WikiDer > Метадин

Metadyne

А метадин это постоянный ток электрическая машина с двумя парами кисти. Его можно использовать как усилитель мощности или же вращающийся трансформатор. Это похоже на третья щетка динамо но имеет дополнительные обмотки регулятора или «вариатора». Он также похож на амплидин за исключением того, что последний имеет компенсирующую обмотку, которая полностью противодействует эффекту магнитного потока, создаваемого нагрузкой. Текущий. Техническое описание - «машина постоянного тока с поперечным полем, предназначенная для использования арматура реакция ". Метадин может преобразовывать постояннуюНапряжение вход в выход постоянного тока и переменного напряжения.

История

Слово метадин происходит от греческих слов, обозначающих преобразование силы.[1] Хотя считается, что это имя было придумано Джозефом Максимусом Пестарини (итальянский язык Джузеппе Массимо Пестарини) в документе, который он представил в Монтефиоре Международный конкурс на Вассал, Бельгия В 1928 году описываемый тип машины был известен с 1880-х годов. Первые известные британцы патент Генератор постоянного тока с перекрестным полем был получен А. И. Гравье из Парижа в 1882 г., а еще два патента были получены Э. Розенбергом в 1904 и 1907 гг.[2] Позже Розенберг стал главным инженером-электриком Метрополитен-Виккерс, и его машина создавала поперечное поле, замыкая дополнительный набор щеток.[3] М. Оснос рассмотрел практические устройства нескольких таких машин в 1907 г.[4] и в том же году Фелтон и Гийом получили британский патент под номером 26607, в котором описаны вспомогательные обмотки, обмотки якоря и несколько коммутаторов, хотя и в довольно общих чертах. Он также указал, что их можно использовать для преобразования постоянного напряжения в постоянный ток.[2] Другие патенты были получены до 1910 г. Мазер и Платт, Браун Боверей и Брюс Пиблз.[5]

Запасные угольные щетки Metadyne. Они индивидуально упакованы и вместе с этикетками запечатаны в пластик. Общая длина, включая соединительный провод и кольцо, составляет 115 мм. Толщина угольной пластины 8 мм.

Пестарини работал над разработкой теории таких машин между 1922 и 1930 годами, хотя он сосредоточился на их статических характеристиках, а не на их динамических характеристиках.[4] Он представил три статьи по этой теме в Revue Générale de l'Electricité в 1930 г.[5] который включал некоторые практические приложения. Основным из них было использование выхода постоянного тока для управления тяговыми двигателями на электромобилях и работы кранов, областей, в которых он имел некоторый практический опыт после испытаний в сочетании с Alsthom Компания во Франции.[6] В 1930 году он совершил поездку в Великобританию, и компания Metropolitan-Vickers взяла его идеи и разработала рабочую систему.[4] В отличие от решения Розенберга, Пестарини, который позже стал профессором Национального электротехнического института имени Галилео Феррариса в г. Турин, подключил дополнительные щетки к внешнему источнику питания, чтобы получить метадин трансформатора.[3] Машина работала как усилитель напряжения к току, потому что поток, создаваемый током в нагрузке, противодействовал потоку в цепи управления.[4] Работы по развитию в Metropolitan-Vickers в 1930-х годах возглавлял Арнольд Тастин, и компания владеет британскими патентами на Metadyne.[7]

Пестарини также посетил Соединенные Штаты в 1930 году, хотя сведений об использовании там системы нет. В General Electric инженеры во главе с Эрнст Александерсон, были заинтересованы, но изменили конструкцию, добавив компенсирующую обмотку, которая противодействовала влиянию магнитного потока, создаваемого током нагрузки. Это превратило машину из усилителя напряжения в усилитель напряжения в усилитель напряжения, и они назвали новый вариант Амплидин. Затраты на разработку в основном финансировались за счет военно-морских контрактов США на разработку вертикальных стабилизаторов, которые использовались для улучшения прицеливания и стрельбы из орудий на кораблях.[4] В тот же период компания Macfarlane Engineering Company, базирующаяся в Глазго, совершенно независимо разработала вариант универсальной машины, которую они назвали Магникон.[8]

Пестарини подал патент на установку метадина во Франции 14 января 1932 года и представил его в Патентное ведомство США в конце года, 23 декабря. Патент США был выдан 30 января 1934 г.[9] Он подал второй патент США на усовершенствованную машину в ноябре 1946 года, который был выдан 10 июня 1952 года.[10]

Операция

Три компоновки метадиновой машины постоянного тока с поперечным полем и конструкция Magnicon Макфарлейна.

На схеме показаны три компоновки машины метадина. Во всех случаях компенсационные обмотки опущены для ясности. Первая компоновка представляет собой одноцикловую поперечную машину. В обычной машине постоянного тока под действием тока возбуждения создается магнитный поток (A1), который, в свою очередь, генерирует квадратурный поток, расположенный под прямым углом к ​​возбуждающему потоку. При соединении квадратурных щеток вместе, в якоре создается ток, и создаваемый этим поток (A2) снова находится под прямым углом к ​​квадратурной оси, что приводит к реакции якоря, прямо противоположной исходному возбуждению. Эта особенность важна для машины и не зависит от направления ее вращения. Когда реакция якоря частично компенсируется компенсационной обмоткой, некомпенсированная часть реакции якоря действует таким образом.[11] По мере увеличения выходного тока он подавляет эффект возбуждения, пока не достигнет состояния, в котором возбуждения достаточно для поддержания тока. Любое дальнейшее увеличение приведет к исчезновению потока, который поддерживает его работу, и ток будет поддерживаться независимо от сопротивления нагрузки или создаваемой ею обратной ЭДС. Таким образом, машина действует как генератор постоянного тока, в котором ток пропорционален возбуждению.[12]

На второй схеме показана машина без обмотки возбуждения, но вместо этого на квадратурные щетки подается постоянное напряжение. Это создает магнитный поток, подобный тому, который создается вращением якоря в потоке возбуждения в первом примере. Таким образом, работа машины очень похожа: выходной ток увеличивается до тех пор, пока поток, который он создает, почти не противодействует потоку, создаваемому приложенным напряжением. Тастин показал, что входная и выходная мощность одинаковы, поэтому машина преобразует вход с постоянным напряжением в выход с постоянным током. Как и в случае с генератором метадина, трансформатор Metadyne может быть частично компенсирован и будет продолжать работать как устройство постоянного тока, пока компенсация не превысит 97 процентов.[13]

На третьей схеме показан метадин, подключенный к двум отдельным двигателям, и это устройство часто использовалось для управления тяговыми двигателями в электропоездах. Их соединение таким образом снижает эффективную нагрузку на Metadyne и позволяет устанавливать меньшую машину. Metadyne действует как «положительный или отрицательный усилитель». Если Vcc - напряжение питания, а V2 - выходное напряжение Metadyne, тогда общее напряжение на нагрузке может варьироваться от 0 до 2 · Vcc, так как V2 изменяется от −Vcc до + Vcc. Хотя система подвержена разбалансировке токов в двух половинах нагрузки, это можно исправить, установив дополнительные последовательные обмотки, которые действуют как дополнительное сопротивление цепи.[14]

Генератор Розенберга

Генератор Розенберга очень похож на генератор Метадина как по конструкции, так и по электрическому подключению. У него обычно нет компенсационной обмотки, так что вся реакция якоря противодействует начальному возбуждению. Части магнитной цепи обычно не ламинированы, что создает задержки между возбуждением и потоками, но машины используются в приложениях, где быстрая реакция не важна. В основном они используются в поездах, где они имеют привод от оси и используются для освещения и зарядки аккумуляторов.[15] Генератор с приводом от оси подвержен переменным скоростям и изменениям направления вращения, но характеристики машины позволяют ему вырабатывать полезную энергию вплоть до очень низких скоростей. На малых скоростях выходное напряжение увеличивается пропорционально квадрату скорости, но магнитная цепь вскоре становится насыщенной, что приводит к гораздо меньшему увеличению при увеличении скорости. При использовании в цепях, которые включают аккумуляторы, заряжаемые от выхода, обычно требуется выпрямитель или выключатель обратного тока, чтобы предотвратить разряд аккумуляторов через генератор на очень низких скоростях или при остановке поезда.[16]

Магникон

Magnicon, разработанный Macfarlane's в Шотландии, похож на Metadyne, но в то время как последний имеет двухполюсную обмотку якоря, Magnicon имеет четырехполюсную обмотку внахлест, и иногда его называют Metadyne с короткочастотной обмоткой. обмотка якоря. Они поставляются для управления подъемниками и лебедками на судах.[17] Статор Magnicon имеет четыре полярных выступа, разнесенных на 90 градусов, и одна пара из них возбуждена. Пара щеток, находящихся на одной оси с возбужденными полюсами, закорачивается, что приводит к сильному току. В магнитодвижущая сила (MMF) этого тока действует на невозбужденные полюса, создавая рабочий поток (Φ) и выходное напряжение. Как и в случае Metadyne с полным шагом, реакция якоря выходного тока сдвинута по фазе на 90 градусов и, следовательно, противостоит исходному возбуждению.[18] Преимущества перед обычным Metadyne заключаются в том, что количество возбуждающих и компенсирующих катушек сокращается вдвое до двух за цикл, а более короткий шаг катушек приводит к меньшему вылету на концах обмоток. Однако конструкция создает токи холостого хода в якоре, что приводит к потерям, и на более крупных машинах, где требуются промежуточные полюса, каждая межполюсная клемма должна быть оснащена двумя катушками, по одной на каждую щеточную цепь. Тастин утверждает, что у Magnicon мало преимуществ перед Metadyne для небольших машин, а для больших машин, которым требуется установка межполюсных контактов, для вынесения суждения был проведен недостаточный анализ.[19]

Использует

Метадины использовались для управления прицеливанием большие пушки и для контроля скорости в электропоезда, в частности Лондонский метрополитен O and P Stock. Они были заменены твердое состояние устройств.

Контроль тяги

Поезд лондонского метро CP (красный) в Апминстере. Первоначально они были оснащены элементами управления Metadyne и были первыми электрическими единицами, использующими рекуперативное торможение.

В начале 1930-х годов лондонское метро было осведомлено о разработке оборудования для метадин, происходящем в Метрополитен-Виккерс, и о потенциале рекуперативное торможение который он предоставил. Поэтому, прежде чем переходить к непроверенной системе, они построили испытательный поезд, переоборудовав шесть вагонов, первоначально построенных между 1904 и 1907 годами, для Столичная железная дорога. Работы проводились на Acton Works в 1934 году. Поскольку один блок метадина мог использоваться для управления четырьмя двигателями, а каждый автомобиль имел два двигателя, они были объединены в блоки с двумя автомобилями с кабиной водителя на внешних концах. Соединяя агрегаты вместе, можно было провести испытания двухвагонного, четырехвагонного и шестивагонного поезда. Блок метадина весил около 3 тонн и состоял из трех вращающихся машин, возбудителя, регулятора и собственно машины метадина, которые были связаны между собой механически. Электрически тяговое усилие подавалось на машину, а выходное - на двигатели без необходимости в пусковых сопротивлениях.[20]

Испытательный поезд проходил большую часть 1935 и 1936 годов, и его опробовали почти на всех электрифицированных путях на линии Метрополитен и Районная линия. После того, как концепция была доказана, поезд стал использоваться и для обслуживания пассажиров. Помимо рекуперативного торможения, ускорение оказалось особенно плавным. Когда было принято решение продолжить установку новой системы на стапелях O и P, испытательный поезд был разобран, а оборудование было установлено на трех аккумуляторные локомотивы[20] построенный Глостерская компания по производству вагонов и вагонов, которые были частью партии из девяти транспортных средств, поставленных в период с 1936 по 1938 год. Оборудование было особенно подходящим для аккумуляторных локомотивов, поскольку отсутствие пусковых сопротивлений уменьшало количество энергии, теряемой при частом запуске и остановке. На малых скоростях обычные системы управления часто перегреваются, но локомотивы, оборудованные метадинами, могут без проблем тянуть поезда массой 100 тонн на большие расстояния со скоростью до 3 миль в час (4,8 км / ч). Однако сложность оборудования и сложность обслуживания машины метадина привели к тому, что локомотивы использовались недостаточно, и в 1977 году они были отозваны на слом.[21]

Основная производственная партия O Stock составила 116 легковых автомобилей, которые были сформированы в 58 двухвагонных единиц. Испытания начались с группы из четырех автомобилей на линии Округа между Хай-стрит Кенсингтон и Путни-Бридж в сентябре 1937 г., и группа из шести автомобилей начала работать на Линия Hammersmith в январе 1938 года. Возникли некоторые технические проблемы, вызванные требованиями, предъявляемыми к системе электроснабжения, когда поезд из шести моторных вагонов стартовал, и количеством энергии, которое такой поезд пытался вернуть в систему, когда использовались рекуперативные тормоза. . Это было частично смягчено путем заказа еще 58 вагонов-прицепов и преобразования каждой единицы с двумя вагонами в группу с тремя вагонами путем включения вагона с прицепом в строй. Затем была заказана партия P Stock для замены поездов на линии Metropolitan. Хотя блоки O и P Stock могли быть соединены вместе, блоки metadyne, в частности, не были одинаковыми, и их нельзя было менять местами между сборками. К началу 1950-х годов это было серьезным недостатком, когда произошла серия отказов, потребовавших капитального ремонта. Было принято решение снять оборудование и заменить его системой пневматического кулачкового двигателя (PCM) с использованием запасных контроллеров из трубного запаса 1938 года. Первый переоборудованный поезд был введен в эксплуатацию 31 марта 1955 года, и парк был переименован в CO / CP Stock, поскольку в нем были вагоны обеих партий. Впоследствии было заменено все оборудование метадина.[22]

Несмотря на недостатки, которые привели к его упадку, система metadyne, представленная в 1936 году на поездах O Stock, была первой в мире, которая обеспечивала рекуперативное торможение на электрическом агрегате. Ускорение было более плавным, чем в поезде, который переключал пусковые сопротивления, а при торможении блок метадина возвращал мощность на рельсы, которые при необходимости могли использовать другие поезда. Однако условия не всегда были идеальными, и подстанции на самом деле не были рассчитаны на регенерацию, что означало, что часто поезд переключался на реостатическое торможение, где мощность рассеивалась в банке сопротивления. Вес оборудования тоже был серьезным недостатком.[1]

Контроль над огнестрельным оружием

В период непосредственно перед Вторая мировая войнавозрастал интерес к механизму управления оружием, хотя военные власти нервничали по поводу введения сложной системы, которую нужно было поддерживать в полевых условиях. Однако с увеличением скорости самолетов необходимость в том, чтобы прожекторы, зенитные орудия и военно-морские орудия могли двигаться все быстрее, чтобы отслеживать их движение, означала, что некоторая форма механического управления была необходима. Инженеры столкнулись с проблемой заставить тяжелое оборудование, такое как ружье на его монтажной тележке, плавно и точно отслеживать входной сигнал, с очень небольшой задержкой между изменениями на входе и фактическим положением ружья. устанавливать. Орудие должно было быть постоянно нацелено на цель и двигаться с правильной скоростью, чтобы оставаться таковой.[23]

Человек-оператор предвидит ошибки, а также может компенсировать известные задержки в работе системы. Имитация этого поведения была достигнута для электронных сигналов и маломощных электромеханических систем, но управление оружием было в совершенно ином масштабе: машины весом в тонны и обладали значительной инерцией, требующей движения со скоростью до 30 градусов в секунду, и ускорениями. 10 градусов в секунду2. В 1937 г. Адмиралтейство разместил заказ у Митрополит Виккерс для системы управления восьмиствольным Помповый пистолет. Пестарини разработал аналогичную систему для итальянского флота. В первоначальной конструкции использовался один Metadyne для подачи постоянного тока на якоря двигателей, установленных на нескольких пушках. Затем каждый из них контролировался путем ручной регулировки тока возбуждения. Тастин, который выполнил большую часть проектных работ, обнаружил, что система имеет большую постоянную времени из-за индуктивности обмоток возбуждения. Чтобы улучшить его реакцию, он снабдил обмотки возбуждения постоянным током и использовал частично компенсированный Metadyne для управления током якоря каждого двигателя. Тастин сравнил Уорд Леонард контроль систем, Metadynes и Amplidynes, и признал, что каждый из них имеет свои достоинства, но отдавал предпочтение Metadyne, с которым он имел несколько лет опыта их использования в трекшн-контроле.[7]

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ а б Брюс 1970, п. 165
  2. ^ а б Тастин 1952, п. 163
  3. ^ а б Даммелоу 1949, п. 156
  4. ^ а б c d е Беннетт 1993, п. 10
  5. ^ а б Тастин 1952, п. 300
  6. ^ Тастин 1952С. 163-164.
  7. ^ а б Беннетт 1993, п. 131
  8. ^ Тастин 1952, п. 164
  9. ^ «Патент US1945447 - Управление электродвигателями». Патентное ведомство США. Получено 10 марта 2013.
  10. ^ «Патент US1945447 - Двигатель Metadyne». Патентное ведомство США. Получено 10 марта 2013.
  11. ^ Тастин 1952, п. 179.
  12. ^ Тастин 1952С. 180-181.
  13. ^ Тастин 1952С. 181–182.
  14. ^ Тастин 1952С. 182-183.
  15. ^ Тастин 1952С. 183–184.
  16. ^ Тастин 1952С. 185–186.
  17. ^ Тастин 1952, п. 187.
  18. ^ Тастин 1952С. 189–190.
  19. ^ Тастин 1952С. 190–191.
  20. ^ а б Брюс 1970, стр. 134–135
  21. ^ Брюс 1987, п. 30
  22. ^ Брюс 1970С. 135-136.
  23. ^ Беннетт 1993С. 130–131.

Библиография