Области применения линейных электродвигателей. Назначение линейных двигателей


Области применения линейных электродвигателей

Информационное письмо

Образец оформления статьи

Анкета автора

29.12.2014

Мишуков Станислав Вадимович

Электроэнергетический факультет Ставропольский государственный аграрный университет г. Ставрополь, Россия

Аннотация: В статье описана актуальность создания линейных электродвигателей, приводится описание технологических процессов, в которых используются линейные электродвигатели, а также данная историческая справка о развитии линейных электрических машин.

Ключевые слова: линейные электродвигатель, возвратно-поступательное движение, линейное перемещение, клапанные механизмы

29.12.2014

Mishukov Stanislav Vadimovich

student, StGAU Stavropol, Russia

Abstract: The article describes the relevance of the linear motor, a description of processes that use linear motors, and this historical background for the linear electric machines.

Keywords: linear motor, the reciprocating motion, linear motion, the valve mechanism

В современных технологических процессах все большее распространение получает применение линейных электродвигателей. Согласно Большому энциклопедическому словарю – это электродвигатель, в котором подвижная часть не вращается, а линейно перемещается вдоль неподвижной части – разомкнутого магнитопровода произвольной длины [1]. Создание линейного электродвигателя стало возможным благодаря изобретению вращательной электрической машины. Одним из самых значимых технических достижений конца XIX века стало изобретение электродвигателя. Это небольшое, экономичное, удобное устройство стало незаменимым элементом производства, вытеснив другие виды двигателей везде, где возможно применение электрического тока.

Основные виды электродвигателей были разработаны, изучены и усовершенствованы в период быстрого развития электротехники, простиравшийся от 30-х годов до конца прошлого века. После изобретения принципа самовозбуждения, кольцевого, а затем барабанного якоря и асинхронного двигателя, классические конструктивные схемы были завершены. Дальнейшие изобретения в области электродвигателей касались отдельных узлов, элементов конструкций, схем обмоток, специальных машин, но не затрагивали основ конструкций и принципов действия. Однако в 1882 году французский академик Депре разрабатывает конструкцию электрического молота, в котором используется цилиндрический линейный двигатель из 80 катушек, собранных в виде секционированного соленоида. Это устройство становится объектом всеобщего внимания, потому что такой вид электродвигателей был неразвит, а с учетом безраздельного господства вращательного движения необычен и перспективен. Поэтому в 1902 году Зеден, стремясь создать более совершенную модель линейного электродвигателя, разворачивает асинхронный двигатель в плоскость, что становится отправной точкой развития этого направления. Применение линейных электродвигателей позволило упростить механические передачи, повысить экономичность и надежность работы привода и производственного механизма в целом.

Нестандартная конструкция линейных электродвигателей повлекла появление новых терминов, которые применяются для обозначения отдельных элементов. В настоящее время еще не принята единая система терминологии, поэтому в технической литературе одинаковый смысл имеют понятия: статор – первичный элемент – индуктор, ротор – вторичный элемент – бегун – якорь – реактивная полоса. Часть двигателя, получающая энергию из сети, названа статором (хотя она не всегда является неподвижной частью), а часть двигателя, получающая энергию со статора, названа вторичным элементом.

Разнообразие конструкций линейных электродвигателей привело к созданию возможности их применения практически в любом технологическом процессе с возвратно-поступательным движением или линейным перемещением исполнительного механизма. Одной из перспективных областей применения линейных электродвигателей стал электрический транспорт. Большой интерес представляет использование линейных электродвигателей в ударных машинах, например, сваезабивные молоты в строительстве. Линейные электродвигатели также применяются в текстильном производстве для привода челнока или прокладчика нити ткацкого станка, в горнодобывающем производстве в механизме транспортировки породы, в конвейерных линиях и других технологических процессах с линейным перемещением исполнительных механизмов.

Широкое распространение получают линейные микро электродвигатели. Они позволяют создавать различные клапанные механизмы. Например, электропульсатор доильного аппарата на основе линейного электродвигателя [5, 6, 7]. Линейный электродвигатель позволяет управлять динамикой перемещения клапанного механизма пульсатора, управляя тем самым длительностью переходного процесса от такта сосания к такту сжатия. Это изобретение делает машинное доение животных максимально похожим на естественный процесс извлечения молока из вымени, уменьшает травмирования сосков животных и исключает заболевания маститом, что способствует увеличению продуктивности коров при машинном доении [2, 3, 4].

Таким образом, линейные электродвигатели являются универсальными устройствами, которые получают все большее распространение в технологических процессах. Разнообразие конструкций и простота исполнения делает этот вид двигателей самым востребованным для производителей, стремящихся вывести свое производство на высокотехнологичный уровень.

Список литературы:

1. Большой энциклопедический словарь / И. Лапина, Е. Маталина, Р. Секачев, Е. Троицкая, Л. Хайбуллина, Н. Ярина, Под ред. И. Лапиной. - М.: АСТ, 2006. - 1248 с.

2. Гринченко В.А. Об усовершенствовании электропульсатора для машинного доения // Техника и технология. - 2009. - №1. - С. 27.

3. Никитенко Г.В., Гринченко В.А. Электропульсатор щадящего режима // Сельский механизатор. - 2009. - №8. - С. 26-27.

4. Никитенко Г.В., Гринченко В.А. Электромагнитный пульсатор с плавными переходными процессами // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве. - Ставрополь: Агрус, 2009. - С. 403-407.

5. Электропульсатор доильного аппарата: патент на изобретение RUS 2447653 МПК7 A01 J5/14 / Никитенко Г.В., Капустин И.В., Гринченко В.А., заявитель и патентообладатель Ставропольский гос. аграрн. ун-т. - №2010126114/13. заявл. 25.06.2010, опубл. 20.04.2012.

6. Электропульсатор доильного аппарата: патент на полезную модель RUS 95222 МПК7 A01 J5/14 / Никитенко Г.В., Капустин И.В., Гринченко В.А., заявитель и патентообладатель Ставропольский гос. аграрн. ун-т. - №2010108042/22. заявл. 04.03.2010, опубл. 27.06.2010.

7. Электромагнитный пульсатор доильного аппарата: патент на изобретение RUS 79236 МПК7 A01 J5/14 / Никитенко Г.В., Гринченко В.А., заявитель и патентообладатель Ставропольский гос. аграрн. ун-т. - №2008132309/22. заявл. 05.08.2008, опубл. 27.12.2008.

2014 © Мишуков С.В.

nauka-rastudent.ru

Линейные асинхронные двигатели

 

Подвижная часть линейного двигателя совершает поступательное движение, поэтому применение этих двигателей для привода рабочих машин с поступательным движением рабочего органа позволяет упростить кинематику механизмов, уменьшим потери в передачах и повысить надежность механизма в целом.

Возможны линейные двигатели четырех видов: электромагнитные (соленоидные), магнитоэлектрические (с применением постоянного магнита), электродинамические и асинхронных. Асинхронные (индукционные) линейные двигатели благодаря простоте конструкции и высокой надежности получили наибольшее применение.

Для объяснения принципа работы линейного асинхронного двигателя обратимся к асинхронному двигателю с вращательным движением ротора. Если статор этого двигателя (рис. 17.10, а) мысленно «разрезать» и «развернуть» так, чтобы он образовал дугу с углом α (рис. 17.10, б), то диаметр ротора увеличится. При этом мы получим асинхронный двигатель с дуговым статором Частота вращения (об/мин) магнитного поля статора этого двигателя (синхронная частота)

n1 = n01 α /(2π) (17.6)

где n01 — синхронная частота вращения обычного (до «разрезания») асинхронного двигателя, об/мин; α — угол дуги статора, рад.

Из (17.6) следует, что, изменяя угол α, можно получить дуговой асинхронный двигатель на любую синхронную частоту меньше частоты вращения n01. Дуговые двигатели применяют для безредукторного привода устройств, требующих небольших частот вращения, исключив применение сложного и трудоемкого редуктора.

 

Рис. 17.10. К понятиям о дуговом и ли­нейном двигателях

 

Если же «разрезанный» статор развернуть в плоскость, то получим асинхронный линейный двигатель (рис. 17.10, в). Принципиальное конструктивное отличие линейного асинхронного двигателя от асинхронного двигателя с вращательным движением ротора

состоит в том, что первичный элемент линейного двигателя (индуктор) создает не вращающееся, а бегущее магнитное поле и нижняя часть двигателя с короткозамкнутой обмоткой (или без нее) называемая вторичным элементом, перемещается вдоль своей оси. Скорость бегущего поля в линейном двигателе (м/с)

v1 = 2τf1 = f1Lc /p (17.7)

где f1 — частота тока в обмотке статора, Гц; τ — полюсное деление; Lc — длина статора (индуктора), м.

Принцип действия линейного асинхронного двигателя основан на том, что бегущее поле индуктора, сцепляясь с короткозамкнутой обмоткой вторичного элемента двигателя, наводит в ней ЭДС. Возникающие в стержнях этой обмотки токи взаимодействуют с бегущим полем индуктора и создают на индукторе и вторичном элементе электромагнитные силы, стремящиеся линейно переместить подвижную часть двигателя относительно неподвижной. В некоторых конструкциях линейных двигателей подвижной частью является индуктор, а в некоторых — вторичный элемент, называемый в этом случае бегунком. Если вторичный элемент линейного двигателя невозможно изготовить с короткозамкнутой обмоткой, то применяют вторичные элементы в виде полосы из меди, алюминия или ферромагнитной стали. Наиболее удовлетворительными получаются характеристики линейного двигателя при составном вторичном элементе, например выполненном в виде полосы из ферромагнитной стали, покрытой слоем меди.

Основной недостаток асинхронных двигателей с разомкнутым статором — дуговых и линейных — явление краевого эффекта, представляющего собой комплекс электромагнитных процессов, обусловленных разомкнутой конструкцией статора. К нежела­тельным последствиям краевого эффекта в первую очередь следу­ет отнести появление «паразитных» тормозных усилий, направ­ленных против движения подвижной части двигателя, и возникновение поперечных сил, стремящихся сместить подвиж­ную часть двигателя в поперечном направ­лении. Кроме того, краевой эффект вызывает ряд других нежелательных явлений, ухуд­шающих рабочие характеристики линейных двигателей.

Линейные асинхронные двигатели при­меняют для привода заслонок, ленточных конвейеров, подъемно-транспортных меха­низмов. На рис. 17.11 показано устройство линейного асинхронного двигателя привода тележки подъемного крана. На тележке 3 расположен индуктор линейного двигателя, состоящий из шихтованного сердечника 6, в пазах которого расположена обмотка 5. На­правляющая для колес 2 представляет собой стальную балку 7, к нижней части которой прикреплена стальная полоса 4. Бегущее магнитное поле индуктора наводит в стальной полосе 4 вихревые токи. Электромаг­нитные силы, возникающие в результате взаимодействия этих токов с магнитным полем индуктора, перемещают индуктор (тележку) вдоль стальной полосы 4.

 

Рис. 17.11. Линей­ный асинхронный двигатель

привода тележки подъемного крана

 

Линейные асинхронные двигатели значительной мощности применяют на транспорте в качестве тяговых двигателей. Один из вариантов такого двигателя показан на рис. 17.12. Здесь индуктор 2 двигателя подвешен к транспортному средству 1, а стальная полоса 3 установлена вертикально на основании пути между рельсами. Из этой конструкции поперечная сила Fп вызванная краевым эффектом используется полезно, так как она уменьшает силу давления на несущие оси и колеса и, как следствие, уменьшает трение качения.

Рис 17.12. Линейный асинхронный двигатель

привода железнодорожного транспортного средства

Контрольные вопросы

1.В чем различие между схемами соединения индукционного регулятора на­пряжения и фазорегулятора?

2.Сколько раз напряжение на выходе ИР достигнет наибольшего значения за один оборот ротора, если обмотка имеет 2р = 6?

3.В каком направлении следует вращать ротор АПЧ, чтобы на выходе полу­чить ЭДС частотой, большей частоты тока в сети?

4.Какую долю мощности на выходе АПЧ составит мощность приводного дви­гателя, если частота тока на входе АПЧ равна 50 Гц, а на выходе — 100 Гц?

5.Объясните работу сельсинов в индикаторной системе передачи. Чем вызвана ошибка в воспроизведении угла поворота?

6.Чем обеспечивается отсутствие самохода в асинхронном исполнительном двигателе?

7.Объясните принцип работы асинхронного линейного двигателя.

8.Что такое краевой эффект и каковы его нежелательные действия в линейном асинхронном двигателе?

 

ГЛАВА 18

• Конструктивные формы исполнения электрических машин

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

Линейный двигатель - это... Что такое Линейный двигатель?

Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане статор - ряд индукционных катушек, на переднем плане - подвижный вторичный элемент, содержащий постоянный магнит.

Лине́йный дви́гатель — электродвигатель, у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую магнитное поле, а другой взаимодействует с ним и выполнен в виде направляющей, обеспечивающей линейное перемещение подвижной части двигателя. Сейчас разработано множество разновидностей (типов) линейных электродвигателей, например, линейные асинхронные электродвигатели (ЛАД), линейные синхронные электродвигатели, линейные электромагнитные двигатели, линейные магнитоэлектрические двигатели, линейные магнитострикционные двигатели, линейные пьезоэлектрические (электрострикционные) двигатели и др. Многие типы линейных двигателей, такие как асинхронные, синхронные или постоянного тока, повторяют по принципу своего действия соответствующие двигатели вращательного движения, в то время как другие типы линейных двигателей (магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.) не имеют практического исполнения как двигатели вращательного движения. Неподвижную часть линейного электродвигателя, получающую электроэнергию из сети, называют статором, или первичным элементом, а часть двигателя, получающая энергию от статора, называют вторичным элементом или якорем (название "ротор" к деталям линейного двигателя не применяется, т.к. слово "ротор" буквально означает "вращающийся", а в линейном двигателе вращения нет). Наибольшее распространение в транспорте и для больших линейных перемещений получили асинхронные и синхронные линейные двигатели, но применяются также линейные двигатели постоянного тока и линейные электромагнитные двигатели. Последние чаще всего используются для получения небольших перемещений рабочих органов и обеспечения при этом высокой точности и значительных тяговых усилий.

Асинхронный линейный двигатель

Представление об устройстве линейного асинхронного двигателя можно получить, если мысленно разрезать статор и ротор с обмотками обычного асинхронного двигателя вдоль оси по образующей и развернуть в плоскость. Образовавшаяся плоская конструкция представляет собой принципиальную схему линейного двигателя. Если теперь обмотки статора такого двигателя подключить к сети трехфазного переменного тока, то образуется магнитное поле, ось которого будет перемещаться вдоль воздушного зазора со скоростью V, пропорциональной частоте питающего напряжения f и длине полюсного деления t: V = 2tf. Это перемещающееся вдоль зазора магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке начнут протекать токи. Взаимодействие токов с магнитным полем приведет к появлению силы, действующей, по правилу Ленца, в направлении перемещения магнитного поля. Ротор — в дальнейшем будем называть его уже вторичным элементом — под действием этой силы начнет двигаться. Как и в обычном асинхронном двигателе, перемещение элемента происходит с некоторым скольжением относительно поля S = (V - v)/V, где v - скорость движения элемента. Номинальное скольжение линейного двигателя равно 2-6%. [1] Вторичный элемент линейного двигателя не всегда снабжается обмоткой. Одно из достоинств линейного асинхронного двигателя заключается в том, что в качестве вторичного элемента может использоваться обычный металлический лист. Вторичный элемент при этом может располагаться также между двумя статорами, или между статором и ферромагнитным сердечником. Вторичный элемент выполняется из меди, алюминия или стали, причем использование немагнитного вторичного элемента предполагает применение конструктивных схем с замыканием магнитного потока через ферромагнитные элементы. Принцип действия линейных двигателей со вторичным элементом в виде полосы повторяет работу обычного асинхронного двигателя с массивным ферромагнитным или полым немагнитным ротором. Обмотки статора линейных двигателей имеют те же схемы соединения, что и обычные асинхронные двигатели, и подключаются обычно к сети трехфазного переменного тока. Линейные двигатели очень часто работают в так называемом обращенном режиме движения, когда вторичный элемент неподвижен, а передвигается статор. Такой линейный двигатель, получивший название двигателя с подвижным статором, находит, в частности, широкое применение на электрическом транспорте. Например, статор неподвижно закреплен под полом вагона, а вторичный элемент представляет собой металлическую полосу между рельс, а иногда вторичным элементом служат сами рельсы. Одной из разновидностей линейных асинхронных двигателей являются трубчатый (коаксиальный) двигатель. Статор такого двигателя имеет вид трубы, внутри которой располагаются перемежающиеся между собой плоские дисковые катушки (обмотки статора) и металлические шайбы, являющиеся частью магнитопровода. Катушки двигателя соединяются группами и образуют обмотки отдельных фаз двигателя. Внутри статора помещается вторичный элемент также трубчатой формы, выполненный из ферромагнитного материала. При подключении к сети обмоток статора вдоль его внутренней поверхности образуется бегущее магнитное поле, которое индуцирует в теле вторичного элемента токи, направленные по его окружности. Взаимодействие этих токов с магнитным полем двигателя создает на вторичном элементе силу, действующую вдоль трубы, которая и вызывает (при закрепленном статоре) движение вторичного элемента в этом направлении. Трубчатая конструкция линейных двигателей характеризуется аксиальным направлением магнитного потока во вторичном элементе в отличие от плоского линейного двигателя, в котором магнитный поток имеет радиальное направление.

Синхронный линейный двигатель

Схема синхронного линейного двигателя.

Основной областью применения синхронных двигателей, где их преимущества проявляются особенно сильно, является высокоскоростной электрический транспорт. Дело в том, что по условиям нормальной эксплуатации такого транспорта необходимо иметь сравнительно большой воздушный зазор между подвижной частью и вторичным элементом. Асинхронный линейный двигатель имеет при этом очень низкий коэффициент мощности (cosφ), и его применение оказывается экономически невыгодным. Синхронный линейный двигатель, напротив, допускает наличие относительно большого воздушного зазора между статором и вторичным элементом и работает при этом с cosφ, близким к единице, и высоким КПД, достигающем 96%. Применение синхронных линейных двигателей в высокоскоростном транспорте сочетается, как правило, с магнитной подвеской вагонов и применением сверхпроводящих магнитов и обмоток возбуждения, что позволяет повысить комфортабельность движения и экономические показатели работы подвижного состава.

Применение линейных двигателей

  • Широкое применение линейные двигатели нашли в электрическом транспорте, чему способствовал целый ряд преимуществ этих двигателей: прямолинейность движения вторичного элемента (или статора), что естественно сочетается с характером движения различных транспортных средств, простота конструкции, отсутствие трущихся частей (энергия магнитного поля непосредственно преобразуется в механическую), что позволяет добиться высокой надежности и КПД. Еще одно преимущество связано с независимостью силы тяги от силы сцепления колес с рельсовым путем, что недостижимо для обычных систем электрической тяги. При использовании линейных двигателей исключается буксование колес электрического транспорта (именно этой причиной был обусловлен выбор линейного двигателя для ММТС), а ускорения и скорости движения средств транспорта могут быть сколь угодно высокими и ограничиваться только комфортабельностью движения, допустимой скоростью качения колес по рельсовому пути и дороге, и динамической устойчивостью ходовой части транспорта и пути.
  • Линейные асинхронные двигатели применяются для привода механизмов транспортировки грузов различных изделий. Такой конвейер имеет металлическую ленту, которая проходит внутри статоров линейного двигателя, являясь вторичным элементом. Применение линейного двигателя в этом случае позволяет снизить предварительное натяжение ленты и устранить ее проскальзывание, повысить скорость и надежность работы конвейера.
  • Линейный двигатель может применяться для машин ударного действия, например сваезабивных молотов, применяемых при дорожных работах и строительстве. Статор линейного двигателя располагается на стреле молота и может перемещаться по направляющим стрелы в вертикальном направлении с помощью лебедки. Ударная часть молота является одновременно вторичным элементом двигателя. Для подъема ударной части молота двигатель включается таким образом, чтобы бегущее поле было направлено вверх. При подходе ударной части к крайнему верхнему положению двигатель отключается и ударная часть опускается вниз на сваю под действием силы тяжести. В некоторых случаях двигатель не отключается, а реверсируется, что позволяет увеличить энергию удара. По мере заглубления сваи статор двигателя перемещается вниз с помощью лебедки. Электрический молот прост в изготовлении, не требует повышенной точности изготовления деталей, нечувствителен к изменению температуры и может вступать в работу практически мгновенно.
  • Разновидностью линейного двигателя можно считать магнитогидродинамический насос. Такие насосы применяются для перекачки электропроводящих жидкостей и в том числе жидких металлов, и широко применяются в металлургии для транспортировки, дозировки и перемешивания жидкого металла, а также на атомных электростанциях для перекачки жидкометаллического теплоносителя. Магнитогидродинамические насосы могут быть постоянного или переменного тока. Для насоса постоянного тока первичным элементом — статором двигателя постоянного тока — является С-образный электромагнит. В воздушный зазор электромагнита помещается трубопровод с жидким металлом. С помощью электродов, приваренных к стенкам трубопровода, через жидкий металл пропускается постоянный ток от внешнего источника. Часто обмотка возбуждения включается последовательно в цепь электродов. При возбуждении электромагнита на металл в зоне прохождения постоянного тока начинает действовать электромагнитная сила аналогично тому, как она действовала на проводник с током, помещенным в магнитное поле. Под действием этой силы металл начнет перемещаться по трубопроводу. Преимуществами МГД-насосов являются отсутствие движущихся механических частей и возможность герметизации канала транспортировки металла. [2]

Линейные двигатели высокого и низкого ускорения

Все линейные двигатели их можно разделить на две категории:

  • двигатели низкого ускорения
  • двигатели высокого ускорения

Двигатели низкого ускорения используются в общественном транспорте (маглев, монорельс, метрополитен) как тяговые, а также в станках (лазерных, водорезных, сверлильно-фрезерных) и другом технологическом оборудовании в промышленности. Двигатели высокого ускорения весьма небольшие по длине, и обычно применяются, чтобы разогнать объект до высокой скорости, а затем выпустить его (см. пушка Гаусса). Они часто используются для исследований гиперскоростных столкновений, а также в специальных устройствах, таких, как оружие[источник не указан 308 дней] или пусковые установки космических кораблей[каких?].

Линейные двигатели широко используются также в приводах подачи металлорежущих станков и в робототехнике. Для повышения точности позиционирования часто используются линейные датчики положения.

Источники

  1. ↑ Линейные асинхронные двигатели - Принцип действия
  2. ↑ Линейные электродвигатели

Ссылки

med.academic.ru

Линейный двигатель • ru.knowledgr.com

Линейный двигатель - электродвигатель, у которого были его статор и ротор, «развернутый» так, чтобы вместо того, чтобы произвести вращающий момент (вращение) это произвело линейную силу вдоль своей длины. Наиболее распространенный режим работы как привод головок Lorentz-типа, в котором приложенная сила линейно пропорциональна току и магнитному полю.

Много проектов были выдвинуты для линейных двигателей, попав в две главных категории, низкое ускорение и высокое ускорение линейные двигатели. Низкое ускорение линейные двигатели подходит для поездов maglev и других наземных приложений транспортировки. Высокое ускорение линейные двигатели обычно довольно коротки, и разработаны, чтобы ускорить объект к очень высокой скорости, например видеть coilgun.

Высокое ускорение линейные двигатели, как правило, используется в исследованиях гиперскоростных столкновений как оружие, или как массовые водители для относящегося к космическому кораблю толчка. Они обычно имеют дизайн линейного асинхронного двигателя (LIM) AC с активным трехфазовым проветриванием на одной стороне воздушного зазора и пассивной пластины проводника с другой стороны. Однако постоянный ток homopolar линейный двигатель railgun является другим высоким ускорением линейный моторный дизайн. Низкое ускорение, высокая скорость и мощные двигатели обычно имеют дизайн линейного синхронного двигателя (LSM) с активным проветриванием на одной стороне воздушного зазора и множестве магнитов дополнительного полюса с другой стороны. Эти магниты могут быть постоянными магнитами или возбужденными магнитами. Шанхай Трансбыстрый двигатель является LSM.

Типы

Асинхронный двигатель

В этом дизайне сила произведена движущимся линейным магнитным полем, действующим на проводников в области. У любого проводника, быть ею петля, катушка или просто кусок металла пластины, который помещен в эту область, будет ток вихря вызванным в ней таким образом создание противостоящего магнитного поля, в соответствии с законом Ленца. Две противостоящих области отразят друг друга, таким образом создавая движение, поскольку магнитное поле несется через металл.

Синхронный двигатель

В этом дизайне темпом движения магнитного поля управляют, обычно в электронном виде, чтобы отследить движение ротора. По причинам стоимости синхронные линейные двигатели редко используют коммутаторы, таким образом, ротор часто содержит постоянные магниты или мягкое железо. Примеры включают coilguns и двигатели, используемые на некоторых maglev системах, а также многих других линейных двигателях.

Homopolar

В этом дизайне большой ток передан через металлическое сабо через скольжение контактов, которые питаются от двух рельсов. Магнитное поле, которое это производит, заставляет металл быть спроектированным вдоль рельсов.

Электрический Piezo

Пизоелектрик-Драйв часто используется, чтобы вести маленькие линейные двигатели.

История

Низкое ускорение

История линейных электродвигателей может быть прослежена, по крайней мере, до 1840-х к работе Чарльза Витстоуна в Королевском колледже в Лондоне, но модель Витстоуна была слишком неэффективна, чтобы быть практичной. Выполнимый линейный асинхронный двигатель описан в (1905 - изобретатель Альфред Зехден Франкфурта-на-Майне) для вождения поездов или лифтов. В 1935 немецкий инженер Герман Кемпер построил рабочую модель. В конце 1940-х, доктора Эрика Лэйтвэйта из Манчестерского университета, позже профессор Тяжелой Электротехники в Имперском Колледже в Лондоне развил первую рабочую модель в натуральную величину. В односторонней версии магнитное отвращение вынуждает проводника далеко от статора, поднимая его, и неся его вперед в направлении движущегося магнитного поля. Он назвал более поздние версии его магнитной рекой.

Из-за этих свойств линейные двигатели часто используются в maglev толчке, как в японской магнитной линии поезда поднятия Linimo под Нагоей. Однако линейные двигатели использовались независимо от магнитного поднятия, как в Продвинутых системах Скоростного транспорта Бомбардира во всем мире и многих современных японских метро, включая Линию Токио Toei Oedo.

Подобная технология также используется в некоторых американских горках с модификациями, но, в настоящее время, все еще непрактична на улице бегущие трамваи, хотя это, в теории, могло быть сделано, хороня его в выдолбленном трубопроводе.

За пределами общественного транспорта вертикальные линейные двигатели были предложены как подъем механизмов в глубоких шахтах, и использование линейных двигателей растет в приложениях контроля за движением. Они также часто используются на раздвижных дверях, таких как те из низких трамваев пола, таких как Citadis и Евротрамвай. Двойная ось линейные двигатели также существует. Эти специализированные устройства использовались, чтобы обеспечить прямое движение X-Y для сокращения лазера точности ткани и листовой стали, автоматизированного составления и кабельного формирования. Большинство линейных двигателей в использовании - LIM (линейный асинхронный двигатель), или LSM (линейный синхронный двигатель). Линейные электродвигатели постоянного тока не используются из-за более высокой стоимости, и линейный SRM страдает от плохого толчка. Таким образом в течение длительного периода в тяге LIM главным образом предпочтен, и для короткого промежутка времени главным образом предпочтен LSM.

Высокое ускорение

Высокое ускорение линейные двигатели было предложено для многого использования.

Их рассмотрели для использования в качестве оружия, так как текущие бронебойные боеприпасы имеют тенденцию состоять из маленьких раундов с очень высокой кинетической энергией, для которой просто такие двигатели подходят. Много американских горок парка развлечений теперь используют линейные асинхронные двигатели, чтобы продвинуть поезд на высокой скорости как альтернатива использованию холма лифта. Военно-морской флот Соединенных Штатов также использует линейные асинхронные двигатели в Электромагнитной Системе Запуска Самолета, которая заменит традиционные паровые катапульты на будущих авианосцах. Им также предложили для использования в относящемся к космическому кораблю толчке. В этом контексте их обычно называют массовыми водителями. Самый простой способ использовать массовых водителей для относящегося к космическому кораблю толчка состоял бы в том, чтобы построить большой массовый драйвер, который может ускорить груз, чтобы избежать скорости, хотя запуск RLV помогает как StarTram на низкую земную орбиту, был также исследован.

Высокое ускорение линейные двигатели трудно проектировать по ряду причин. Они требуют больших сумм энергии за очень короткие периоды времени. Один дизайн ракетной пусковой установки призывает к 300 ГДж для каждого запуска в течение меньше, чем секунда. Нормальные электрические генераторы не разработаны для этого вида груза, но могут использоваться краткосрочные методы хранения электроэнергии. Конденсаторы большие и дорогие, но могут поставлять большие суммы энергии быстро. Генераторы Homopolar могут использоваться, чтобы преобразовать кинетическую энергию махового колеса в электроэнергию очень быстро. Высокое ускорение линейные двигатели также требует очень сильных магнитных полей; фактически, магнитные поля часто слишком сильны, чтобы разрешить использование сверхпроводников. Однако с тщательным дизайном, это не должно быть основной проблемой.

Две различных базовых конструкции были изобретены для высокого ускорения линейные двигатели: railguns и coilguns.

Пример: Маглев

Использование

Линейные двигатели широко используются. Одно из основного использования линейных двигателей для продвижения шаттла в ткацких станках.

Линейные двигатели использовались для раздвижных дверей и различных подобных приводов головок. Кроме того, они использовались для вручения багажа и могут даже ездить, крупномасштабные навалочные грузы транспортируют решения.

Линейные двигатели иногда используются, чтобы создать вращательное движение, например, они использовались в обсерваториях, чтобы иметь дело с большим радиусом искривления.

Линейный двигатель использовался для ускорения автомобилей для краш-тестов.

Толчок поезда

Обычные рельсы

Все заявления находятся в скоростном транспорте.

,

И поезда Кавасаки и ИСКУССТВО Бомбардира имеют активную часть двигателя в автомобилях и используют верхние провода (японские метро) или третий рельс (ИСКУССТВО), чтобы передать власть поезду.

Монорельсовая дорога
  • Есть по крайней мере одна известная система монорельсовой дороги, которая магнитно не поднимается, но тем не менее использует линейные двигатели. Это - Московская Монорельсовая дорога. Первоначально, традиционные двигатели и колеса должны были использоваться. Однако это было обнаружено во время испытаний, что предложенные двигатели и колеса не обеспечат соответствующую тягу при некоторых условиях, например, когда лед появился на рельсе. Следовательно, колеса все еще используются, но поезда используют линейные двигатели, чтобы ускориться и замедлиться. Это - возможно единственное использование такой комбинации, из-за отсутствия таких требований для других систем поезда.
  • TELMAGV - прототип системы монорельсовой дороги, которая также магнитно не поднимается, но использует линейные двигатели.
Магнитное поднятие
  • Высокоскоростные поезда:
  • Трансбыстрый: сначала коммерческое использование в Шанхае (открытый в 2004)
  • СЦМАГЛЕВ, при тесте в Японии
  • Скоростной транспорт:
  • Бирмингемский Аэропорт, Великобритания (открытый 1984, закрыл 1995)
,
  • M-Bahn в Берлине, Германия (открытый в 1989, закрытый в 1991)
  • ЭКСПО Тэджона, Корея (управлял только 1993)
,

Аттракционы

Есть много американских горок во всем мире что использование LIMs, чтобы ускорить транспортные средства поездки. Первое, являющееся Полетом Страха в Острове Королей и королях Dominion. В 1996 оба открылись.

например:

Запуск самолета

  • Электромагнитная система запуска самолета

Предложенный & исследование

  • Петля запуска - предложенная система для пусковых установок в пространство, используя линейный двигатель привела петлю в действие
  • StarTram - Понятие для линейного двигателя в чрезвычайном масштабе
  • Кабельная система катапульты привязи

См. также

  • Линейный привод головок
  • Электромобиль онлайн
  • Двигатель лесоруба
  • Трубчатый линейный двигатель

Внешние ссылки

  • Уравнения дизайна, электронная таблица и рисунки
  • Моторное вычисление вращающего момента
  • Обзор электромагнитного оружия
  • Приводы головок звуковой катушки

ru.knowledgr.com

6.2. Электропривод с линейными электродвигателями

Исполнительные органы подъемно-транспортных машин, механизмов подач металлообрабатывающих станков, кузнечных прессов, молотов совершают поступательное движение. При использовании для их привода двигателей вращательного движения требуется механическая передача (кривошипно-шатунный механизм, передача винт-гайка и т. д.), преобразующая вращательное движение вала двигателя в поступательное движение исполнительного органа.

Применение линейных двигателей, движущаяся часть которых совершает поступательное линейное движение, позволяет упростить или полностью исключить механическую передачу и за счет этого повысить экономичность и надежность рабочей машины или механизма в целом [21, 25]. Кроме того, появление линейных двигателей позволило решить ряд важных технических проблем, например создание высокоскоростного электрического транспорта и установок для перекачки жидких металлов.

Линейные двигатели могут быть асинхронными, синхронными и постоянного тока, повторяя по принципу действия соответствующие двигатели вращательного движения.

Большее распространение получили линейные асинхронные двигатели (ЛАД), представление об устройстве которых можно получить, рели мысленно разрезать статор 4и ротор1с обмотками3и 2 обычного АД (рис 6.1,а) вдоль оси по образующей00’и развернуть их в плоскость. Образовавшаяся плоская конструкция (рис 6.1,б) представляет собой ЛАД, движущуюся часть которого называют вторичным элементом. Если обмотки статора ЛАД подключить к сети переменного тока, образуется магнитное поле, ось которого будет перемещаться вдоль воздушного зазора со скоростью, пропорциональной частоте питающего напряженияf1к длине полюсного деления,

(6.1)

Магнитное поле, перемещающееся вдоль зазора, пересекает про родники обмотки 2вторичного элемента1и индуцирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке начнут проходить токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем приведет к появлению силы, действующей на вторичный элемент по правилу Ленца в направлении перемещения магнитного поля. Вторичный элемент под действием этой силы начнет двигаться с некоторым отставанием (скольжением) от магнитного поля, как и в обычном АД.

Показанная на рис. 6.1, бконструкция представляет собой ЛАД с односторонним статором и вторичным элементом одного с ним размера. В зависимости от назначения ЛАД его вторичный элемент может быть длиннее статора или короче его. В первом случае ЛАД получили название двигателей с коротким статором, а во втором случае – с коротким вторичным элементом.

Вторичный элемент ЛАД не всегда снабжается обмоткой. Часто (и в этом одно из больших достоинств ЛАД) в качестве вторичного элемента используется лист, полоса или рельс, выполненные из стали, меди или алюминия. Такой вторичный элемент может устанавливаться между двумя статорами (ЛАД с двусторонним статором) или между статором и ферромагнитным сердечником (ЛАД с односторонним статором и сердечником). Линейный двигатель со вторичным элементом в виде полосы аналогичен обычному АД с массивным ферромагнитным ротором.

Обмотки статора ЛАД имеют те же самые соединения, что и обычные АД, и подключаются к сети трехфазного переменного тока.

Линейные двигатели могут работать и в обращенном режиме движения, когда вторичный элемент неподвижен, а передвигается статор. Такой линейный двигатель (называемый двигателем с подвижным статором) обычно применяется на электрическом транспорте. Рассмотрим некоторые примеры использования ЛАД.

Линейный двигатель, установленный на рельсовом транспортном средстве, показан на рис. 6.2, а. Двигатель с двусторонним статором1крепится на тележке3подвижного состава. Вторичным элементом является укрепленная между рельсами металлическая полоса2. Напряжение на статор двигателя подается с помощью скользящих контактов (троллеев). Линейные двигатели, где вторичным элементом служит рельс или другой элемент несущей конструкции, используют для монорельсовых дорог и механизмов передвижения кранов.

На рис. 6.2, бпоказан ЛАД, предназначенный для механизмов транспортировки грузов. Конвейер, служащий для перемещения из бункера4сыпучего материала5, состоит из металлической ленты.6 барабанов7. Металлическая лента конвейера проходит внутри статоров1ЛАД, являясь его вторичным элементом. При использовании ЛАД в этом случае устраняется проскальзывание ленты и появляется возможность увеличить скорость ее движения.

Линейные двигатели применяются также в электроприводах сваезабивных молотов, прессов, ткацких станков, вязальных машин, слитковозов, толкателей и многих других рабочих машин. В настоящее время ЛАД разработаны на мощности от нескольких ватт до нескольких сотен киловатт и скорости движения до 100–150 км/ч.

Линейные двигатели постоянного тока (ЛДПТ) обычно применяются для обеспечения небольших перемещений, когда требуются значительные перестановочные усилия и высокая точность движения. Линейные двигатели постоянного тока, как и двигатели вращательного движения, позволяют при необходимости простыми средствами регулировать скорость перемещения исполнительных органов. Чаще всего ЛДПТ применяются в приводах подач различных станков.

Линейные синхронные двигатели (ЛСД) находят наибольшее применение при создании высокоскоростного электрического транспорта, где достоинства ЛСД проявляются наиболее заметно. Причина заключается в том, что по условиям нормальной эксплуатации такого транспорта необходим сравнительно большой зазор между подвижной частью и вторичным элементом. Линейный асинхронный двигатель имеет при этом низкий коэффициент мощности, и его применение оказывается экономически невыгодным, ЛСД, напротив, допускает наличие большого воздушного зазора между статором и вторичным элементом и работает при этом с cos, близким к единице.

Применение ЛСД в высокоскоростном электрическом транспорте обычно сочетается с использованием магнитной подвески вагонов и сверхпроводящих магнитов и обмоток возбуждения, что позволяет получить комфортность движения и хорошие экономические показатели работы подвижного состава. Мощности ЛСД в электрическом транспорте достигают нескольких тысяч киловатт, а скорости движения – 400–500 км/ч.

Линейные двигатели имеют широкие перспективы для дальнейшего развития.

studfiles.net