Войти
Metadyne является постоянным током электрической машины с двумя парами щеток. Его можно использовать как усилитель или вращающийся трансформатор. Он похож на динамо-машину с третьей щеткой, но имеет дополнительную обмотку регулятора или «вариатора». Он также похож на амплидин, за исключением того, что последний имеет компенсирующую обмотку, которая полностью противодействует влиянию магнитного потока, создаваемого током нагрузки. Техническое описание - «машина постоянного тока с поперечным полем, предназначенная для использования реакции якоря ». Metadyne может преобразовать далее константа напряжения вход в выходной сигнал постоянного тока, переменного напряжения.
Слово метадин происходит от греческих слов, обозначающих преобразование силы. Хотя считается, что это название было придумано Джозефом Максимусом Пестарини ( итальянский язык Джузеппе Массимо Пестарини) в статье, которую он представил на Международном конкурсе Монтефиоре в Льеже, Бельгия, в 1928 году, тип описываемой машины был известен со времен 1880-е гг. Первый известный британский патент на генератор постоянного тока с перекрестным полем был получен А. И. Гравье из Парижа в 1882 году, а еще два патента были получены Э. Розенбергом в 1904 и 1907 годах. Позже Розенберг стал главным инженером-электриком в Metropolitan- Виккерс и его машина создавали поперечное поле путем короткого замыкания дополнительного набора щеток. М. Оснос рассмотрел практические устройства нескольких таких машин в 1907 году, и в том же году Фелтон и Гийом получили британский патент под номером 26607, в котором описывались 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. Другие патенты были получены до 1910 г. Mather amp; Platt, Brown Boverei и Bruce Peebles.
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 плиты 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. Он опубликовал три статьи на эту тему в журнале Revue Générale de l'Electricité в 1930 году, которые включали некоторые практические приложения. Основным из них было использование выхода постоянного тока для управления тяговыми двигателями электромобилей и работы кранов - областей, в которых он имел некоторый практический опыт после испытаний, проведенных совместно с компанией Alsthom во Франции. В 1930 году он совершил поездку в Великобританию, и компания Metropolitan-Vickers взяла его идеи и разработала рабочую систему. В отличие от решения Розенберга, Пестарини, который позже стал профессором Национального электротехнического института Галилео Феррариса в Турине, подключил дополнительные щетки к внешнему источнику питания, чтобы произвести метадин трансформатора. Машина работала как усилитель напряжения к току, потому что поток, создаваемый током в нагрузке, противодействовал потоку в цепи управления. Работы по развитию в Metropolitan-Vickers в 1930-х годах возглавлял Арнольд Тастин, и компания обладала британскими патентами на Metadyne.
Пестарини также посетил Соединенные Штаты в 1930 году, хотя сведений об использовании там системы нет. В General Electric инженеров во главе с Александерсон, были заинтересованы, но модифицировали конструкцию путем добавления компенсирующей обмотки, которая противодействует эффект потока, создаваемого током нагрузки. Это превратило устройство из усилителя напряжения в усилитель напряжения в усилитель напряжения, и они назвали новый вариант Amplidyne. 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. В тот же период компания Macfarlane Engineering Company, базирующаяся в Глазго, совершенно независимо разработала вариант кросс-полевой машины, которую они назвали Magnicon.
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 предоставлен 30 января 1934 года. В ноябре 1946 года он подал второй патент США на усовершенствованную машину, которая была выдана 10 июня 1952 года.
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 действие тока возбуждения генерирует 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, которая прямо противоположна первоначальному 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. 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.
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 постоянного напряжения в выход постоянного тока. 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.
На третьей схеме показан метадин, подключенный к двум отдельным двигателям, и это устройство часто использовалось для управления тяговыми двигателями в электропоездах. Их такое соединение снижает эффективную нагрузку на Metadyne и позволяет установить меньшую машину. Metadyne действует как «положительный или отрицательный усилитель». Если Vcc - это напряжение питания, а V 2 - выходное напряжение Metadyne, то полное напряжение на нагрузке может изменяться от 0 до 2 Vcc, так как V 2 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.
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. 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.
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 коротким шагом. обмотка якоря. Они поставлялись для управления подъемниками и лебедками на судах. 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. Магнитодвижущая сила (МДС) этот ток действует на невозбужденных полюсах, создавая рабочий поток (Ф) и выходное напряжение. Как и в случае с Metadyne с полным шагом, реакция якоря выходного тока сдвинута по фазе на 90 градусов и, следовательно, противостоит исходному возбуждению. 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 такая 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.
Метадины использовались для управления прицеливанием крупных орудий и для управления скоростью в электропоездах, в частности в лондонском метро O и P Stock. На смену им пришли твердотельные устройства.
Поезд лондонского метро CP (красный) в Апминстере. Первоначально они были оснащены элементами управления Metadyne и были первыми электрическими единицами, в которых использовалось рекуперативное торможение. В начале 1930-х годов лондонское метро было осведомлено о разработке оборудования метадин, происходящем в Метрополитен-Виккерс, и о возможностях рекуперативного торможения, которые оно предоставляло. Поэтому, прежде чем перейти к непроверенной системе, они построили испытательный поезд, переоборудовав шесть вагонов, первоначально построенных между 1904 и 1907 годами для Метрополитенской железной дороги. Работа проводилась на заводе 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 поезда с двумя, четырьмя и шестью вагонами. 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.
Испытательный поезд прошел большую часть 1935 и 1936 годов и был опробован почти на всех электрифицированных путях на линии Метрополитен и линии Округа. После того, как концепция была доказана, поезд стал использоваться и для обслуживания пассажиров. Помимо рекуперативного торможения, ускорение оказалось особенно плавным. Когда было принято решение приступить к установке новой системы на стапелях O и P, испытательный поезд был разобран, а оборудование было установлено на трех аккумуляторных локомотивах, построенных Gloucester Railway Carriage and Wagon Company, которые были частью партии девять транспортных средств были поставлены в период с 1936 по 1938 год. Оборудование было особенно подходящим для аккумуляторных локомотивов, поскольку отсутствие пусковых сопротивлений уменьшало потери мощности 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.
Основная производственная партия O Stock составила 116 легковых автомобилей, которые были объединены в 58 двухвагонных единиц. Испытания начались с формирования группы из четырех автомобилей на линии Округа между Хай-стрит, Кенсингтон и Путни-Бридж в сентябре 1937 года, а группа из шести автомобилей начала работать на линии Хаммерсмит в январе 1938 года. Возникли некоторые технические проблемы, вызванные предъявляемыми требованиями. о системе электроснабжения при запуске поезда из шести моторных вагонов и о количестве энергии, которое такой поезд пытался вернуть в систему при использовании рекуперативных тормозов. 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, которые потребовали 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 Metadyne.
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, при котором мощность рассеивалась в банке сопротивления. Вес оборудования тоже был серьезным недостатком.
В период непосредственно перед Второй мировой войной возрастал интерес к средствам управления оружием с механическим приводом, хотя военные власти нервничали по поводу введения сложной системы, которую необходимо было поддерживать в полевых условиях. Однако с увеличением скорости самолетов необходимость в том, чтобы прожекторы, зенитные орудия и военно-морские пушки могли двигаться еще 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. Пушка должна была всегда быть нацелена на цель и двигаться с правильной скоростью, чтобы оставаться таковой.
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 секунду 2. В 1937 году Адмиралтейство разместило заказ у Metropolitan Vickers на систему управления для восьмиствольного пистолета Pom-Pom. 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 системы управления Ward Leonard, Metadynes и Amplidynes, и согласился с тем, что каждая из них имеет свои достоинства, но отдавал предпочтение системе Metadyne, которую он уже несколько лет использовал в противобуксовочной системе.
