Дугостаторный двигатель


Диссертация на тему «Низкоскоростной дугостаторный асинхронный двигатель для станков-качалок малодебитных нефтяных скважин» автореферат по специальности ВАК 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

1. Абдулин Ф.С. Добыча нефти и газа / Ф.С. Абдулин. М.: Недра, 1983. 256 с.

2. Авторский надзор и техническое сопровождение опытной эксплуатации опытного образца электродвигателя ДАД 750-150 УХЛ1: Отчет о НИОКР №06z0766/2006/154 / Рук. П.Н. Цылев. Пермь, 2007. 40 с.

3. Адонин А. Н. Добыча нефти штанговыми насосами / А.Н. Адонин. М.: Недра, 1979. 425 с.

4. Адонин А.Н. Процессы глубиннонасосной добычи нефти / А.Н. Адонин. М.: Недра, 1964. 263 с.

5. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров / А. Анго; пер. с фр. под общ. ред. К.С. Шифрина. М.: Наука, 1964. 772 с.

6. Андреев В.В. Справочник по добыче нефти / В.В. Андреев, K.P. Уразаков, В. У. Далимов. Москва: Изд-во: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. 374 с.

7. Артемьев Б.А. Обобщенная теория электрической машины со сплошным ротором / Б.А. Артемьев. Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1985. 188 с.

8. Архипов К.И. Справочник по станкам-качалкам / К.И. Архипов, В.И. Попов, И.В. Попов. Альметьевск, 2000. 146 с.

9. Асинхронные электродвигатели для привода станков-качалок / vнизкодебитных скважин / Е.М. Огарков и др. // Наука производству:

10. Научно-технический журнал / Перм. гос. техн. университет. Пермь: ПермГТУ, 2006. №1. С. 39-40.

11. Беляев Е.Ф. Дискретно-полевые модели электрических машин: учеб. пособие. Ч. I, II / Е.Ф. Беляев, Н.В. Шулаков. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. 457 с.

12. Бойко Е. П. Асинхронные двигатели общего назначения / Е.П. Бойко, Ю.В. Гаинцев, Ю.М. Ковалев и др. М.: Энергия 1980.488 с.

13. Борисенко А.И. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах / А.И. Борисенко, В.Г. Данько, А.И. Яковлев. М.: Энергия, 1974. 560 с.

14. Бородин Д.А. Разработка математических моделей дугостаторных асинхронных двигателей с одним и несколькими статорами: автореферат к дис. . канд. техн. наук/ Д.А. Бородин. Москва: МЭИ, 1992. 20с.

15. Брук И.С. Теория асинхронного двигателя с массивным ротором / И.С. Брук // Вестник теоретической и экспериментальной электротехники. 1929. №5. С. 175-193.

16. Брынский Е.А. Электромагнитные поля в электрических машинах / Е.А. Брынский, Я.Б. Данилевич, В.И. Яковлев. JL: Энергия, 1979.176 с.

17. Веселовский О.Н. Линейные асинхронные двигатели / О.Н. Веселовский, А.Ю. Коняев, Ф.Н. Сарапулов. М.: Энергоатомиздат, 1991. 256 с.

18. Веселовский, О.Н. Расчет характеристик низкоскоростных линейных асинхронных двигателей Текст. / О.Н. Веселовский // Электричество. 1980. №5. С. 26-31.

19. Вилнитис А.Я. Концевой эффект в линейных асинхронных двигателях. Задачи и методы решения / А.Я. Вилнитис, М.С. Дриц. Рига: Зинатне, 1981.258 с.

20. Вирновский A.C. Теория и практика глубиннонасосной добычи нефти / A.C. Вирновский. М.: Недра, 1982. с. 267.1. V г. е

21. Вольдек А'. И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом / А.И. Вольдек. Л.: Энергия, 1970. 272 с.

22. Вольдек А.И. Метод расчета характеристик линейных дуговых индукционных машин с учетом влияния продольного краевого эффекта / А.И. Вольдек, Е.В. Толвинская // Магнитная гидродинамика. 1971. № 1. С.84-90.

23. Вольдек А.И. Продольный краевой эффект во вторичной цепи индукционных машин и насосов для жидких металлов с разомкнутым магнитопроводом / А. И. Вольдек // Изв. вузов. Сер. «Электромеханика». 1960. №3. С. 17-22.

24. Вольдек А.И. Электрические машины. Учеб. для студ. втузов / А.И. Вольдек. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1974. 840 с.

25. Гольдберг О. Г. Проектирование электрических машин / О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко. М.: Высш. шк, 1984. 431 с.

26. Грайфер В.И. Оптимизация добычи нефти глубинными насосами / В.И. Грайфер, С.Б. Ишемгужин, Г.А. Яковенко. Казань: Таткнигоиздат, 1973. 213 с.

27. Девликамов В.В. Интенсификация работы глубиннонасосных скважин / В.В. Девликаов, C.JI. Олифер, Г.Н. Конышенко. Уфа: Башкнигоиздат, 1970. 71 с.

28. Дриц М. С. Концевой эффект в линейной индукционной МГД машине с учетом конечной длины индуктора. Математическая модель / М. С. Дриц // Магнитная гидродинамика. 1982. №4. С.89-95.

29. Епифанов А.П. Основные вопросы проектирования тяговых ЛАД. Часть 3. Определение характеристик и параметров / А.П. Епифанов // Электротехника. 1992. № 10. С. 12-16.

30. Епифанов А.П. Расчетно-теоретические исследования нормальных сил в тяговых линейных асинхронных двигателях / А.П. Епифанов, A.M. Лебедев // ИВУЗ, Электромеханика. 1985. № 9. С. 39-43.

31. Ивановский В.Н. Скважинные насосные установки для добычи нефти / В.Н. Ивановский, В.И. Дарищев, A.A. Сабиров. М.: ГУП, Нефть и газ, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2002. 824 с.

32. Иванов-Смоленский A.B. Метод проводимостей зубцовых контуров и его применение к электромагнитному расчету ненасыщенной электрической машины с двусторонней зубчатостью сердечников / A.B. Иванов-Смоленский//Электричество. 1976. №9. С. 18-28.

33. Иванов-Смоленский A.B. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах / A.B. Иванов-Смоленский, Ю.В. Абрамкин, А.И. Власов, В.А. Кузнецов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 216 с.

34. Ижеля Г.И. Линейные асинхронные двигатели / Г.И. Ижеля, С.А. Ребров, А.Г. Шаповаленко. Киев: Техника, 1975. 136 с.

35. Кислицын А.Л. Методы исследования линейных асинхронных машин / А.Л. Кислицын, Н.И. Солнышкин, A.M. Крицштейн, А.Д. Эрнст. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1979. 98 с.

36. Коняев А.Ю. К выбору тепловых нагрузок линейных индукторов /А.Ю. Коняев // Специальные электрические машины и электромашинные системы: Межвуз. сб. науч. тр. / Перм. политехи, ин-т. Пермь, 1978. С.45-49.

37. Копылов И. П. Проектирование электрических машин / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин. Изд. 3-е, испр. и доп. М.: Высш. шк, 2002. 757 с.

38. Копылов И.П. Численное моделирование линейных асинхронных двигателей высокоскоростных транспортных систем / И.П. Копылов, Е.Ф. Беляев //Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1977, №3. С. 61- 69.

39. Коротаев А.Д. Поперечные усилия в линейных асинхронных двигателях / А.Д. Коротаев // Электрические машины и электромашинные системы: Межвуз. сб. науч. тр. / Перм. политехи, ин-т. Пермь, 1987. С. 13-18.

40. Кравчик Э.А. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. М.: Энергоатомиздат, 1982. 504с.

41. Круминь Ю.К. Взаимодействие бегущего магнитного поля с проводящей средой / Ю.К. Круминь. Рига: Зинатне, 1969. 258 с.

42. Круминь Ю.К. Основы теории и расчета устройств с бегущим магнитным полем / Ю.К. Круминь. Рига: Зинатне, 1983. 278 с.

43. Куцевалов В.М. Асинхронные и синхронные машины с массивным ротором / В.М. Куцевалов. М.: Энергия, 1979. 160 с.

44. Куцевалов В.М. Вопросы теории и расчета асинхронных машин с массивными роторами / В. М. Куцевалов. М.: Энергия, 1966. 302 с.

45. Лиелпетер Я. Я. Жидкометаллические индукционные МГД-машины / Я.Я. Лиелпетер. Рига: Зинатне, 1969.246 с.

46. Лищенко А.И. Асинхронные машины с массивным ферромагнитным ротором / А.И. Лищенко, В.А. Лесник. Киев: Наукова думка, 1984. 168 с.

47. Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти: учеб. пособие / И.Т. Мищенко. Москва: Изд-во "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. 816 с.

48. Многофазные индукторные машины в дуговых и плоских исполнениях / Г.И. Штурман, H.H. Левин // Бесконтактные электрические машины:сборник статей / АН Латв. ССР, Физ.-энерг. ин-т. Рига: Зинатне, 1963. Вып. З.С. 183-196.

49. Мухаметзянов А. К. Добыча нефти штанговыми насосами / А. К. Мухаметзянов, И. Н. Чернышов, А. И. Липерт, С.Б. Ишемгужин. М.: Недра, 1993. 352 с.

50. Огарков Е. М. Исследование влияния продольных краевых эффектов на статические характеристики линейных асинхронных двигателей: дис. . канд. техн. наук. Пермь, 1974. 223 с.

51. Огарков Е. М. Квазитрехмерная теория линейных асинхронных двигателей / Е.М. Огарков. Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2003. 240 с.

52. Огарков Е.М. Теоретическое исследование концевого эффекта линейных асинхронных двигателей / Е.М. Огарков // Электрические машины и электромашинные системы: Межвуз. сб. науч. тр. / Перм. политехи, ин-т. Пермь, 1987. С. 6-13.

53. О допущениях и принципах построения расчетной модели распределенного активного слоя / В.М. Казанский, В.Н. Зонов // Асинхронные электродвигатели с распределенным активным слоем статора: сб. науч. тр. /НЭТИ. Новосибирск, 1972. С.26-33.

54. Охременко Н.М. Поперечный краевой эффект в плоских линейных индукционных насосах / Н.М. Охременко // Магнитная гидродинамика. 1965. №3. С.86-93.

55. Пат. Привод станка-качалки для добычи нефти из низкодебитных скважин №47990 от 10.09.2005.

56. Повышение эффективности добычи нефти из низкодебитных скважин / Е. М. Огарков и др. // Нефтегазовое и горное дело. Пермь, 2005. Вып.6. С. 172-175.

57. Постников И.М. Проектирование электрических машин / И.М. Постников. Киев: Государственное Издательство технической литературы УССР, 1952. 736 с.

58. Постников И.М. Расчет бегущего электромагнитного поля в многослойных средах / И.М. Постников, Л.Г. Безусый //Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1970. №6. С. 49-49.

59. Постников И.М. Расчет бегущего электромагнитного поля в слоистой проводящей среде / И.М. Постников, Л.П. Нижник, A.A. Березовский, А.Н. Кравченко // Электричество. 1965. № 9. С. 1-7.

60. Продольный краевой эффект линейных индукционных двигателей с учетом характера распределения поля в концевых зонах / Е.М.Огарков, В.В. Тиунов // Специальные системы электропривода: Сб. науч. тр. / Перм. политехи, ин-т. Пермь, 1973. №133. С.29-36.

61. Расчет характеристик линейных индукционных машин с учетом несимметрии, вызываемой продольным краевым эффектом / В.В. Тиунов, Е.М. Огарков // Специальные системы электропривода: Сб. науч. тр. / Перм. политехи, ин-т. Пермь, 1973. № 133. С. 60-69.

62. Русов В.А. Расчет асинхронных двигателей с массивным ферромагнитным ротором / В.А. Русов // Электрические машины и электромашинные системы: Межвуз. сб. науч. тр. / Перм. политехи, ин-т. Пермь, 1987. С. 2227.

63. Сарапулов Ф.Н. Математические модели линейных индукционных машин на основе схем замещения / Ф.Н. Сарапулов, С.Ф. Сарапулов, П. Шымчак.г2005.431 с.

64. Сарапулов Ф.Н. Детализированная структурная схема тепловой цепи линейного асинхронного двигателя / Ф.Н. Сарапулов, А.И. Прохоров // Электрические машины и электромашинные системы: Сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2005. С. 68-73.

65. Свечарник Д.В. Линейный электропривод / Д.В. Свечарник. М.: Энергия, 1979. 152 с.

66. Сергеев П. С. и др. Проектирование электрических машин / П.С. Сергеев, Н.В. Виноградов, Ф.А. Горяинов. Изд. 3-е, переработ, и доп. М.: Энергия, 1969. 632 с.

67. Сипайлов Г.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах: учеб. для вузов. / Г.А. Сипайлов, Д.И. Санников, В.А. Жадан. М.: Высшая школа, 1989. 239 с.

68. Соколов М.М. Электропривод с линейными двигателями / М.М. Соколов, JI.K. Сорокин. М.: Энергия, 1974. 136 с.

69. Тамм И.Е. Основы теории электричества: учеб. пособие для вузов / И.Е. Тамм. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. 504 с.

70. Теория и методы расчета асинхронных турбогенераторов / И. М. Постников и др. / АН УССР (Киев), Ин-т электродинамики АН УССР (Киев). Киев: Наукова думка, 1977. 176 с.

71. Тихоходные асинхронные электродвигатели малой мощности / A.M. Бурмакин, Е. М. Огарков // Нефтегазовое и горное дело. Пермь, 2005. Вып.6. С. 176-178.

72. Тихоходные асинхронные электродвигатели малой мощности / О.С. Веглин, А.Д. Коротаев, Е. М. Огарков, П.Н. Цылев // Электрические машины и электромашинные системы: Сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2005. С. 49-54.

73. Фридкин П.А. Безредукторный дугостаторный электропривод. Л.: Энергия, 1970. 140 с.

74. Фридкин П.А. Дуговые статоры, как электрические аппараты для вращения рабочих машин / П.А. Фридкин // Электричество. 1937. № 7, 8, С.26-31,28-34.

75. Штокман И.Г. Основы создания магнитных транспортных установок / И.Г. Штокман. М.: Недра, 1972. 192 с.

76. Штурман Г.И. Основные уравнения и схемы замещения асинхронного двигателя индукторного типа / Г. И. Штурман, Н.Н. Левин // Известия вузов. Электромеханика. 1961. № 2. С. 27-33

77. Шулаков Н.В. Схема замещения линейного асинхронного двигателя / Н.В. Шулаков, Е.М. Огарков, A.M. Бурмакин // Электротехника. 2010. №6. С. 913.

78. Шулаков Н.В. Тепловые процессы дугостаторного асинхронного двигателя / Н.В. Шулаков, A.M. Бурмакин // Электротехника. 2010. №6. С. 14-19.

79. Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей / С. Ямамура. Л.: Энергоатомиздат, 1983. 180 с.

80. Alves M.F. Single-Sided Linear Induction Motor with Magnetic Material in the Secondary / M.F. Alves, P.E. Burke // IEEE Conference Record of IAS/1973, Eighth Annual Meeting, Milwaukee, Wisconsin, U.S.A., 8-11 October 1973. P. 321-329.

81. Pohl R. Theory of Pulsating-Field Machines. J. 1EE. 1946, vol. 93, pt. 2. No. 31, P. 31-40.

www.dissercat.com

Дугостаторный асинхронный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствапх вращательного движения. Цель изобретения - снижение времени разгона. Устройство содержит ротор на барабане 6 и два дуговых статора 1, расположенных диаметрально друг против друга. Ротор содержит две половины 3 и 4 магнитопроводов с паазами. В пазах половины 3 размещена короткозамкнутая обмотка. Во второй половине 4 массивного магнитопровода имееются продольные пазы. Механическая характеристика двигается первой половины 3 магнитопровода ротора жесткая, а для второй половины 4 магнитопровода ротора механическая характеристика мягкая с максимальным моментом при пуске. Суммарная механическая характеристика с большим пусковым моментом обеспечивает короткие пусковые свойства двигателя и снижает время разгона ротора до установившейся скорости. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 H 02 К 41/025

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (2!) 4274643/24-07 (22) 03.07.87 (46) 07.01.90. Вюл. Р 1 (71) Уральский политехнический институт им. С.N.Êèðîâà и Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (72) С,В,Карась, В.С.Проскуряков, Ф.Н.Сарапулов, С.В.Соболев и N.Â.éð÷åíêî (53) 621.313.13 (088.8) (56) фридкин П.А, Везредукторный дугостаторный электропривод.

Энергия, 1970. (54) ДУГОСТАТОРНЫЙ АСИНХРОННЫЙ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах вращательного дви„„SU„„1534 SS А1

2 жения. Цель изобретения — снижение времени разгона, Устройство содержит. ротор на барабане 6 и два дуговых статора 1, расположенных диамет рально друг против друга. Ротор содержит две половины 3 и 4 магнитопроводов с пазами. В пазах половины

3 размещена короткозамкнутая обмот" ка. Во второй половине 4 массивного магнитопровода имеются продольные пазы, Механическая характеристика двигателя первой половины 3 магнитоо провода ротора жесткая, а для второй половины 4 магнитопровода ротора механическая характеристика— мягкая с максимальным моментом при пуске. Суммарная механическая харак" теристика с большим пусковым моментом обеспечивает короткие пусковые свойства. двигателя и снижает время разгона ротора до установившейся скорости. 2 ил.

1534665

Изобретение относится к электро1 технике, в частности может быть использовано в дугостаторных электродвигателях различных приводов вращательного движения.

Цель изобретения — снижение времени разгона ротора, На фиг.1 показана конструкция электродвигателя, на фиг,2 — механические характеристики электродвигателя.

Дугостаторный асинхронный электродвигатель содержит два одинаковых статора 1 с обмотками 2, расположенных симметрично и диаметрально противоположно друг к другу, магни топровод ротора, состоящий иэ двух половин 3 и 4. Одна половина 3 маг нитопровода выполнена в виде сталь1, ного сердечника с пазами, в которые

:уложена короткозамкнутая обмотка 5 ротора. Вторая половина 4 магнито.провода ротора представляет собой стальную массивную полосу с пазами. 06e половины 3 и 4 магнитопровода

1 ротора закреплены на поверхности ! ! барабана 6.

Электродвигатель работает следующим образом.

При подключении обмоток 2 к источ1 нику трехфазного напряжения они соз, дают бегущее магнитное поле, кото рое, взаимодействуя с обмотками на роторе, создает вращающий момент, 1 вращающий барабан 6.

Активная зона взаимодействия статора с ротором определяется суммарной длиной статоров 1„ = 2 21.. При .,любом положении ротора половина активной. зоны перекрывает первую половину 3 магнитопровода ротора, а другая половина активной эоны— вторую половину 4 магнитопровода ротора.

Обмотка 5 первой половины 3 магнитопровода ротора обеспечивает жесткую механическую характеристику 7 (фиг.2), Вторая половина 4 магнитопровода ротора в виде массивной стальной полосы с пазами обеспечивает мягкую характеристику 8 (фиг.2) с большим пусковым моментом. Наличие продольных пазов на поверхности массивного стального ротора позволяет изменять эквивалентное электрическое сопротивление ротора для половины 4 магнитопровода. Размеры пазов половины 4 магнитопровода ротора выбираются такими, чтобы эквивалентное сопротивление ротора обеспечивало критическое скольжение, близкое к

SK 1,0.

В целом суммарная механическая характеристика 9 электродвигателя определяется суммой характеристик 7 и 8 (фиг.2). Как видно из фиг.2, суммарная механическая характеристика обладает достаточной жесткостью, а пусковой момент близок к

25 максимальному. Это позволяет обеспечить хорошие пусковые свойства и сократить время разгона ротора электродвигателя до установившейся скорости, примерно на (5-10), 30

Формула из обре тения

Дугостаторный асинхронный электродвигатель, содержащий два дуго35 вь с а ора, расположен е с ме рич но и диаметрально противоположно друг к другу, и магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой, уложенной в пазы, отличающийся

4р тем, что, с целью снижения времени разгона ротора, магнитопровод ротора выполнен иэ двух половин, причем . одна половина магнитопровода содержит в пазах короткозамкнутую обмот45 ку> а вторая половина выполнена массивной стальной с продольными пазами.

Составитель Б.Ильин

Редактор H,ßöoëà Техред M.Õoäàíè÷ Корректор О.Ципле

Заказ 52 Тираж 439 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101

   

www.findpatent.ru

Глава

Глава первая

общие сведения о линейных асинхронных двигателях

1.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАД

^Наиболее просто можно представить себе ЛАД, если мыс­ленно разрезать по образующей цилиндра обычный асинхрон­ный двигатель и развернуть его в плоскость. На рис. 1.1,а ус­ловно изображена конструкция асинхронного двигателя, ротор которого представлен в виде полого медного цилиндра. Если Щ статора вырезать и оставить в конструкции часть, соответ­ствующую некоторому центральному углу а, то получится так называемый дугостаторный или сегментный двигатель (рис. 1.1,6), который по характеру электромагнитных процессов^ может рассматриваться как модификация ЛАД^^Важной ег Техническом и эксплуатационном отношениях особенностью

дугостаторного двигателя является зависимость частоты вра­щения ротора не только от полюсного деления и частоты тока в обмотке статора, но и от угла а: при заданном числе пар полюсов р и частоте сети / частота вращения ротора будет тем ниже, чем меньше угол а. Эта возможность редукции частоты вращения оказывается удобной для привода тихоходных вра­щающихся устройств большого диаметра (шаровые мельницы, поворотные круги и т. п.).

Если разрезать и развернуть в плоскость асинхронный дви­гатель, то длины первичной и вторичной частей будут практи­чески одинаковыми и по мере движения их относительно друг друга будет сокращаться активная зона машины и ухудшать­ся все ее характеристики. Чтобы избежать этого, в зависимо­сти от технических условий поступают двояким образом: либо первичную часть — индуктор («бывший статор») выполняют коротким, а вторичную часть — бегун («бывший ротор») — длинным (рис. 1.1,в), либо индуктор выполняют длинным, а вторичную часть —короткой (рис. 1.1,г).

Топологической разновидностью ЛАД является цилиндри­ческий (трубчатый) асинхронный двигатель (рис. 1.1,5).

В этом двигателе цилиндрические катушки обмотки размеща­ются в индукторе и соединяются друг с другом таким образом, чтобы вдоль оси цилиндра возникло бегущее поле; вторичный элемент имеет вид штока, совершающего поступательное дви­жение.

Плоские ЛАД, в свою очередь, могут иметь две основные конструктивные разновидности: двусторонние (рис. 1.2,а) и од­носторонние (рис. 1.2,6). В двусторонних ЛАД вторичная часть перемещается в зазоре между двумя индукторами, в односто­ронних ЛАД магнитный поток индуктора замыкается через об­ратный (пассивный) магнитопровод.

Следующим отличительным признаком является конструк­ция вторичного элемента (рис. 1.3). Самым простым является вторичный элемент в виде изотропной проводящей шины (рис. 1.3,а). Часто встречаются показанные на рис. 1.3,6 вто­ричные элементы в виде медной или алюминиевой шины, на­ложенной с одной или с двух сторон на ферромагнитную по­лосу (в англоязычной литературе такая конструкция получи­ла название «сэндвича»). На рис. 1.3,в показана конструкция в виде медной или алюминиевой шины, в которой выштампо- вываются прорези или окна, остающиеся «пустыми» или запол­няемые ферромагнитным материалом. Конструкция с «магнит­ным заполнением» может иметь разновидности: например, фер­ромагнитные элементы могут иметь вид заклепок, пронизываю­щих медную или алюминиевую полосу. На рис. 1.3,г показан развернутый в плоскость ротор с обмоткой в виде беличьей Клетки: медные стержни, замыкаемые на торцах шинами. Воз­можно применение фазной и более сложных обмоток вторич­ного элемента.

Как плоские, так и цилиндрические ЛАД могут иметь еще Две разновидности. В одних магнитный поток может замыкать­ся в плоскостях, совпадающих с направлением движения вто- Айчной части. Это наиболее распространенные двигатели с про­дельным магнитным потоком (рис. 1.4,а). В других в целях Уменьшения полюсного деления (а, следовательно, и длины ло- аЬвых частей обмоток) высокоскоростных двигателей или отда­ления обмотки от высокотемпературной зоны в магнитогидро- ринамических машинах конструируют индуктор таким образом, тто основной магнитный поток замыкается в плоскостях, пер­пендикулярных к направлению движения вторичной части. Та- ЗКие двигатели называются машинами с поперечным магнит- %ым потоком (рис. 1.4,6). Они могут иметь многочисленные Ионструктивные модификации [1.1].

Возможна классификация и по другим признакам. Напри- ер, можно выделить роторные ЛАД (с вращающимся вторич- ым элементом), к которым следует отнести дугостаторный двигатель, а также конструкцию с дисковым ротором, принцип

«

действия которой ясен из рис. 1.5. Может быть сконструирован ЛАД с катящимся ротором.

На рис. 1.6 представлена схема классификации ЛАД, отра­жающая их основные конструктивные особенности.

В зависимости от области применения линейные двигатели можно разбить на три группы [1.2]:

1) для получения механической силы («силовые маши­ны») — это двигатели, в которых определяющим является пу­сковое или удерживающее усилие; их ход бывает коротким или равным нулю, скорость движения низкой, действие кратковре­менным, энергетические характеристики менее существенны (КПД равен нулю при работе на упор), чем удельные силовые показатели, т. е. сила, отнесенная к мощности, к массе или к активной поверхности индуктора; 12

ра материальные условия ее решения уже имеются налицо, ни, по крайней мере, находятся в процессе становления»*, (о времени возникновения указанных выше проблем развитие' ауки и техники подготовило линейный двигатель. ■Появление электродвигателей возвратно-поступательного ажения восходит к самим истокам истории электрических кшин. Как это ни кажется парадоксальным, но революцион­но своей сущности технические идеи об использовании элек- ймеской энергии были отягчены консервативным грузом до- |гнутых ранее результатов. Так, А. Ампер требовал, чтобы ектрические генераторы давали обязательно такой же ток, |к гальванические батареи, и первые генераторы были маши- |ии постоянного тока. Конструкторская мысль первых созда- Ьей электродвигателей не могла выйти за рамки кинемати- рких схем «настоящей», т. е. паровой машины. Поэтому среди шх ранних конструкций электродвигателей мы находим ма­лы возвратно-поступательного движения, даже по внешним рзнакам (цилиндр, поршень, кривошипно-шатунный меха- до) похожие на паровую машину. В качестве примеров мож- Ьуказать двигатели Пэджа ^рис. 1.7) и Бурбуза (рис. 1.8). |'Однако уже к концу 40-х годов XIX в. безраздельное гос- Цство в электрических машинах получило вращательное дви- яие, как более универсальное, хотя апологеты прямолиней- движений всегда выдвигали аргумент: природа ведь не 5рела колеса!

«В 1882 г. французский академик М. Депре, об опытах ко­сого по передаче электроэнергии на большие расстояния вос- )>женно отозвался Энгельс, описал конструкцию электриче-

к- * К. Маркс и Ф. Энгельс. Собр. соч. 2-е изд. Т. 13. С. 7.

ского молота [1.4]. Цилиндрический линейный двигатель со­стоял из 80 катушек, собранных в виде секционированного со­леноида (рис. 1.9). От каждой пары катушек выполнялся отвод к коллекторной пластине. При выбранном взаимном положе­нии щеток на коллекторе запитывалось одновременно 15 сек­ций. Внутри соленоида мог перемещаться цилиндрический стальной стержень-боек массой 23 кг, который при вращении щеток на коллекторе, производившемся от руки, совершал по­ступательное движение. Это уже настоящий цилиндрический (трубчатый) линейный двигатель, только перемещение магнит­ного поля осуществлялось не автоматически, как позднее в трехфазных системах, а в результате коммутации постоянного тока.

Устройства, аналогичные соленоидному приводу Депре, предлагались в конце прошлого столетия неоднократно. В 1895—1897 гг. были запатентованы несколько схем проброс- ки челнока в текстильных машинах. История линейных элект­родвигателей, предназначенных для текстильного производст­ва, имеет отдельную ветвь и обстоятельно изложена в [7].дадея электромолотов соленоидного типа тоже получила свое развитие, и работы в этой области с успехом ведутся в настоя­щее время.

Сведения о том, кто впервые «развернул в плоскость» ста- эр асинхронного двигателя, противоречивы и туманны. Встре­чающиеся в литературе указания на патент мэра г. Питтсбурга 1890 г. [5] вызывают сомнение: дело в том, что явление >ащающегося магнитного поля стало известно из публикаций эрариса и Тесла в 1888 г., а сведения об асинхронном дви- |теле М. О. Доливо-Добровольского были опубликованы толь- в 1891 г. До 1891 г. еще нечего было «развертывать». ^ Действительно заслуживающее внимания предложение по |У10ским линейным двигателям появилось в 1902 г., когда Цу.Зеден получил французский патент № 321691, в котором был <|йисан двусторонний ЛАД с вторичным элементом в виде про- |^дящей шины (рис. 1.10). Здесь же были указаны две рас­сматриваемые до настоящего времени главные тяговые схемы {К ррименением линейных двигателей:

р 1) короткий индуктор размещен на локомотиве, а вторичная 1на уложена в полотно пути;

2) индукторы входят в структуру пути, а вторичная шина креплена на локомотиве.

а. Зеден остановился перед непреодолимыми в то время ностями экономического порядка: изучение и практическая ^зация идеи требовали больших капитальных вложений, тия последних трех десятилетий подтвердили сложность омную стоимость решения проблемы ВСНТ. Тем не менее ло было положено.

1920 г. в «Работах научно-технических учреждений Рес- ики за 1919 г.» (издание научно-технического отдела "X), в статье «Магнитофугальное бюро» были сообщены ?ния о «магнитофугальных» ударных машинах инженера Япольского. Затем он выступил с докладом на эту же на VIII Всероссийском электротехническом съезде, полу- еовместно с М. П. Костенко зарубежные патенты, а в 1924 5 гг. опубликовал теоретические статьи [1.5, 1.6]. Тогда «магнитофугальными» машинами занимался инженер .Пресс.

1922 г. американский инженер П. Тромбетта описал кон­идию своего электрического кузнечного молота, построен- ,;На основе ЛАД и включавшегося в трехфазную сеть про­ченной частоты [1.7].

. С. Япольский и П. Тромбетта обратили внимание на тех- скую трудность, возникшую при создании электродвигате- возвратно-поступательного движения и заключавшуюся в ходимости в течение всего времени работы машины ревер- вать ее движение. Работа двигателя состоит из чередую- 16 17

щихся пусков и остановок, т. е. представляет собой периодиче­ское повторение переходных процессов. Для поддержания^ наи­более благоприятного режима (постоянство скольжения) в ра­ботах Япольского использовался коллекторный генератор си­стемы Костенко — Япольского, позволявший в широких преде­лах регулировать частоту.

Я. С. Япольский и П. Тромбетта сумели заметить также от­рицательные последствия размыкания магнитной цепи, самым очевидным из которых было нарушение симметрии токов фаз. Существо краевых эффектов тогда понять еще не удалось. Я. С. Япольский в своей теоретической работе сделал допу­щение о «бесконечно длинной» машине, а П. Тромбетта, имея в виду чисто практические цели, не без юмора заметил, что одним из решений этой проблемы являлась возможность сов­сем ее не решать. Далее увидим, что в определенных случаях действительно можно пренебречь продольными краевыми эф­фектами.

Пессимистически отнесся к «развернутым» двигателям Ч. П. Штейнметц. В статье П. Тромбетты указывается, что Ч. П. Штейнметц считал последствия краевых эффектов край­не серьезным затруднением на пути применения линейных дви­гателей для железнодорожного транспорта.

В 1936—1937 гг. во Всесоюзном электротехническом инсти­туте по инициативе А. Г. Иосифьяна инж. Б. Д. Садовским бы­ла проведена серия исследований ЛАД. Здесь был выполнен молот для забивки деревянных свай с двусторонним ЛАД. В статье [1.8] Б. Д. Садовский дал обстоятельное описание ус­тановки. Для увеличения магнитной проводимости вторичная ■часть была выполнена в виде медной решетки с железными вставками (аналог беличьей клетки). Средняя скорость движе­ния вторичного элемента 3—5 м/с, энергия удара 140 кг-м., частота—100 ударов в минуту, КПД — 30—35%. Электромолот питался от коллекторного генератора Шербиуса, который в свою очередь, имел возбудитель и пост управления. КПД всей'становки составлял 12—16%. Заключение Б. Д. Садовского шло отрицательным: система регулирования частоты и напря- ения оказалась громоздкой, что естественно для вращающих- преобразователей, а КПД, с его точки зрения,— весьма низ- м. Однако главный итог состоял в том, что установка ока- лась работоспособной и при определенных условиях такая стема может быть выгоднее распространенной в настоящее емя пневматической системы [1.8]. Кроме того, Б. Д. Садов- ий прояснил вопрос о продольном краевом эффекте, обнару­жив неравномерность распределения амплитуды магнитной ин- кции в зазоре ЛАД при равномерно распределенной обмотке симметричной системе токов. Кривые на рис. 1.11, вошедшие оследствии во многие работы по теории ЛАД, были впервые Чпучены Б. Д. Садовским.

< В 1937—1938 гг. на Харьковском электромеханическом за- "е инж. Г. И. Штурманом были построены несколько опыт- X образцов цилиндрических или трубчатых ЛАД, т. е. таких "гателей, магнитное поле в которых движется внутри труб- ого индуктора вдоль его оси. Двигатели показали хоро­шо работоспособность и дали материал для новых практиче- и теоретических исследований. К этому же времени •41. Москвитин в качестве одного из вариантов цилиндриче- о вторичного элемента трубчатых двигателей предложил енять стальной шток, на который «надеты и запрессованы емежку медные и стальные кольца» [1.9].

1930 г. ленинградский инж. (впоследствии профессор) '. Фридкин изобрел так называемый дугостаторный привод. . Фридкин был первым, кто убедительно показал, что эф- вность нового вида привода следует определять не по отдельно взятого двигателя, а с учетом комплекса «дви- ~ъ — передаточный механизм». Его работы в 30-е годы вы­ли много дискуссий, но автор упорно работал, совершен- ал свою систему привода, изучал особенности двигателя Сомкнутым магнитопроводом и добивался внедрения их в 'ышленности [4].

а рубежом самой интересной установкой после работ ромбетты была поразившая воображение современников Называемая «электропульта» фирмы ШезИпдЬоизе. Эта овка 1946 г. была предназначена для разгона взлетающих етов; тележки, на которых закреплялись самолеты, при­дись в движение линейными двигателями. Были сооруже­на экспериментальных участка в 1 и в 1,5 км длиной. Ин- р закреплялся на тележке, а вторичный элемент пред- ял собой систему в виде развернутой и уложенной в путь чьей клетки. Двигатель мощностью 10 000 л. с. (7350 кВт) 'ивал скорость до 360 км/час. Самолет, закрепленный с по- ЬЮ стропа на тележке, разгонялся за 4,2 с до скорости

Рис. 1.12. Модель Г. И. Штурмана

187 км/час. От дальнейших исследований фирма отказалась из-за слишком высоких капиталовложений [5].

В конце 40-х годов начинает проявляться интерес к электро­магнитным жидкометаллическим насосам. Первые коммерче­ские насосы для перекачивания расплавленного алюминия бы­ли изготовлены около 1947 г. фирмой А]ах Еп^теепп^ Со [3]. В дальнейшем центр развития теории и практики магнитогид- родинамических машин переместился в СССР, где основопола­гающие работы были выполнены советскими учеными Л. А. Верте, А. И. Вольдеком, И. М. Кирко, Я. Я- Лиелпетером, Н. М. Охременко, М. Г. Резиным, X. А. Тийсмусом, X. X. Яне- сом и др.

Основоположником теории электродвигателя с разомкну­тым магнитопроводом можно считать советского ученого про­фессора Г. И. Штурмана. В 1946 г. он опубликовал работу [1.10], получившую постепенно всеобщее признание у нас и за рубежом. Г. И. Штурман дал физическое толкование пульса­циям амплитуды магнитной индукции в зазоре «пустого» ин­дуктора, установил, что кроме бегущего поля постоянной амп­литуды имеются две пульсирующие составляющие, одна из которых изменяется вдоль индуктора по закону гиперболиче­ского косинуса (и по своему воздействию более значительна), другая — по закону гиперболического синуса. Модель Г. И. Штурмана (рис. 1.12), разработанная для оценки явле­ния магнитного шунтирования, т. е. учета магнитных потоков, замыкающихся между торцами магнитопровода, содержала гипотетические участки неопределенной длины У. Предполага­лось, что длина этих участков такова, что магнитный поток в зазоре между ними в точности равен шунтирующим потокам оригинала; естественно, что в модели уже никаких потоков между торцами, спинками, боковыми поверхностями нет.

В следующей статье, написанной совместно с проф. Р. А. Ароновым [1.11], Г. И. Штурман рассмотрел нагрузоч- 20

Йый режим индукционной машины с разомкнутым магнитопро- Йодом. Задача решается путем суперпозиции первичного и вто­ричного полей (стальной вторичный элемент, как и индуктор, имеет {г=оо), причем первичное поле получено из рассмотре­ния «пустого» индуктора. Авторам статьи удалось путем ана­лиза полученных выражений и расчетных примеров выяснить Пульсирующий характер дополнительных, обусловленных раз- рыканием магнитной цепи усилий, оценить потери во вторич­ном элементе и заметить, что скорости идеального холостого *ода не совпадают со скоростями движения бегущих волн МДС и индукций. Было также отмечено, что «последствия Краевого эффекта вообще в значительно большей мере прояв­ляются в зоне рабочих режимов, связанных с малыми скольже- ИИЯми». Природа отклонения от синхронной скорости, размеры Шунтирующих участков и ряд других вопросов остались не­выясненными.

«В 1947 г. увлекся идеей «электропульты» и позднее начал Вотать в области линейных двигателей английский профес- Е. Лейтвейт. Вначале Лейтвейт недооценивал трудностей ;ии линейных двигателей. В 70-х годах на Лондонской меж- ародной конференции по линейным двигателям он признал- что если бы в 1953 г. он познакомился с двумя работами '"рмана и Аронова, то отказался бы от своего исследования. М 50-х и 60-х годах Лейтвейт развил настолько активную " ёльность и опубликовал такое множество работ, что при- внимание широкой электротехнической общественности к новой проблеме. На Западе Лейтвейта считают «от- линейных двигателей. Главным образом под влиянием его и начался в конце 50-х — начале 60-х годов изобрета- »кий бум и быстрое нарастание числа научных статей «асти линейных двигателей.

60-е годы в Институте физики Академии наук Латвийской ,Т. К. Калнинем была предложена конструкция ЛАД с по- ;ным магнитным потоком [1.1].

ПРИМЕНЕНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ЛАД

умышленное изготовление и различные практические :нения линейных двигателей начались в 60-х годах. Са- (фупные и дорогостоящие проекты, реализующиеся в раз- в промышленном отношении странах, в том числе и связаны с ВСНТ. 1963 г. в Киеве на заводе электротранспорта Э. Дзержинского начались работы по тяговым ЛАД, а г. были проведены первые ходовые испытания модели, работы, выполнявшиеся заводом совместно с Киевским по- адческим институтом, завершились созданием первого

в мире экспериментального образца пассажирского вагона с тяговыми ЛАД. Позднее на базе того же завода было обра­зовано ОКБ линейных двигателей в г. Киеве, которое выполня­ет заказы различных организаций по изготовлению линейных электродвигателей.

ОКБ линейных двигателей демонстрировало в действии мо­норельсовую дорогу на ВДНХ Украины и построило опытный полигон, на котором имеются рельсовый испытательный путь протяженностью 2 км, эстакадный путь длиной 0,67 км и уни­версальный испытательный путь длиной 1,6 км, а также уни­кальный кольцевой испытательный стенд с диаметром вращаю­щейся части 9,74 м. На опытном производстве ОКБ изготовле­ны образцы тяговых ЛАД мощностью 40, 120, 420, 600, 800 и 1200 кВт. Например, ЛАД-600 (рис. 1.13), рассчитанный на на­пряжение 1500 В, частоту 100 Гц, потребляет ток 513 А, разви­вает скорость движения 44 м/с (160 км/ч) при силе тяги 13 500 Н; его КПД составляет 79%, созф=0,57 при немагнит­ном зазоре 30 мм; двигатель двусторонний. Разработаны так­же двигатели на скорости движения до 111 м/с (400 км/ч).

Среди разработок ОКБ линейных двигателей — тяговые ЛАД для рельсового промышленного транспорта (скорости 4,9—9,6 м/с, частоты 50 и 25 Гц), ЛАД для привода контейне­ров различного назначения (скорости 0,6—5,0 м/с), слитково- зов, для разгонных устройств, цилиндрические ЛАД для ком­мутационной аппаратуры и раздвижных дверей, толкателей, стрелочных переводов и т. п., электромагнитные сепараторы для извлечения металлов из отходов и линейные индукционные вращатели, воздействующие на материалы в различных техно­логических процессах.

За рубежом наиболее активные работы в области ВСНТ с линейными двигателями ведутся в Японии, США, ФРГ, Ка­наде и Англии. По данным [1.12 и 1.13], в Канаде и США действуют небольшие участки железных дорог с приводом от ЛАД. Скорость движения 72 км/ч; во время испытаний ско­рость доводилась до 354 км/ч. Электроснабжение осуществля­ется постоянным током (напряжение 600 В) через два алюми­ниевых рельса; на экипаже постоянный ток преобразуется в трехфазный с регулируемыми напряжением и частотой. Макси­мальная тяговая сила составляет 16 кН, а максимальное про­изведение КПДХсозф достигает примерно 0,4. В Англии (аэро­порт Бирмингема) работает транспортная система с магнит­ным подвесом (скорость 54 км/ч, тяговая сила 4 кН, КПДХ Хсоз ф л? 0,22). Системы с магнитным подвесом изготовлены и в Японии (скорости 30, 100, 300 и 420 км/ч).

В нашей стране головной организацией по созданию систем ВСНТ в рамках общегосударственной программы «Экологиче­ски чистый транспорт» является ВНИИПИ Гидротрубопровод 2

2

|Г. Москва), который совместно с ВЭЛНИИ в Новочеркасске, $КБ АН Латвийской ССР в Риге, а также с научными кол­лективами некоторых вузов Москвы, Ленинграда, Киева, Ере- §§Ма, Новочеркасска, Свердловска и других городов проводит Шую работу по созданию, теоретическим исследованиям и овым испытаниям электроприводов и устройств магнит- подвешивания для разных транспортных систем, ^оловной организацией Минэлектротехпрома СССР по раз- гке и изотовлению комплектных линейных асинхронных гроприводов промышленного назначения является Донец- ',Научно-производственное объединение «Взрывозащищенное рооборудование» (г. Донецк). Совместно с научными Тективами Ленинградского, Уральского, Донецкого поли- " "ческих институтов и ряда других организаций оно созда- |етодическое и программное обеспечение проектирования ^ОЙств электропривода, а также головные образцы высоко- "мичных частотоуправляемых электроприводов для конвей- X поездов, для загрузочно-выгрузочных машин кольцевых евательных печей и некоторых других применений, ля многочисленных промышленных и приборных электро- одов узкого или уникального назначения различные орга-

Рис. 1.15. Цилиндрические ЛАД (Англия, Фран­ция)

низации проектируют и изготовляют единичные экземпляры и небольшие партии линейных электродвигателей.

О разнообразии практических применений и производства линейных двигателей за рубежом можно судить по проспек­там заводов и фирм.

Например, электромоторостроительный завод в Дрездене освоил производство трехфазных плоских ЛАД на син­хронные скорости 3,6 и 12 м/с в одностороннем и двустороннем исполнениях. Вторичный элемент — медная или алюминиевая шина толщиной 4 или 6 мм. Каждая серия имеет шесть-семь типоразмеров. Типичным для многих зарубежных заводов (Болгария, Польша, ФРГ и др.) является изготовление индукторных модулей (рис. 1.14).

В одном из болгарских проспектов содержатся характери­стики серийных двусторонних ЛАД двух типов: ЛИД-ММ 14/3,8 (пусковое усилие 140 Н, синхронная скорость 3,8 м/с) и ЛИД-ТС 150/8,4.

Англо-французская фирма 1лп1го1 освоила производство ЛАД нескольких типов двух вариантов: А — с алюминиевой шиной и 3 — со стальной. Для дискового привода разработан тип О. Цилиндрические двигатели имеют, в свою очередь, че­тыре типоразмера (рис. 1.15).

На рис. 1.16 показан механизм, в котором плоские модули ЛАД используются для получения вращательного движения.

В различных информационных материалах сообщалось об успешном применении ЛАД в приводах конвейеров, поворот­ных столов, раздвижных дверей, кабельных токопроводов (плавное растягивание петель кабеля движущегося крана), стрелочных переводов, портальных кранов, транспортных уст-

ррйств робототехнических комплексов, в цеховой установке транспортировки деталей с использованием воздушной подуш- КИ, в испытательных стендах для разрушающих испытаний ав- Цвмобилей, в приводах тележек испытательного бассейна (ис­следование моделей судов), в рудничном транспорте, в натяж- устройствах, в плунжерных насосах, в приводе ткацких )НКов, плосковязальных, металлоткацких машин, в транспор- _)Овке рельсов, труб, деталей конструкций и т. п. | Опыт производства и эксплуатации ЛАД показывает, что .ельная тяговая сила, т. е. механическая сила, приходящаяся '^единицу активной поверхности индуктора, составляет в нор- »ьных условиях эксплуатации от 0,3 (малые ЛАД) до ^ н/см2 (средние и крупные ЛАД). Очевидно, что с умень­шаем продолжительности включения и при искусственном ■^ждении эти цифры могут быть в 1,5—2 раза выше.

р1 а в а вторая

;ектромагнитные поля и силы в лад

одномерная теория)

ОСНОВНЫЕ ДОПУЩЕНИЯ. РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ

чектромагнитное поле асинхронного двигателя нормаль- исполнения в симметричном установившемся режиме ра- ' характеризуется напряженностями магнитного и электри- рго полей, изменяющимися по синусоидальному закону во .Мени и пространстве.

studfiles.net

Основные достоинства вентильных реактивных электродвигателей / генераторов

Простая конструкция

Ротор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала. На роторе ВРД отсутствуют обмотки и постоянные магниты. Фазные обмотки находятся только на статоре. Для уменьшения трудоемкости катушки обмотки якоря могут изготавливаться отдельно, а затем надеваться на полюсы статора.

Рис. 1. Полюсная катушка статора (25 витков медного провода диаметром 2 мм) Рис. 2. Листы статора и ротора из магнитомягкого материала (сталь электротехническая 3411-3415 толщиной 0,35 мм)
Высокая ремонтопригодность

Простота обмотки якоря повышает ремонтопригодность ВРД/ВРГ, т.к. для ремонта достаточно сменить вышедшую из строя катушку.

Отсутствие механического коммутатора

Управление электромеханическим преобразователем электропривода/генератора осуществляется с помощью высокоэффективных силовых полупроводниковых элементов - IGBT или MOSFET (HEXFET) транзисторов, надежность которых существенно превышает надежность любых механических деталей, например: коллекторов, щеток, подшипников.

Отсутствие постоянных магнитов

ВРД/ВРГ не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами (ВЭДПМ). В среднем, при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках ВРД/ВРГ имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надежность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур. Конструктивно, по сравнению с ВЭДПМ, ВРД/ВРГ не имеет ограничения по мощности (практически, мощность ВЭДПМ ограничивается пределом около 20-40 кВТ). ВЭДПМ требуют защиты от металлической пыли, боятся перегрева и сильных электромагнитных полей, в случае короткого замыкания обмотки превращаются в самовозгорающуюся систему. Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы свободны от всех этих недостатков.

На роторе отсутствует обмотка

Ротор не имеет обмотки и выполнен в виде пакета листового магнитомягкого материала, например из обычной электротехнической стали.

Малое количество меди

На изготовление ВРД/ВРГ требуется в среднем 2-3 раза меньше меди, чем для коллекторного электродвигателя такой же мощности, и в 1,3 раза меньше меди, чем для асинхронного электродвигателя.

Tепловыделение происходит в основном только на статоре, при этом легко обеспечивается герметичная конструкция, воздушное или водяное охлаждение

В рабочем режиме не требуется охлаждение ротора. Для охлаждения ВРД/ВРГ достаточно использовать наружную поверхность статора.

Высокие массогабаритные характеристики

В большинстве случаев ВРД/ВРГ может быть выполнен с полым ротором. Толщина спинки ротора при этом должна быть не менее половины ширины полюса. Подбором количества полюсов статора и ротора могут быть оптимизированы массогабаритные характеристики электродвигателя/генератора, его мощность при заданном моменте и диапазоне частоты вращения.

Низкая трудоемкость

Простота конструкции ВРД/ВРГ снижает трудоемкость его изготовления. В сущности, его можно изготовить даже на не специализирующемся в области электромашиностроения промышленном предприятии. Для серийного производства ВРД/ВРГ требуется обычное механическое оборудование - штампы для изготовления шихтованных сердечников статора и ротора, токарные и фрезерные станки для обработки валов и корпусных деталей. Трудоемкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щеток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоемкость изготовления ЭМП вентильного реактивного электродвигателя составляет на 70% меньше трудоемкости изготовления коллекторного и на 40% меньше трудоемкости изготовления асинхронного электродвигателя.

Гибкость компоновки

Простота обмотки якоря и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВРД/ВРГ высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя/генератора может быть плоской, вытянутой, обращенной, секторной, линейной. Для выпуска целого типоряда электродвигателей/генераторов с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегченных и, напротив, тяжелых условий работы, включая моментные двигатели. Для привода некоторых рабочих машин выгоднее иметь линейные электродвигатели с возвратно-поступательным перемещением зубцового штока (аналога ротора). В ряде случаев может быть использована давно известная, но неэффективная в случае асинхронного электродвигателя конструкция дугостаторной машины, статор которой охватывает доступную для размещения дугу окружности ротора, в качестве которого может использоваться вал с зубчатым колесом.

На рисунках ниже приведены примеры некоторых возможных конструкций вентильных реактивных электродвигателей/генераторов. Синим цветом выделена подвижная часть электрической машины, зеленым - статор, красным - обмотки, серым - несущая конструкция.

Секторные.
дугостаторный с внутренним ротором дугостаторный моментный
Линейные.
линейный односторонний линейный 2-, 4-сторонний или с круглым штоком
 
линейный моментный односторонний линейный моментный2-, 4-сторонний или с круглым штоком
Высокая надежность

Простота конструкции обеспечивает ВРД/ВРГ более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВРД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. ВРГ остается работоспособным даже после выхода из строя одной или двух фаз.

Широкий диапазон частот вращения: от единиц до сотен тысяч об/мин

Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные "моментные" электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000 об/мин.

Высокий КПД в широком диапазоне частот вращения

Практически достижимый КПД вентильного реактивного электродвигателя/генератора мощностью 1 КВт может доходить до 90 % в диапазоне 5-10-кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать 95-98 %.

ВРД часто путают с синхронным реактивным электродвигателем (СРД), обмотки якоря которого питаются синусоидально изменяющимися напряжениями без обратной связи по положению ротора. СРД имеет низкий КПД, который не превышает 50 % для маломощных электродвигателей и до 70 % для мощных электрических машин.

Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникой

Поскольку ВРД/ВРГ питается (возбуждается) однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя или генератора.

Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работы

Естественная механическая характеристика ВРД/ВРГ определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики - постоянство мощности на валу машины - оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жесткие (астатические), и не ведет к какому либо усложнению системы управления, так как ее процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Фактически поле доступных механических характеристик непрерывным образом покрывает все четыре квадранта плоскости момент-скорость в пределах области ограничений конкретного электропривода.

Низкая стоимость электромеханического преобразователя

Стоимость ВРД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Дорогостоящим в рассматриваемой системе электропривода можно считать электронный преобразователь, который является обязательным элементом всех современных регулируемых электроприводов. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВРД/ВРГ коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости.

Наконец, экономическая эффективность ВРД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.

www.kaskod.ru

Дугостаторный — Метка

Номер патента: 289482

Опубликовано: 01.01.1971

Авторы: Вишникин, Краснов

МПК: H02K 41/02

Метки: электродвигатель, дугостаторный

...в нем вихреает вращающий момент,дмет изобретения Изобретение относится кгостаторным электродвигателмассивным ротором.Однако в известных электродвигателях на вал и подшипники ротора действует радиальное усилие, вызывающее повышение износа подшипников, а также необходимость повышения прочности вала.В предлагаемом электродвигателе с целью устранения радиального усиления на вал ротор выполнен в виде полого цилиндра, жест. ко связанного с рабочим органом приводимой машины, с наружной и внутренней сторон которого установлены друг против друга два дуговых статора.На чертеже изображена конструкция электродвигателя для привода трикотажной машины с двумя трехфазными дуговыми статорами 1 и 2 и ротором 3, расположенным в зазоре между ними и...

Номер патента: 309219

Опубликовано: 01.01.1971

Авторы: Научно, Государственный

МПК: F27B 7/26, H02K 41/02

Метки: привод, дугостаторный

...лях. Приобмотки щения печ тора 1, дуговыхнштейнов 4 и 5 а 1 представляю опорного бакоторого проф Заявлено 16.11.1970 ( 1404474/2 с присоединением заявки Изобретение может применяться, напв цементной промышленности и приедля использования в цехах обжига дл рщения печей.Известен дугостаторный привод для угольной мельницы, Он состоит из ротора, насаженного на барабан шаровой мельницы, истатора, установленного над мельницей нажелезобетонных колоннах.Недостатками известного дугостатор ногопривода являются низкий к.п.д., трудныэксплуатационные условия, громоздкость конструкции.Цель изобретения - устранить указанныенедостатки,Поставленная цель достигается тем, что дуговые элементы статора жестко закрепленына кронштейнах, снабженных роликами,...

Номер патента: 710095

Опубликовано: 15.01.1980

Авторы: Бегалов, Резин, Соболев, Сарапулов, Мурджикян

МПК: H02K 41/04

Метки: асинхронный, дугостаторный, двигатель

...ц цьюет цизкцй КПД за счет цали ьчя скользящего контакта и лотерь в цем на т 1 аецце.Цель 1 о изобретения является ловьпцецие КПДдвигателя.Это достигается тем, что на входе и выходе активной зоны статора неподвижно устацовлены ферромагнитные сердечицки. цмсюииедлину, равную полюсцому делению статора, иохватываюшие короткозамыкаюшие кольцаротора,На фиг. 1 изображен асинхронный двигатель,вид с торца; ца фиг, 2 - то же двига 1 ель,продольный разрез.Статор 1 расположен цад ротором 2, име:о.щцм короткозамкцутую обмотку тица беличьей клетки с короткозамыкаюшимц кольца.ми 3, ширнца которых превосходит цх высотуц. Короткозамыкзюшне кольца охватываю т сяТираж 783 Подпи ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 3035,...

Номер патента: 752653

Опубликовано: 30.07.1980

Автор: Григорович

МПК: H02K 41/02

Метки: привод, дугостаторный

...подшипника 7.Полюсное деление колец ротора соответствует полюсному делению фсрромагнитных полуколец. Между кольцом ротора н подшипником установлена пемагнитная обойма 8. Между стыками разрезанных колец3ротора установлены прокладки 9, позволяющие обеспечить постоянство шага между кольцами ротора и уменьшить удары при пуске двигателя, При уменьшении шага винтовой линии конструктивно несколько колец ротора можно установить на одном подшипнике, Причем эти сборки из нескольких колец соединяют между собой эластичными муфтами 10, которые как и в случае установки каждого кольца на своем подшипнике, препятствуют смещению колец ротора друг относительно друга при выключенном двигателе.Для установки ротора на оси 6 имеются цилиндрические приливы 11,...

Номер патента: 752654

Опубликовано: 30.07.1980

Автор: Григорович

МПК: H02K 41/02

Метки: привод, дугостаторный

...того уменьшить шум от вращающегося ротора.Ротор может быть выполнен и таким образом, что на одном подшипнике 8 закреплено несколько колец ротора, которые во избежание смещения друг относительно друга соединены эластичными вставками (муфтами) 11. Такая конструкция позволяет сократить число подшипников при одновременном уменьшении шага винтовой линии,Для закрепления колец ротора на раме 3 имеются цилиндрические приливы 12, расположенные в соответствии с шагом винтовой линии и на которых подшипники 8 закреплены посредством колец 13 и болтов 14.Работает привод следующим образом.Рассмотрим на примере синхронной машины с постоянными магнитами. Если взять за исходное положение, указанное на фиг. 2, то видно, что магнитный поток, создаваемый...

Номер патента: 1027055

Опубликовано: 07.07.1983

Авторы: Коротаев, Огарков, Беляев, Цылев

МПК: B30B 1/18

Метки: винтового, электропривод, пресса, дугостаторный

...1 (фиг. 1), Стороны 12 - 17 н и 18 - 23 к упомянутых катушек 12-23 уложены в пазах крайних полюсных делений дугового интуктора 1, По ц/б 1 для рассматриваемого дугового индуктора 1 по две рядом расположенных, начиная от краев, катушки магнитных шунтов-компенсаторов 3 соединены между собой последовательно и включены согласно с соответствующими фазами основной трехфазной обмотки 2 (фиг, 2). При таком включении в пазах крайних полюсных делений обеспечивается оди" наковое направление тока в магнитных шунтах-компенсаторах 3 и сторонах секций трехфазной обмотки 2.Начала катушек 13, 15 и 17 и концыкатушек 18, 20 и 22 магнитных шунтов-компенсаторов 3 заведены в коробку выводов дугового индуктора 1,где соединяются по схемам ".звезда"или...

Номер патента: 1132331

Опубликовано: 30.12.1984

Автор: Григорович

МПК: H02K 41/02

Метки: привод, дугостаторный

...и ротор, выполненный из отдельных разрезных колец, изогнутых повинтовой линии и установленных свозможностью вращения на сооснойстатору дугообразной оси, привод 45снабжен замкнутой в кольцо лентой,охватывающей рабочий орган и имеющей катки, перемещающиеся в направляющих, уложенных на рабочем органе, при этом упомянутые Ферромагнитные полукольца закреплены на однойиз сторон ленты, а на рабочем органе установлены колодки, обращенныек другой стороне ленты,55На фиг.1 показана схема привода; на фиг.2 - то же, поперечное сече,ние, на фиг.З - кольцо ротора. Дугостаторный привод содержит рабочий орган 1, статор 2, выполненный в виде изогнутого по дуге цилиндра с продольной прорезью, ротор, собранный по винтовой линии из отдельных...

Номер патента: 1179492

Опубликовано: 15.09.1985

Автор: Григорович

МПК: H02K 41/02

Метки: дугостаторный, привод

...которых установленына подшипниках 12 с воэможностьювращения относительно оси стоек насадки 13. Причем насадки 13 установ 40лены так, что они контактируют свинтовыми поверхностями (например,боковыми гранями) колец 3 ротора 2,Посредством стоек 11 с насадками 13передается вращающий момент на рабочий орган. При этом наличие упругих45накладок 10 позволяет осуществлятьвыборку возможных люфтов и смягчатьдинамические удары. Конструкция ротора определяется 50 типом электрической машины (синхронная, асинхронная и т.д.).Рассмотрим, например, конструкцию на базе асинхронной машины. Кольцо .ротора набирается иэ шихтованных 55 пластин 14, в которых умножена короткозамкнутая обмотка 15. Кольцо ротора закреплено в обойме 16, по боковым граням которой...

Номер патента: 1288836

Опубликовано: 07.02.1987

Авторы: Муляр, Батырев, Муралиев, Черных, Подобед, Зобнин, Толстов

МПК: H02K 41/025

Метки: привод, дугостаторный

...материала вращается с номинальной частотой вращения, что снижает потери на перемагничивание ипозволяет рекуперировать энергию всеть вследствие того, что статор сбольшим числом пар полюсов работаетотносительно ферромагнитного роторав генераторном режиме. Кроме того,предлагаемый привод конструктивнопрост, поскольку выполнен в основном из деталей, имеющих цилиндрическую форму. 2 ил. органе 1, а подшипник 8 - в базовом неподвижном объекте 9.Ду 1"остаторный привод работает следующим образомПри подключении напряжения дуговой статор 3 создает бегущее магнитное поле, при этом магнитный поток замыкается по ротору 5 и наводит в нем ток, что приводит к вращению ротора 5 с номинальной скоростью, определяемой числом пар полюсов дугового статора 3,...

Номер патента: 1534665

Опубликовано: 07.01.1990

Авторы: Юрченко, Карась, Соболев, Проскуряков, Сарапулов

МПК: H02K 41/025

Метки: асинхронный, электродвигатель, дугостаторный

...представляет собойстальную массивную полосу с пазами,Обе половины 3 и 4 магнитопровода1ротора закреплены на поверхностибарабана 6.Электродвигатель работает следующим образом.При подключении обмоток 2 к источнику трехфазного напряжения они соз,дают бегущее магнитное поле, которое, взаимодействуя с обмотками нароторе, создает вращающий момент,вращающий барабан 6.Активная зона взаимодействия статора с ротором определяется суммарнОЙ ДлинОЙ статоров 1 = 2 21 При,любом положении ротора половинаактивной. зоны перекрывает первуюполовину 3 магнитопровода ротора,а другая половина активной эоны -вторую половину 4 магнитопроводаротора.Обмотка 5 первой половины 3 магнитопровода ротора обеспечивает жесткую механическую характеристику 7(фиг.2), Вторая...

Номер патента: 1547847

Опубликовано: 07.03.1990

Авторы: Клепиков, Толкачев, Крысько, Демин

МПК: B02C 17/24

Метки: мельницы, дугостаторный, привод, барабанной

...Муфта 10 представляет собой два коаксиальных кольца, из которых внутреннее закреплено на корпусе. При монтаже обечайка 2 выставляется соосно с корпусом мельницы 9. При этом не требуется соблюдения большой точности, так как использование обеих муфт 8 и 10 исключает эту необходимость. Кольцевой диск (ротор 7) выставлен по оси симметрии в немагнитном зазоре статора так, что зазоры между ротором 7 и активной поверхностью обеих половин статора одинаковы.Известно, что трубные мельницы нормализованного ряда имеют одинаковые обороты. Исходя из этого, каждый из индукторов представляет собой модуль унифицированной конструкции. Однако их количество будет различным в зависимости от того или иного типоразмера мельницы (окружного усилия). Таким...

patents.su

Системы позиционирования с линейными электродвигателями

Под линейным двигателем понимается электрическая машина, обеспечивающая поступательное движение. Наиболее просто можно представить себе линейный двигатель, если мысленно разрезать по образующей цилиндра обычный индукционный двигатель и развернуть его в плоскость. На рисунке 5.7а условно изображена конструкция асинхронного двигателя, ротор которого представлен в виде полого медного цилиндра. Если из статора вырезать и оставить в конструкции часть, соответствующую некоторому центральном углу α, то получится так называемый дугостаторный или сегментный двигатель, рисунок 5.7б, который по характеру электромагнитных процессов может рассматриваться как модификация линейного двигателя. Важной особенностью дугостаторного двигателя является зависимость частоты вращения ротора не только от полюсного деления и частоты тока в обмотке статора, но и от угла α. При заданном числе пар полюсов р и частоте сети f, частота вращения будет тем ниже, чем меньше угол α

, (5.2)

где n0 – частота вращения неразрезанного цилиндрического двигателя.

Рисунок 5.7 – Конструктивные схемы асинхронных роторных и линейных двигателей.

а) роторный асинхронный двигатель нормального положения,

б) роторный дугостаторный асинхронный двигатель,

в) линейный асинхронный двигатель с коротким индуктором,

г) линейный асинхронный двигатель с коротким вторичным элементом,

д) цилиндрический линейный асинхронный двигатель.

 

Если дугостаторный двигатель выполняется с бесконечно большим радиусом, то получают линейный двигатель – второй конструктивный тип двигателей с разомкнутым магнитопроводом. При этом ротор вырождается в плоский вторичный элемент, а статор в первичный элемент.

Линейный электродвигатель – электродвигатель у которого один из элементов магнитной цепи разомкнут и имеет развернутую обмотку создающую общее магнитное поле. Другой элемент магнитной цепи выполнен в виде направляющей, которая обеспечивает линейное перемещение подвижной части двигателя. Отличительной чертой линейного двигателя является наличие магнитодвижущей силы перпендикулярной направлению движения. Эту силу называют нормальной силой. Во вращающихся электрических двигателях такая сила не возникает. После разрезания и развертки в плоскость индукторного (асинхронного) двигателя длины первичной и вторичной частей будут практически одинаковыми. По мере движения их относительно друг друга будет сокращаться активная зона машины и ухудшаться ее характеристики. Чтобы избежать этого поступают двояким образом: либо первичную часть – индуктор (бывший статор) выполняют коротким, в вторичную часть – бегун (бывший ротор) – длинным (рисунок 5.7в), либо индуктор выполняют длинным, а вторичную часть – короткой (рисунок 5.7г). Топологической разновидностью линейного асинхронного двигателя является цилиндрический (трубчатый) асинхронный двигатель (рисунок 5.7д). В этом двигателе цилиндрические катушки обмотки размещаются в индукторе и соединяются друг с другом таким образом чтобы вдоль оси цилиндра возникло бегущее поле: вторичный элемент имеет вид штока, совершающего поступательное движение. Принципиально возможны четыре системы линейных двигателей: электромагнитная, магнитоэлектрическая, электродинамическая и индукционная.

Электромагнитные линейные электрические машины применяются в различных вибрационных и ударных механизмах (например, так называемые, соленоидальные молотки).

Электродинамические линейные двигатели имеют своим вращательным аналогом электрический двигатель постоянного тока. Трудности коммутации и крепления обмотки на движущемся элементе сдерживают применение этих двигателей.

Принцип действия индукционных машин основан на явлении бегущего магнитного поля.

Электромагнитные, электродинамические и индукционные машины имеют довольно сложную конструкцию, большую массу подвижной системы и значительную инерционность. Они используются в основном в приводах мощных электромеханических устройств. В системах точного позиционирования технологического оборудования широко применяется линейный привод магнитоэлектрического типа. Такой привод создает минимальные возмущающие усилия в направлениях несовпадающих с осью перемещений. Прообразом такого двигателя являются динамические громкоговорители. Наиболее простыми в конструктивном исполнении являются цилиндрические линейные двигатели магнитоэлектрического типа. Схема такого двигателя приведена на рисунке 5.8. Между центральным

Рисунок 5.8 Схема цилиндрического магнитоэлектрического двигателя.

1 – магнитопровод, 2 – магнит, 3 – каркас, 4 – обмотка, 5 – (фланец) полюс, 6 – фланец, 7 – центральный стержень(полюс), 8 – исполнительный механизм.

 

стержнем 7 (керном) и фланцем (полюсом) 5 кольцевого магнита 2 создается сильное магнитное поле. В этом зазоре находится катушка 4 намотанная на каркасе 3. каркас 3 скреплен с фланцем 6 и исполнительным механизмом 8. с помощью фланца 6 и направляющих исполнительного механизма катушки центрируются в зазоре. Катушка помещается точно в середине магнитного зазора. При перемещении она не должна задевать за края полюсов. При пропускании электрического тока катушки втягиваются или вытягиваются из магнитного зазора. Основным недостатком двигателей такой конструкции является то, что при увеличении хода исполнительного звена приходится изменять магнитопроводы. Конструкция становится тяжелой и громоздкой. Такие двигатели эффективны для ограниченных перемещений порядка нескольких сотен микрометров.

Для координатных столов применяются плоские линейные двигатели магнитоэлектрической системы, с замкнутым магнитопроводом (Рис.5.9). Плоский

Рисунок 5.9 - Схема плоского линейного магнитоэлектрического двигателя.

1 – фланец, 2 – обмотка, 3 – каркас, 4 – магнит, 5 – магнитопровод.

 

линейный двигатель магнитоэлектрического типа состоит из жесткого металлического или пластмассового каркаса, закрепленного с помощью фланца на каретке координатного стола. На каркас уложена и залита эпоксидной смолой обмотка таким образом, что одна часть каждого витка пересекает окно каркаса образует тонкое проволочное полотно. Это полотно вводится в зазор между постоянным магнитом и замкнутым магнитопроводом из ферромагнитного материала. При пропускании по обмотке электрического тока возникает тяговое усилие, которое передается каретке. Величина тягового усилия может быть определена из выражения

, (5.3)

где – величина потокосцепления, ;

I – величина поля в катушке, в А;

l – длина магнитного зазора, в м;

В – индукция в воздушном зазоре магнитопровода, в Тл.

Двигатель считается линейным по отношению к направлению перемещения, но ни в коем случае не в отношении тока возбуждения. Поскольку В сложным образом зависит от I зависимость P(I) далеко нелинейная и определяется в каждом конкретном случае путем сложных численных приближений или экспериментально. Обмотка вторичного элемента выполняется обычно проводом ПЭВ-1, ПЭВ-2 с плотностью тока . Питание двигателей импульсное с широтно-импульсной модуляцией и частотой около 2кГц. Поскольку усилия развиваемые двигателем невелики (обычно несколько десятков Н), то желательно использовать направляющие с минимальным трением, например, аэростатические, или магнитную подушку. При наличии датчика положения и обратной связи точность позиционирования таких систем составляет доли мкм. Суммарная величина перемещений достигает нескольких сантиметров. Скорость перемещения является функцией тягового усилия и составляет от нескольких мм/c до нескольких см/с. При наличии направляющих низкого трения особые трудности возникают при торможении каретки, которому в заданную точку позиционирования нужно выходить на низких, ползучих скоростях. Для торможения используют реверс тока и другие приемы как электрические, так и механические, например введение механических или электромагнитных тормозных устройств. Механический способ торможения сильно усложняет конструкцию систем позиционирования. Электрические способы торможения значительно уменьшают КПД системы, однако при малых мощностях на это не обращают внимание.

Рисунок 5.10 - Изменение скорости при точной остановке двигателя.

Похожие статьи:

poznayka.org

Дугостаторный привод

 

ji I! 752654

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31.05,78 (21) 2621146/24-07 с присоединением заявки ¹ (51) М. Кл.

H 02К 41/02 па делам изобретений (43) Опубликовано 30.07.80. Бюллетень № 28 (53) УДК 621.313.333.2 (088.8) н атнрытнй (45) Дата опубликования описания 30.07.80 (72) Автор изобретепия

А. М. Григорович (71) Заявитель (54) ДУГOCTATÎP Н ЫЙ П P И ВОД

ГосУАарстеенный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области липейного электропривода и может быть использовано, например, для привода барабанов, фильтров большого диаметра, вращающихся с малой скоростью и особенно в случаях, когда требуется передача момента в условиях агрессивной среды.

Известны дугостаторные и кольцевые приводы, в которых передача момента осуществляется бесконтактно электромагнитным полем (1).

Известен также дугостаторный привод, содержащий рабочий орган и электрический двигатель с ротором и статором, закрепленным иа опорной раме (2).

Однако этот привод при малых скоростях рабочего органа имеет большие весогабаритные показатели, что присуще всем тихоходным электрическим машинам.

Цель изобретения — уменьшение весогабаритных показателей привода.

Эта цель достигается тем, что ротор выполнен из отдельных разрезанных колец, изогнутых по винтовой линии и закрепленных с возможностью их вращения на кольцевой раме, жестко соединенной с рабочим органом, а статор выполнен из охватывающих ротор разрезанных шихтованных колец, изогнутых по винтовой линии и установленных в опорной раме с интервалом, равным интервалу установки колец ротора.

Таким образом в предлагаемом приводе достигается за счет своеобразного винтообразного ротора п статора редукция скорости. В данном случае двигатель можно выполнить высокооборотным, а на рабочем органе скорость вращения будет меньше, а момент — больше. Известно при

10 этом, что высокоскоростные электродвигатели имеют лучшие весогабаритные показатели, чем тихоходные.

На фиг. 1 пок" çàíà схема привода; на фиг. 2 — поперечное сечение устройства; на фиг. 3 — кольцо ротора; на фиг. 4— развертка статора; на фиг. 5 и 6 — разрез по продольной осп; на фиг. 7 — подшипник кольца ротора.

Привод включает цилиндрический рабочий орган 1, ротор, выполненный из отдельных разрезанных колец 2, изогнутых и установленных друг за другом так, что они образуют винтовую линию и закрепленных с возможностью пх вращения на кольцевой раме 3, жестко соединенной с рабочим органом 1. Статор выполнен из охватывающих ротор разрезанных шихтованных колец 4, изогнутых по винтовой линии и установленных в опорной раме 5

30 с интервалом, равным интсрвалу установ752654 ки колец 2 ротора. По всей длине статора уложена обмотка б, общая для всех колец ротора. Кольца 2 ротора установлены на кольцевой раме 3 через ступицы 7 в подшипниках 8. Кольцевая рама 3 соединяется жестко с рабочим органом стойками 9.

Между соседними кольцами ротора в месте их стыковки установлены эластичные прокладки 10, позволяющие выдержать шаг между винтами статора и ротора постоянным и кроме того уменьшить шум от вращающегося ротора.

Ротор может быть выполнен и таким образом, что на одном подшипнике 8 закреплено несколько колец ротора, которые во избежание смещения друг относительно друга соединены эластичными вставками (муфтами) 11. Такая конструкция позволяет сократить число подшипников при одновременном уменьшении шага винтовой линии.

Для закрепления колец ротора на раме

3 имеются цилиндрические приливы 12, расположенные в соответствии с шагом винтовой линии и на которых подшипники

8 закреплены посредством колец 13 и болтов 14.

Работает привод следующим образом.

Рассмотрим на примере синхронной машины с постоянными магнитами. Если взять за исходное положение, указанное на фиг. 2, то видно, что магнитный поток, создаваемый полюсами постоянных магнитов, замыкается через два воздушных зазора, спинку, зубцы ставора. Этот поток, взаимодействуя с бегущим полем в общем случае многофазной обмотки 6 статора, создает вращающий момент на каждом витке ротора. Все витки вращаются синхронно относительно статора.

Так как и ротор и шихтовка статора выполнены по винтовой линии, то витки ротора, вращаясь со скоростью пь будут линейно перемещаться относительно статора, т. е. как бы втягиваться в статор, причем со скоростью п>,определяемой шагом винтовой линии и меньшей, чем скорость и, вращения ротора. Очевидно, что при одном обороте ротора рабочий орган повернется на угол (расстояние), соответствующее шагу винтовой линии. Таким образом ротор, вращаясь относительно статора, передает момент вращения через стойки 9 рабочему

Зо

4 органу. Причем перемещение рабочего органа происходит в плоскости, перпендикулярной к плоскости вращения ротора (фиг. 2).

Следует отметить возможные конструктивные решения такого привода. По аналогии с линейным двигателем он может иметь короткий статор и длинный кольцевой или дуговой ротор или наоборот. Возможны и промежуточные решения, когда имеется общий кольцевой ротор и несколько дуговых статоров.

Таким образом, предлагаемый привод позволяет исключить механические редуктора, как в обычном приводе с вращающимися двигателями, так и обеспечить бесконтактную передачу момента как в дугостаторном приводе, но иметь при этом лучшие весогабаритные показатели. Очевидно, что такой привод легко выполним герметичным, что особенно важно при работе в условиях агрессивной среды. Следует отметить, что в таком приводе можно использовать и двигатели другой конструкции (асинхронные, синхронные и т. д.), при этом конструкция статора практически не изменится, а будет изменяться конструкция колец ротора.

Формула изобретения

Дугостаторный привод, содержащий рабочий орган и электрический двигатель с ротором и статором, закрепленным на опорной раме, отличающийся тем, что, с целью уменьшения весогабаритных показателей, ротор выполнен из отдельных разрезанных колец, изогнутых по винтовой линии и закрепленных с возможностью их вращения на кольцевой раме, жестко соединенной с рабочим органом, а статор выполнен из охватывающих ротор разрезанных шихтованных колец, изогнутых по винтовой линии и установленных в опорной раме с интервалом, равным интервалу установки колец ротора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Толкачев Э. А. Дугостаторные и линейные синхронные машины с магнитоэлектрическим возбуждением. Изд-во ЛГУ, 1975, с. 127.

2. Авторское свидетельство СССР

М 309219, кл. Н 02К 41/04, 1970.,5

Стиг. 5 ву г.6

Составитель С. Венгржановская

Техред А, Камышникова

Корректор Н. Федорова

Редактор Г. Улыбина

Типография, пр. Сапунова, 2

Изд. № 453 Тираж 798 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москга, 7К-35, Раушская наб., д, 4/5

    

www.findpatent.ru


Смотрите также