мы допустим пропорциональность по отношению к железному сердечнику, то индуктивный эффект, оказываемый на вторичную катушку, будет пропорционален численной сумме изменений силы возбуждающего тока в единицу времени; отсюда следует, что для данного изменения любое увеличение первичного тока приведет к пропорциональной потере. Для получения быстрых изменений силы тока, необходимых для эффективной индукции, используется большое количество колебаний; из этой практики вытекают различные недостатки. К ним относятся: повышенная стоимость и снижение эффективности генератора; большая трата энергии на нагрев сердечников, а также уменьшенная мощность трансформатора, поскольку сердечник не используется должным образом, слишком быстрые изменения. Индуктивный эффект также очень мал в определенных фазах, как будет видно из графического представления, и могут быть периоды бездействия, если есть интервалы между последующими импульсами тока или волнами. При производстве смещения полюсов в трансформаторе и, таким образом, индуцировании токов, индукция имеет идеальный характер, всегда поддерживается при ее максимальном действии. Также разумно предположить, что при смещении полюсов будет потрачено меньше энергии, чем при разворотах.