Ліненйний асинхронний двигун - реферат. Лінійний двигун на автомобілі
Католицький Микита Олександрович
студент Електроенергетичної факультету Ставропольський державний аграрний університет м Ставрополь, Росія
Анотація: У статті описано пристрій, види лінійних двигунів їх відмінності від інших видів електродвигунів, докладно описано застосування, переваги і недоліки. Мета статті полягає в описі переваги лінійних двигунів над іншими.
Ключові слова: Лінійний електродвигун, ротор, статор, привід, якір, муздрамтеатр
Linear electric motor
Katolickij Nikita Aleksandrovich
student Electricity Department Stavropol State Agrarian University Stavropol, Russia
Abstract: In article the device, types of linear engines of their difference from other types of electric motors is described, application, merits and demerits is in detail described. The purpose of article consists in the description of advantage of linear engines over others.
Keywords: linear electric motor, rotor, stator, drive, anchor, magnetic conductor
Протягом багатьох років промисловість залежить від різних ремінних і гвинтових передач, а також пневматичних механізмів необхідних для виконання лінійного позиціонування. Попит на високошвидкісну пропускну здатність, численні робочі цикли, гнучке налаштування та програмування дозволив визначити недоліки в цих пристроях. Часто при виконанні точного контрольованого позиціонування в поступальному русі доводиться йти на компроміс.
Завдяки технології безпосереднього приводу лінійного двигуна досягається висока якість вирішення завдань лінійного позиціонування. Ця технологія має на увазі безпосереднє використання сили електромагнітної взаємодії без використання ременя, шарико передачі або проміжної ланки іншого виду. Лінійний привід забезпечує безпосереднє лінійне переміщення (перетворення обертального руху в поступальний не відбувається).
Малюнок 1 - Пристрій лінійного двигуна
Електричний лінійний двигун є механізмом, в якому рухома частина не знаходиться в обертанні (в традиційних варіантах двигунів рухома частина обертається), а лінійно переміщується вздовж нерухомої частини агрегату, представленої у вигляді незамкнутого муздрамтеатру, довжина якого має довільне значення. Усередині муздрамтеатру створюється біжить магнітне поле. У стандартних електричних двигунах ротатор і статор згорнуті у вигляді кілець, а в лінійному двигуні ці елементи розтягнуті в смуги. Завдяки тому, що обмотка статора включається по черзі, створюється біжить магнітне поле. До складу лінійного електричного двигуна постійного струму входить якір з розташованої на його поверхні обмоткою, що є колектором (напрямних елементом) і розімкнутий магнітопровід з обмотками збудження (рухомий частиною), розташований в такому порядку, що вектори сил, що з'являються в полюсах муздрамтеатру, мають один напрямок. Простота регулювання швидкості переміщення рухомої частини - відмінна риса лінійного електродвигуна. агрегати змінного струму можуть бути синхронного і асинхронного типу. Якір в асинхронному лінійному електродвигуні виконується у вигляді бруска, найчастіше прямокутного перетину, на якому відсутня обмотка. Монтаж якоря виконується вздовж шляху переміщення рухомої частини агрегату, оснащеної магнитопроводом з розгорнутими багатофазними обмотками, які живляться від джерела змінного струму. В результаті взаємодії магнітного поля муздрамтеатру рухомої частини і поля якоря з'являються сили, що змушують рухому частину переміщатися швидше, щодо нерухомого якоря. Процес відбувається до моменту рівняння швидкості переміщення рухомої частини і біжить магнітного поля.
Найчастіше такі агрегати використовуються в сфері електричного транспорту. Цьому сприяють особливі переваги двигунів такого зразка:
Прямолінійний рух статора відмінно підходить для багатьох засобів пересування;
Проста конструкція, в якій відсутні труться елементи, тобто енергетичний потік всередині магнітного поля безпосередньо перетворюється в механічну енергію. Завдяки цьому досягаються високі показники ККД і надійності агрегату;
Незалежність сили тяги від зчеплення колісних пар з рейковими шляхами. Це властивість недосяжно для стандартних агрегатів електричної тяги;
Відсутність ймовірності буксирування коліс електричного транспорту, що стало причиною для вибору лінійного двигуна;
Прискорення і швидкість руху транспорту можуть мати будь-які значення, обмежені комфортабельністю пересування, допустимою швидкістю кочення коліс по рейкових шляхах і дорогах, а також ступенем динамічної стійкості ходової частини транспортного засобу і шляху.
Лінійні двигуни асинхронного типу необхідні для приводу механізмів транспортування різної продукції. Ці конвеєри оснащують металевими стрічками, що проходять всередині статоров лінійних рухових систем, які виконують функцію вторинного елемента. Завдяки використанню лінійної рухової системи знижується ступінь попереднього натягу стрічки, усувається ймовірність її прослизання, а також підвищуються показники швидкості і надійності роботи конвеєра.
Лінійні двигуни використовують для машин ударної дії, наприклад, молоти для забивання паль, необхідні в сфері дорожніх робіт і будівництві. Статор лінійної рухової системи розміщують на стрілі молота, а його переміщення по напрямних елементів стріли в вертикальному напрямку забезпечується завдяки лебідці. Ударна частина молота виконує функцію вторинного елемента рухової системи. Для здійснення підйому ударної частини молота включення двигуна відбувається так, що біжить поле прямує вгору. При досягненні ударним елементом крайнього верхнього положення відбувається деактивація двигуна і відбувається переміщення ударного елементу вниз на поверхню палі під впливом сили тяжіння. Іноді деактивация двигуна не відбувається - рухова система працює в реверсному режимі, збільшуючи силу удару. Відповідно до ступеня поглиблення палі статор рухової системи переміщається вниз завдяки лебідці. Конструкція електричного молота досить проста. Його виготовити досить просто. Підвищена точність в ході виробництва його елементів не потрібно, а його конструкція не чутлива до змін температурних показників, тому пристрій може моментально приступити до виконання своїх функцій.
Одним з видів лінійних рухових систем вважаються магнитогидродинамические насоси. Ці пристрої використовують для перекачування електропровідних рідин. Такі насоси широко використовуються: в металургії для виконання транспортування, дозування, а також переміщення металу в рідкому вигляді і на АЕС для виконання перекачування жидкометаллических теплоносіїв.
Магнітогідродинамічні насоси бувають двох видів: постійного і змінного струму. У першому випадку в ролі первинного елемента (статора) виступає С-подібний електромагніт. У повітряний зазор електричного магніту монтують трубопровід з рідким металом. Завдяки електродів, привареним до стінок трубопроводу, пропускається постійний струм від зовнішнього джерела. У більшості випадків обмотка збудження входить в послідовний ланцюг електродів. При порушенні електричного магніту на метал, розташований на ділянках, по яких проходить постійний струм, виявляється вплив електромагнітної сили, такої ж, як сила, що діє на провідник зі струмом, розташованих в зоні магнітного поля. В результаті впливу цієї сили відбувається переміщення металу по трубопроводу. Ключові відмінності МГД насосів полягають у відсутності рухомих механічних елементів, а також в можливості герметизації каналу транспортування металу.
До переваг лінійних рухових систем варто віднести відсутність обертових елементів. До недоліків варто віднести низькі енергетичні показники, порівняно зі стандартними моделями електричних приводів, що пояснюється розімкнутої електромагнітної ланцюгом і суттєвими робочими зазорами. Крім того недоліками є складність і висока вартість виготовлення. Лінійні рухові системи використовують для поїздів, високошвидкісного наземного транспорту, пов'язаний із командою левітірующіх транспортних засобів. Загальні показники ККД стандартного агрегату і лінійного електричного двигуна, в разі його оптимізації, практично рівні, у випадках, коли виключаються проміжні ланки передачі сили тяги. Згодом лінійні електродвигуни витіснять традиційні приводи з редукторами.
Список літератури:
- Грінченка В. А. Обгрунтування базової конструкції лінійного електродвигуна // Theoretical & Applied Science. - 2013. - Т. 1. - №11 (7). - С. 58-60.
- Грінченка В. А., Мішуков С. В. Розрахунок статичної сили тяги лінійного електродвигуна нової конструкції // Нові завдання технічних наук та шляхи їх вирішення. - Уфа: Аетерна, 2014. - С. 18-20.
- Нікітенко Г. В., Грінченко В. А. лінійний двигун зворотно-поступального руху з регулюванням амплітуди коливань якоря // Методи і технічні засоби підвищення ефективності використання електроустаткування в промисловості і сільському господарстві. - Ставрополь: Агрус, 2009. - С. 407-410.
- Нікітенко Г. В., Грінченко В. А. Результати дослідження лінійного двигуна для вакуумного пульсатора доїльного апарату // Методи і технічні засоби підвищення ефективності використання електроустаткування в промисловості і сільському господарстві. - Ставрополь: Агрус, 2010. - С. 268-272.
- Пат. 2357143 російська Федерація, МПК8 F 16 К 31/06. Електромагнітний клапан / Нікітенко Г. В., Грінченко В. А .; заявник і власник патенту Ставроп. держ. аграр. ун-т. - № 2007141983/06; заявл. 12.11.07; опубл. 27.05.09.
- Пат. 2370874 Російська Федерація, МПК8 H 02 K 33/12. Лінійний двигун / Нікітенко Г. В., Грінченко В. А .; заявник і власник патенту Ставроп. держ. аграр. ун-т. - № 2008112342/09; заявл. 31.03.08; опубл. 20.10.09.
- Пат. 82990 Російська Федерація, МПК8 А 01 J 7/00. Регулятор вакууму / Нікітенко Г. В., Грінченко В. А .; заявник і власник патенту Ставроп. держ. аграр. ун-т. - № 2008150545/22; заявл. 19.12.08; опубл. 20.05.09.
Цікаві і широкі перспективи розвитку електроприводу пов'язані із застосуванням так званих лінійних двигунів.
Велике число виробничих механізмів та пристроїв мають поступальний або зворотно-поступальний рух робочих органів (підйомно-транспортні машини, механізми подач різних верстатів, преси, молоти і т. Д.). В якості приводу цих механізмів і пристроїв до недавнього часу використовувалися звичайні електродвигуни в поєднанні зі спеціальними видами механічних передач (кривошипно-шатунний механізм, передача гвинт - гайка), перетворювати обертальний рух двигунів в прямолінійний рух робочого органу.
Застосування лінійних електродвигунів дозволяє спростити або повністю виключити механічну передачу, підвищити економічність і надійність роботи приводу і виробничого механізму в цілому.
Специфічність конструкції лінійного двигуна визначила поява та деяких спеціальних термінів, що застосовуються для позначення окремих його частин. В даний час ще не прийнята єдина система термінології, тому в технічній літературі однаковий сенс вкладаються в поняття: статор - первинний елемент - індуктор, ротор - вторинний елемент - бігун - якір - реактивна смуга. Частина двигуна, яка отримує енергію з мережі, названа статором (хоча вона не завжди є нерухомою частиною), а частина двигуна, яка отримує енергію з статора, названа вторинним елементом.
Мал. 1. Принцип побудови лінійного двигуна змінного струму.
Лінійні двигуни можуть бути асинхронними, синхронними і постійного струму, повторюючи за принципом своєї дії відповідні двигуни обертального руху.
Найбільшого поширення набули асинхронні лінійні двигуни, які ми і розглянемо спочатку. Подання про устрій лінійного асинхронного двигуна можна отримати, якщо подумки розрізати (рис. 1) статор 1 і ротор 4 з обмотками 2 і 3 звичайного асинхронного двигуна уздовж осі по котра утворює і розгорнути в площину, як це і показано на малюнку. Новоутворена «плоска» конструкція являє собою принципову схему лінійного двигуна. Якщо тепер обмотки 2 статора такого двигуна підключити до мережі змінного струму, то утворюється магнітне поле, вісь якого буде переміщатися уздовж повітряного зазору зі швидкістю V, пропорційною частоті напруги живлення f і довжині полюсного поділу т: 
Це переміщається уздовж зазору магнітне поле перетинає провідники обмотки 3 ротора і індукує в них ЕРС, під дією якої по обмотці почнуть протікати струми. Взаємодія струмів з магнітним полем призведе до появи сили, що діє, за відомим правилом Ленда, в напрямку переміщення магнітного поля. Ротор - надалі будемо називати його вже вторинним елементом - під дією цієї сили почне рухатися з деяким відставанням (ковзанням) від магнітного поля, як і в звичайному асинхронному двигуні. 
Мал. 2. Лінійні двигуни.
а - з довгим вторинним елементом; б - з коротким вторинним елементом; в - двухстаторний; г-з сердечником; 5 - із вторинним елементом у вигляді смуги.
Представлена \u200b\u200bна рис. 1 конструкція являє собою лінійний двигун з однаковими розмірами статора і вторинного елемента. Крім такої конструкції, в залежності від призначення лінійного двигуна вторинний елемент може бути довшим статора (рис. 2, а) або коротше його (рис. 2,6). Такі двигуни отримали відповідно назва двигунів з коротким статором і коротким вторинним елементом.
Вторинний елемент лінійного двигуна не завжди забезпечується обмоткою. Часто - і в цьому одна з переваг лінійного асинхронного двигуна - як вторинної елемента використовується металевий лист (смуга), як це показано на рис. 2Д. Вторинний елемент при цьому може розташовуватися також між двома статорами (рис. 2, в) або між статором і феромагнітним сердечником (рис. 2, г). Двигун з конструктивною схемою, наведеною на рис. 2,6, отримав назву двигуна з одностороннім статором, зі схемою по рис. 2, в - з двостороннім статором і зі схемою по рис. 2, г - з одностороннім статором і сердечником.
Вторинний елемент виконується з міді, алюмінію або сталі, причому використання немагнитного вторинного елемента передбачає застосування конструктивних схем з замиканням магнітного потоку через феромагнітні елементи, як, наприклад, на рис. 2, в, г. Деякий поширення набули складові складні вторинні елементи з прилеглими один до одного смугами з немагнітного і феромагнітного матеріалу, при цьому феромагнітна смуга виконує роль частини муздрамтеатру.
Принцип дії лінійних двигунів з вторинним елементом у вигляді смуги повторює роботу звичайного асинхронного двигуна з масивним феромагнітним або порожнистим немагнітним ротором. Обмотки статора лінійних двигунів мають ті ж схеми з'єднання, що і звичайні асинхронні двигуни, і підключаються зазвичай до мережі трифазного змінного струму.
Відзначимо, що лінійні двигуни дуже часто працюють в так званому зверненому режимі руху, коли вторинний елемент нерухомий, а пересувається статор. Такий лінійний двигун, який отримав назву двигуна з рухомим статором, знаходить, зокрема, широке застосування на електричному транспорті.
Різновидами лінійних асинхронних двигунів є дугового і трубчастий (коаксіальний) двигуни. 
Мал. 3. дугового двигун.
Дугового двигун характеризується розташуванням обмотки на частини окружності, як це показано на рис. 3. Особливістю цього двигуна є залежність частоти обертання його ротора I від довжини дуги, на якій розташовуються обмотки 2 статора 3.
Нехай обмотки статора розташовуються на дузі, довжина якої відповідає центральному куту сс \u003d 2тр, де т - довжина полюсного поділу та р - число пар полюсів. Тоді за один період струму обертається поле статора зробить поворот на кут. 
а протягом
однієї хвилини поле повернеться на 
оборотів, т. е. буде мати частоту обертання яр, об / хв. Вибираючи різні а, можна виконувати дугові двигуни з різними частотами обертання ротора.
Одна з типових конструкцій трубчастого лінійного двигуна представлена \u200b\u200bна рис. 4.
Статор двигуна 1 має вигляд труби, всередині якої розташовуються перемежовуються між собою плоскі дискові котушки 2 (обмотки статора) і металеві шайби 3, що є частиною муздрамтеатру. Котушки двигуна з'єднуються групами і утворюють обмотки окремих фаз двигуна. Усередині статора поміщається вторинний елемент 4 також трубчастої форми, виконаний з феромагнітного матеріалу. При підключенні до мережі обмоток статора уздовж його внутрішньої поверхні утворюється біжить магнітне поле, яке індукує в тілі вторинного елемента струми, спрямовані на його окружності. Взаємодія цих струмів з магнітним полем двигуна створює на вторинному елементі силу, що діє вздовж труби, яка і викликає (при закріпленому статорі) рух вторинного елемента в цьому напрямку.
Трубчаста конструкція лінійних двигунів характеризується осьовим напрямком магнітного потоку у вторинному елементі на відміну від плоского лінійного двигуна, в якому магнітний потік має радіальний напрямок. 
Мал. 4. Трубчастий (коаксіальний) лінійний двигун.
Розглянемо тепер кілька типових практичних конструкцій лінійних асинхронних двигунів в сукупності з виробничими механізмами.
Широке застосування лінійні двигуни знайшли в електричному транспорті, чому сприяв цілий ряд переваг цих двигунів. Одне з них, вже відзначене вище, визначається прямолінійністю руху вторинного елемента (або статора), що природно поєднується з характером руху різних транспортних засобів. 
Мал. 5. Зчленування лінійного двигуна з транспортним засобом.
Інше, не менш важливе обставина пов'язана з незалежністю сили тяги від сили зчеплення коліс з рейковим шляхом, що недосяжно для звичайних систем електричної тяги. Тому прискорення і швидкості руху транспортних засобів при використанні лінійних двигунів можуть бути як завгодно високими і обмежуватися тільки комфортабельністю руху, допустимою швидкістю кочення коліс по рейковому шляху і дорозі, динамічної стійкістю ходової частини транспорту та шляхи. Виключається при використанні лінійних двигунів і буксування коліс електричного транспорту.
Одна з можливих конструктивних схем зчленування лінійного двигуна з рейковим транспортним засобом показана на рис. 5. Лінійний двигун, укріплений на візку 3 рухомого складу, має конструкцію з двостороннім статором 1. Вторинним елементом є укріплена між рейками смуга 2. Напруга на статор двигуна подається за допомогою ковзних контактів.
Відомі також конструкції лінійних двигунів, де вторинним елементом є рейок або елементи
несучої конструкції. Такі схеми характерні, зокрема, для монорейкових пасажирських і вантажних доріг і механізмів пересування кранів. На рис. 6 як приклад показані вітчизняний лінійний двигун, сконструйований для монорельсової дороги. Цей двигун має двосторонній статор 1 з обмоткою 2, всередині якого знаходиться вторинний елемент у вигляді смуги 3. Статор двигуна переміщається по смузі за допомогою несучих роликів 5. Ролики 4 служать для взаємної фіксації статора і вторинного елемента в горизонтальному напрямку. Технічні дані цього двигуна наступні: максимальна сила тяги 3800 Н, швидкість двигуна 37 км / ч, номінальний струм 200 А, коефіцієнт корисної дії 50%, коефіцієнт потужності 0,4. Двигун живиться від трифазної мережі змінного струму частотою 50 Гц і напругою 380 В.
На рис. 7 показаний приклад використання лінійних асинхронних двигунів для механізмів транспортування вантажів різних виробів. Конвеєр, призначений для переміщення сипучих матеріалів 1 з бункера 2, має металеву стрічку 3, укріплену на барабанах 4. Металева стрічка проходить всередині статоров 5-го лінійного двигуна, будучи вторинним елементом. Застосування лінійного двигуна в цьому випадку дозволяє знизити попередній натяг стрічки і усунути її прослизання, підвищити швидкість і надійність роботи конвеєра. 
Мал. 6. Лінійний двигун для монорельсової дороги. 
Мал. 7. Лінійний двигун для транспортерів.
Великий інтерес представляє використання лінійного двигуна для машин ударної дії, наприклад сваезабівних молотів, що застосовуються при дорожніх роботах і будівництві. Конструктивна схема такого молота показана па рис. 8. Статор лінійного двигуна 1 розташовується на стрілі молота 2 і може переміщатися по напрямних стріли в вертикальному напрямку за допомогою лебідки 3. Ударна частина молота 4 є одночасно вторинним елементом двигуна.
Для підйому ударної частини молота двигун включається таким чином, щоб біжить поле було направлено вгору. При підході ударної частини до крайнього верхнього положення двигун відключається і ударна частина опускається вниз на палю під дією сили тяжіння. У деяких випадках двигун не відключається, а реверсують, що дозволяє збільшити енергію удару. У міру заглиблення палі статор двигуна переміщається вниз за допомогою лебідки.
Електричний молот простий у виготовленні, не вимагає підвищеної точності виготовлення деталей, нечутливий до зміни температури і може вступати в роботу практично миттєво.
Широке поширення отримує лінійний двигун і в легкій промисловості, зокрема в текстильному виробництві. Прикладом використання лінійного двигуна в текстильній промисловості є привід човника або прокладальника нитки ткацького верстата. Ідея такого застосування лінійних двигунів грунтується на принципову можливість органічного поєднання функцій човника і вторинного елемента лінійного двигуна. 
Мал. 8. Лінійний двигун для сваезабівного молота.
Одна з можливих принципових схем ткацького верстата показана на рис. 9. Система електроприводу утворена двома циліндричними статорами 1 і 2,
забезпеченими кінцевими амортизаторами 3. Вторинним елементом є легкий алюмінієвий прокладальник 4 із захопленням для нитки, який переміщається з одного статора в інший по направляючої каналу 5.
При знаходженні прокладальника в статорі 1 пристрій управління 6 подає напругу на цей статор таким чином, що утворилося біжить магнітне поле виштовхує прокладальник з статора. Прокладальник по направляючої каналу перелітає в інший статор, прокладаючи нитку, і гальмується там за допомогою працюючого в гальмівному режимі статора 2 і амортизатора 3. Потім пристрій управління перемикає статор 2 для освіти біжить поля в напрямку статора I, а сам статор 1 - в гальмівній режим . Цикл переміщення прокладальника повторюється.
Мал. 9. Лінійний двигун для ткацьких верстатів.
Ткацькі верстати, виконані за цим принципом, відрізняються високою продуктивністю, простотою автоматизації і зручністю в обслуговуванні.
В даний час багато вітчизняних організації і заводи розробляють і серійно випускають лінійні асинхронні двигуни, серед них:
двигуни потужністю від декількох ватів до 660 кВт зі швидкостями руху від 1,4 до 42 м / с для систем транспорту;
двухстаторние тягові двигуни потужністю від 5 до 1000 кВт зі швидкістю руху 8,4-11,2 м / с для промислового транспорту і різних виробничих механізмів;
одностаторние тягові двигуни для транспорту потужністю 26, 120 і 660 кВт зі швидкістю руху відповідно 10, 25,2 і 33,6 м / с;
тягові двигуни з використанням рейки в якості вторинного елемента;
лінійні мікродвигуни змінного і постійного струму для приводу машин легкої промисловості і для самописних вимірювальних приладів.
Таблиця 1
| Тип приводу-штовхача | Номінальне зусилля, Н |
Хід штока, м |
Час ходу, з |
Корисна потужність, Вт |
У табл. 1 наведені технічні дані циліндричних лінійних асинхронних двигунів, ісіользуемих в безредукторному приводі-штовхачі зі швидкістю руху штока 0,45 м / с.
Таблиця 2
| Тип двигуна | Потужність, кВт |
Швидкість біжить поля, м / с |
Середнє пусковий зусилля, Н |
маса, кг |
|
Для приводу слітковозов в прокатному виробництві розроблені лінійні асинхронні двигуни, технічні дані яких наведені в табл. 2.
Поряд з асинхронними лінійними двигунами застосовуються лінійні двигуни постійного струму. Вони найчастіше використовуються для отримання невеликих переміщень робочих органів і забезпечення при цьому високої точності і значних пускових зусиль.
Крім того, лінійні двигуни постійного струму (як і двигуни обертального руху) дозволяють при необхідності просто регулювати швидкість руху робочих органів. Розглянемо приклади застосування цих двигунів.
На рис. 10 показана схема приводу подовжнього ходу столу плоскошлифовального верстата з використанням лінійного двигуна постійного струму. На столі 1 верстата розташований вторинний елемент (якір) 2 двигуна. Струм до обмоток якоря підводиться через колектор 3 і щітки 4, встановлені на станині 5 верстата. На станині по всій довжині ходу якоря розташовані полюси двостороннього статора 6, при цьому станина є одночасно і магнітопроводом двигуна.
На рис. 11 показана ще одна конструктивна схема лінійного двигуна постійного струму, який застосовується для переміщення промислових виробів. Цей двигун по суті являє собою двигун постійного струму з порожнистим циліндричним якорем, розрізаний за твірною і розгорнутий в площину.
Мал. 11. Лінійний двигун для транспортування виробів. 
Мал. 10. Лінійний двигун для шліфувального верстата.
Рухома частина двигуна - якір - складається з немагнітного остова 1 і укріпленої на ньому обмотки 2 якоря, яка може бути виконана з ізольованого обмотувального проводу або виготовлена \u200b\u200bз мідної фольги шляхом її травлення. Ширина витків обмотки в напрямку руху, як і в звичайних двигунах постійного струму, близька до полюсного поділу (т. Е. Віддалі по колу між полюсами магнітної системи двигуна). Токоподвод до обмотці здійснюється за допомогою колектора 3 і щіток 4. На станині двигуна 5 кріпиться комплект полюсів 6 з обмотками збудження 7, розміщених в ряд у напрямку руху якоря. Іншими частинами магнітопровода двигуна є сталеві сердечники 8 і сама станина, виконана також з феромагнітного матеріалу. Якір двигуна разом зі столиком 9 для кріплення переміщуваного вироби 10 рухається по нерухомих опор 11 так, що його площині з обмотками весь час знаходяться в зазорі між сердечниками 8 і полюсами 6.
На принципі роботи лінійного двигуна заснована дія спеціальних насосів для перекачування електропровідних рідин і в тому числі рідких металів. Такі насоси, часто звані магнітогідродинамічними, широко застосовуються в металургії для транспортування, дозування та перемішування рідкого металу, а також на атомних електростанціях для перекачування жидкометаллического теплоносія.
Магнітогідродинамічні насоси (МГД-насоси) можуть бути постійного або змінного струму. Конструктивна схема МГД-насоса постійного струму показана на рис. 12.
Первинним елементом - статором двигуна є С-подібний електромагніт 1 (для спрощення малюнка його обмотка збудження не показана). У повітряний зазор електромагніту поміщається трубопровід 2 з рідким металом. За допомогою електродів 3, приварених до стінок трубопроводу, через рідкий метал пропускається постійний струм від зовнішнього джерела. Часто обмотка збудження включається послідовно в ланцюг електродів 3. 
Мал. 12. Магнітогідродинамічний насос постійного струму.
При порушенні електромагніту на метал в зоні проходження постійного струму починає діяти електромагнітна сила аналогічно тому, як вона діяла на провідник зі струмом, поміщеним в магнітне поле (див. Рис. I). Під дією цієї сили метал почне переміщатися по трубопроводу, причому напрямок його руху просто визначити за відомим правилом лівої руки.
Один з виконаних МГД-насосів цього типу має наступні дані: споживана потужність 625 кВт, струм 250 000 А, напруга 2,5 В, ККД 62,5%. Насос забезпечує транспортування рідкого натрію при температурі 800 ° С зі швидкістю 12,4 м / с по каналу перетином 53x15,2 см2. Номінальна витрата насоса 3670 м3 / год при напорі 39 Н / см2.
Перевагами МГД-насосів є відсутність рухомих механічних частин і можливість герметизації каналу транспортування металу.
Принцип лінійного двигуна використовується при розробці реактивних плазмових двигунів космічних ракет. Модель такого плазмового двигуна можна також зобразити за допомогою схеми, наведеної на рис. 12, де місце рідкого металу зайняла плазма - високотемпературний (400 ° С і більше) іонізований і тому струмопровідний газ. Електроенергію для роботи такого двигуна передбачається отримати за допомогою ядерного реактора.
В останні роки все ширше використовуються синхронні лінійні двигуни. Основною областю застосування цих двигунів, де їх переваги проявляються особливо сильно, є високошвидкісний електричний транспорт. Справа в тому, що за умовами нормальної експлуатації такого транспорту необхідно мати порівняно великий повітряний зазор між рухомою частиною і вторинним елементом. Асинхронний лінійний двигун має при цьому дуже низький коефіцієнт потужності (cosφ), і його застосування виявляється економічно невигідним. Синхронний лінійний двигун, навпаки, допускає наявність щодо великого повітряного зазору між статором і вторинним елементом і працює при цьому з cosφ, близьким до одиниці.
Слід при цьому зазначити, що застосування синхронних лінійних двигунів у високошвидкісному транспорті поєднується, як правило, з так званої магнітною підвіскою вагонів і застосуванням надпровідних магнітів і обмоток збудження, що дозволяє підвищити комфортабельність руху і економічні показники роботи рухомого складу.
Розглянемо конкретні приклади використання лінійних синхронних двигунів для транспорту. На рис. 13 показана схема шляхопроводу і вагона електропоїзда зі швидкістю руху 400-500 км / год, призначеного для перевезення 100 пасажирів.
Тяговий синхронний лінійний двигун має електромагнітне збудження з використанням надпровідних магнітів. Обмотка збудження 1 складається з ряду котушок, рівномірно укріплених під днищем вагона 5. У кріогенної системи охолодження обмоток використовується рідкий гелій. Плоска трифазна обмотка змінного струму 2 покладена в бетонне полотно дороги і харчується від трифазного інвертора, що перетворює напругу постійного струму в трифазну напругу змінного струму (тут коротко розглянуто). За допомогою інвертора здійснюються пуск, зміна швидкості руху і гальмування поїзда. Номінальний струм обмотки 250 А; довжина секції обмоток, одночасно включаються на напругу, 5 км. Номінальна потужність двигуна 5,2 МВт, номінальна тягове зусилля 40 кН, cos φ \u003d 0,92, коефіцієнт корисної дії 72%.
Шляхопровід 6 являє собою бетонне полотно шириною 3,7 м, плоский характер поверхні якого обраний з метою зниження накопичення льоду і снігу. 
Мал. 13. Лінійний синхронний двигун для приводу рухомого складу.
Вагон підвішується над полотном дороги на висоті 15 см за допомогою спеціальної системи магнітної підвіски. Ця система складається з подовжених надпровідних електромагнітів 3, розташованих по краях днища вагона, і плоских алюмінієвих смуг 4, укріплених в полотні дороги. Принцип роботи системи магнітної підвіски ґрунтується на дії електродинамічних сил, що виникають при взаємодії потоків надпровідних електромагнітів 3 на борту вагона і вихрових струмів, наведених в алюмінієвих смугах 4. Расисти показали, що при використанні магнітної підвіски маса вагона виявляється на 20 т менше, ніж при системі підвіски на повітряній подушці.
Для забезпечення поперечної стійкості поїзда при його русі застосовується спеціальна система стабілізації. Вона передбачає укладання додаткової обмотки (на малюнку не показана) вздовж осі дорожнього полотна і заснована на взаємодії струмів в цій обмотці з полем тягових електромагнітів.
Розроблена система електричної тяги із застосуванням описаного вище синхронного лінійного двигуна відрізняється хорошими експлуатаційними показниками, проте для її роботи необхідна укладка обмоток в полотно дороги, що здорожує виготовлення системи і ускладнює її обслуговування, особливо при значній протяжності дороги. У зв'язку з цим були розроблені конструкції лінійних синхронних двигунів, які не вимагають укладання обмоток в залізничне полотно. До їх числа відносяться лінійні синхронні двигуни з так званим уніполярним збудженням і кігтеподібні полюсами. Двигуни того і іншого виконання були використані для приводу 50-тонного складу зі швидкістю руху 480 км / год. Параметри двигунів: номінальна потужність 1340 кВт, тягове зусилля 106 Н, частота напруги змінного струму 350 Гц. Розрахункове значення коефіцієнта потужності дорівнює 1, а коефіцієнт корисної дії 91- 96%. Маса двигунів при зазорі між складом і вторинним елементом в 1,5 см не перевищує 4 т. 
Мал. 14. Лінійний синхронний двигун з уніполярним збудженням.
На рис. 14 показана конструктивна схема синхронного лінійного двигуна з уніполярним збудженням. Двигун має два статора 1, встановлених на рухомої частини складу. Біжить магнітне поле створюється за допомогою обмоток 2, що підключаються до мережі змінного струму. Статори з'єднуються магнитопроводом 3, на якому розташована обмотка униполярного збудження 4. Ця обмотка створює постійний по напрямку магнітний потік Ф п, який пронизує феромагнітний вторинний елемент 5, що укладається в. шляхопровід. Взаємодія біжить магнітного поля з намагніченим вторинним елементом створює силу тяги рухомого складу.
Зіставлення лінійних синхронних двигунів з уніполярним збудженням і кігтеподібні полюсами з асинхронним лінійним двигуном на той же тягове зусилля показало, що останній має найгірший коефіцієнт потужності (близько 0,6), більш низький ККД (близько 80%) і велику масу на одиницю потужності двигуна.
Призначення і типи лінійних електродвигунів
Ротаційні електродвигуни зазвичай призначені для реалізації обертального руху робочого механізму. Іноді ці двигуни здійснюють поступальні або зворотно-поступальні рухи. Досягається це за допомогою кінематичних передач ускладнюють конструкцію і знижують коефіцієнт корисної дії приводу. Застосування лінійних електродвигунів дозволяє усунути ці недоліки.
У ротаційних електродвигунах індуктор є циліндр, усередині якого обертається ротор. У плоских лінійних електродвигунах індуктор розгорнуть на площині. Індуктор циліндричного лінійного електродвигуна - циліндр, усередині якого лінійно переміщуються вторинні елементи.
Основні типи лінійних електродвигунів: лінійні а синхронні електродвигуни, Лінійні синхронні електродвигуни, лінійні електродвигуни постійного струму, лінійні крокові електродвигуни. Найбільше застосування отримали лінійні асинхронні електродвигуни. первинна обмотка асинхронного лінійного електродвигуна збуджує біжить електромагнітне поле. В результаті взаємодії первинного поля і індукованих струмів у вторинному елементі виникає тягове зусилля. Вторинний елемент прямолінійно переміщається. В лінійних асинхронних електродвигунах мають місце погіршують характеристики крайові ефекти. Розімкнення магнітного ланцюга в поздовжньому напрямку викликає поздовжній крайової ефект. Збільшення числа полюсів індуктора знижує поздовжній крайової ефект. Наявність на краях вторинного елемента поздовжніх складових струмів, що не створюють корисне тягове зусилля - поперечний крайової ефект. Збільшення ширини вторинного елемента знижує вплив поперечного крайового ефекту. Отже, принцип дії як ротаційних, так і лінійних електродвигунів має одну і ту ж фізичну природу.
Застосування лінійних електродвигунів
Лінійні електродвигуни застосовуються там, де вони спрощують конструкцію, підвищують продуктивність машин і устаткування, або в тих випадках, коли використання ротаційних електродвигунів за їх характеристиками неможливо. Застосування лінійних електродвигунів найбільш перспективно в промисловому і пасажирському транспорті. У конвеєрних поїздах індуктори електроприводу розташовані уздовж рейкового шляху, вторинний елемент електродвигуна знаходиться на рухомому складі. Такі поїзди зручні при транспортуванні вугілля, руди та будівельних матеріалів. На прикладі системи міського естакадного пасажирського транспорту показаний інший варіант виконання лінійного електродвигуна, де вторинний елемент встановлений уздовж шляху у вигляді струмопровідної вертикальної смуги. А індуктори встановлені в рухомому вагоні. Лінійні асинхронні електродвигуни широко застосовуються в приводах різних виконавчих механізмів і пристроїв. У приводах роз'єднувачів тягових підстанцій циліндричний линів електродвигун істотно спрощує конструкцію, підвищує швидкодію і експлуатаційну надійність обладнання.
У ряді випадків, вторинним елементом двигуна може бути і деталь робочого механізму. Привід поворотного столу маніпулятора здійснений на базі плоских лінійних електродвигунів, що забезпечує високу точність кутового позиціонування столу і істотно спрощує механічну частину пристрою. В окремих випадках, лінійні асинхронні електродвигуни можуть ефективно виконувати відразу кілька цільових функцій. Ливарна карусельна машина. Її привід реалізований на лінійних електродвигунах плоского виконання. Він може переміщати і при технологічній необхідності підігрівати з ложницю. Коефіцієнт корисної дії таких приводів значно вище, ніж ККД приводів з однієї цільової функцією.
Принцип роботи лінійного асинхронного електродвигуна може бути використаний при створенні інших електромагнітних пристроїв, наприклад в сепараторах кольорових металів. Лінійні електродвигуни успішно застосовуються в різних системах внутрішньоцехового транспорту. Основними перевагами лінійних електродвигунів є можливість отримання безпосереднього прямолінійного руху, великих швидкостей і прискорень, простота конструкції, безшумність і надійність роботи. Розвиток мікропроцесорної техніки і розробка нових засобів управління дозволяють постійно розширювати області ефективного застосування лінійних електродвигунів.
1. Введення.
2.2 Різновиди.
2.2.2 дугового двигун.
2.2.3 Трубчастий двигун.
2.3 Застосування.
3.2 Застосування.
4.1 Застосування.
5. Висновок.
1. Введення.
Цікаві і широкі перспективи розвитку електроприводу пов'язані із застосуванням так званих лінійних двигунів.
Велике число виробничих механізмів та пристроїв мають поступальний або зворотно-поступальний рух робочих органів (підйомно-транспортні машини, механізми подач різних верстатів, преси, молоти і т.д.). В якості приводу цих механізмів і пристроїв використовувалися звичайні електродвигуни в поєднанні зі спеціальними видами механічних передач (кривошипно-шатунний механізм, передача гвинт-гайка), перетворили обертальний рух робочого органу.
Лінійні двигуни можуть бути асинхронними, синхронними і постійного струму, повторюючи за принципом своєї дії відповідні двигуни обертального руху.
2. Лінійний асинхронний двигун.
2.1 Конструкція і принцип дії.
Найбільшого поширення набули асинхронні лінійні двигуни. Подання про устрій лінійного асинхронного двигуна можна отримати, якщо подумки розрізати (рис. 1) статор 1 і ротор 4 з обмотками 2 і 3 звичайного асинхронного двигуна уздовж осі по котра утворює і розгорнути в площину, як це показано на малюнку. Новоутворена «плоска» конструкція являє собою принципову схему лінійного двигуна. Якщо тепер обмотки 2 статора такого двигуна підключити до мережі змінного струму, то утворюється магнітне поле, вісь якого буде переміщатися уздовж повітряного зазору зі швидкістю, пропорційною частоті напруги живлення і довжині полюсного поділу. Це переміщається уздовж зазору магнітне поле перетинає провідники обмотки 3 ротора і індукує в них ЕРС, під дією якої по обмотці почнуть протікати струми. Взаємодія струмів з магнітним полем призведе до появи сили, що діє, за відомим правилом Ленца, в напрямку переміщення магнітного поля. Ротор - надалі будемо називати його вже вторинним елементом - під дією цієї сили почне рухатися з деяким відставанням (ковзанням) від магнітного поля, як і в звичайному асинхронному двигуні.
2.2 Різновиди.
2.2.1 Конструктивні параметри.
Представлена \u200b\u200bна рис. 2 конструкція являє собою лінійний двигун з однаковими розмірами статора і вторинного елемента. Крім такої конструкції, в залежності від призначення лінійного двигуна вторинний елемент може бути довшим статора (рис. 2а) або коротше його (рис. 2б). Такі двигуни отримали відповідно назва двигунів з коротким статором і коротким вторинним елементом. Вторинний елемент лінійного двигуна не завжди забезпечується обмоткою. Часто - і в цьому одна з переваг лінійного асинхронного двигуна - як вторинної елемента використовується металевий лист (смуга), як показано на рис. 2д. Вторинний елемент при цьому може розташовуватися також між двома статорами (рис. 2в) або між статором і феромагнітним сердечником (рис. 2г). Двигун з конструктивною схемою, наведеної на рис. 2д, отримав назву двигуна з одностороннім статором, зі схемою по рис. 2в - з двостороннім статором і зі схемою по рис. 2г - з одностороннім статором і сердечником. Вторинний елемент виконується з міді, алюмінію або сталі, причому використання не магнітного вторинного елемента передбачає застосування конструктивних схем з замиканням магнітного потоку через феромагнітні елементи, як, наприклад, на рис. 2в, м Деяке поширення отримали складні складові вторинні елементи з прилеглими один до одного смугами з немагнітного і феромагнітного матеріалу, при цьому феромагнітна смуга виконує роль частини муздрамтеатру. Принцип дії лінійних двигунів з вторинним елементом у вигляді смуги повторює роботу звичайного асинхронного двигуна з масивним феромагнітним або порожнистим немагнітним ротором. Обмотки статора лінійних двигунів мають ті ж схеми з'єднання, що і звичайні асинхронні двигуни, і підключаються зазвичай до мережі трифазного змінного струму. Відзначимо, що лінійні двигуни дуже часто працюють в так званому зверненому режимі руху, коли вторинний елемент нерухомий, а пересувається статор. Такий лінійний двигун, який отримав назву двигуна з рухомим статором, знаходить, зокрема, широке застосування на електричному транспорті.
2.2.2 дугового двигун.
Дугового двигун характеризується розташуванням обмотки на частини окружності, як це показано на рис. 3.Особенности цього двигуна є залежність частоти обертання його статора 1 від довжини дуги, на якій розташовуються обмотки 2 статора 3.
Нехай обмотки статора розташовуються на дузі, довжина якої відповідає центральному куту α \u003d 2τр, де τ - довжина полюсного поділу та p - число пар полюсів. Тоді за один період струму обертається поле статора зробить поворот на кут 2τр / р \u003d α / р, а протягом однієї хвилини поле повернеться на n \u003d α / p * 60f / 2π оборотів, т. Е. Буде мати частоту обертання n, об / хв.
Вибираючи різні α, можна виконувати дугові двигуни з різними частотами обертання ротора.
2.2.3 Трубчастий двигун.
Конструкція трубчастого лінійного двигуна представлена \u200b\u200bна рис. 4.
Статор двигуна 1 має вигляд труби, всередині якої розташовуються перемежовуються між собою плоскі дискові котушки 2 (обмотки статора) і металеві шайби 3, що є частиною муздрамтеатру. котушки двигуна з'єднуються групами і утворюють обмотки окремих фаз двигуна. Усередині статора поміщається вторинний елемент 4 також трубчастої форми, виконаний з феромагнітного матеріалу.
При підключенні до мережі обмоток статора уздовж його внутрішньої поверхні утворюється біжить магнітне поле, яке індукує в тілі вторинного елемента струми, спрямовані на його окружності. Взаємодія цих струмів з магнітним полем двигуна створює на вторинному елементі силу, що діє вздовж труби, яка і викликає (при закріпленому статорі) рух вторинного елемента в цьому напрямку. Трубчаста конструкція лінійних двигунів характеризується осьовим напрямком магнітного потоку на відміну від плоского лінійного двигуна, в якому магнітний потік має радіальний напрямок.
2.3 Застосування.
Широке застосування лінійні двигуни знайшли в електричному транспорті, чому сприяв цілий ряд переваг цих двигунів. Одне з них, вже відзначене вище, визначається прямолінійністю руху вторинного елемента (або статора), що природно поєднується з характером руху транспортних засобів.
Інше, не менш важлива обставина пов'язано з незалежністю сили тяги від сили зчеплення коліс з рейковим шляхом, що недосяжно длят звичайних систем електричної тяги. Тому прискорення і швидкості руху транспортних засобів при використанні лінійних двигунів можуть бути як завгодно високими і обмежуватися тільки комфортабельністю руху, допустимою швидкістю кочення коліс по рейковому шляху і дорозі, динамічної стійкістю ходової частини транспорту та шляхи. Виключається при використанні лінійних двигунів і буксування коліс електричного транспорту.
Одна з можливих конструктивних схем зчленування лінійного двигуна з рейковим транспортним засобом показана на рис. 5.
Лінійний двигун, укріплений на візку 3 рухомого складу, має конструкцію з двостороннім статором 1. Вторинним елементом є укріплена між рейками смуга 2. Напруга на статор двигуна подається за допомогою ковзних контактів. Відомі також конструкції лінійних двигунів, де вторинним елементом є рейок і елементи несучої конструкції. Такі схеми характерні, зокрема, для монорейкових пасажирських і вантажних доріг і механізмів пересування кранів. На рис. 6 як приклад показані вітчизняний лінійний двигун, сконструйований для монорельсової дороги. Цей двигун має двосторонній статор 1 з обмоткою 2, всередині якого знаходиться вторинний елемент у вигляді смуги 3. Статор двигуна переміщається по смузі за допомогою несучих роликів 5. Ролики 4 служать для взаємної фіксації статора і вторинного елемента в горизонтальному напрямку.
Мал. 7
На рис. 7 показаний приклад використання лінійних асинхронних двигунів для механізмів транспортування вантажів різних виробів.
Конвеєр, призначений для переміщення сипучих матеріалів 1 з бункера 2, має металеву стрічку 3, укріплену на барабанах 4. Металева стрічка проходить всередині статоров 5-го лінійного двигуна, будучи вторинним елементом. Застосування лінійного двигуна в цьому випадку дозволяє знизити попередній натяг стрічки і усунути її прослизання, підвищити швидкість і надійність роботи конвеєра.
Великий інтерес представляє використання лінійного двигуна для машин ударної дії, наприклад сваезабівних молотів, що застосовуються при дорожніх роботах і будівництві. Конструктивна схема такого молота, показана на рис. 8.Статор лінійного двигуна 1 розташовується на стрілі молота 2 і може переміщатися по напрямних стріли в вертикальному напрямку за допомогою лебідки 3. Ударна частина молота 4 є одночасно вторинним елементом двигуна.
Для підйому ударної частини молота двигун включається таким чином, щоб біжить поле було направлено вгору. При підході ударної частини до крайнього верхнього положення двигун відключається і ударна частина опускається вниз на палю під дією сили тяжіння. У деяких випадках двигун не відключається, а реверсують, що дозволяє збільшити енергію удару. У міру заглиблення палі статор двигуна переміщається вниз за допомогою лебідки.
Електричний молот, простий у виготовленні, не вимагає підвищеної точності виготовлення двигунів, не чутливий до зміни температури і може вступати в роботу практично миттєво.
3. Лінійний двигун постійного струму.
Поряд з асинхронними лінійними двигунами застосовуються лінійні двигуни постійного струму. Вони найчастіше використовуються для отримання невеликих переміщень робочих органів і забезпечення при цьому високої точності і значних пускових зусиль.
3.1 Конструкція і принцип дії.
Лінійні електродвигуни постійного струму складається з якоря з розташованої на ньому обмоткою, яка є одночасно колектором (направляючий елемент), і разомкнутого муздрамтеатру з обмотками збудження (рухома частина), розташованими так, що вектори сил, що виникають під полюсами муздрамтеатру, мають однаковий напрямок. Крім того, лінійні двигуни постійного струму (як і двигуни обертального руху) дозволяють при необхідності просто регулювати швидкість руху робочих органів.
3.2 Застосування.
На рис. 9 показана схема лінійного двигуна постійного струму, який застосовується для переміщення промислових виробів. Цей двигун по суті являє собою двигун постійного струму з порожнистим циліндричним якорем, розрізаний за твірною і розгорнутий в площину.
Рухома частина двигуна - якір - складається з немагнітного остова 1 і укріпленої на ньому обмотки 2 якоря, яка може бути виконана з ізольованого обмотувального проводу або виготовлена \u200b\u200bз мідної фольги шляхом її травлення. Ширина витків обмотки в напрямку руху, як і в звичайних двигунах постійного струму, близька до полюсного поділу (т. Е. Віддалі по колу між полюсами магнітної системи двигуна). Струмопровід до обмотці здійснюється за допомогою колектора 3 і щіток 4. На станині двигуна 5 кріпиться комплект полюсів 6 з обмотками збудження 7, розміщених в ряд у напрямку руху якоря. Іншими частинами магнітопровода двигуна є сталеві сердечники 8 і сама станина, виконана також з феромагнітного матеріалу. Якір двигуна разом зі столиком 9 для кріплення переміщуваного вироби 10 рухається по нерухомих опор 11 так, що його площині з обмотками весь час знаходяться в зазорі між сердечниками 8 і полюсами 6. На принципі роботи лінійного двигуна заснована дія спеціальних насосів для перекачування електропровідних рідин і в тому числі рідких металів. Такі насоси, часто звані магнітогідродинамічними, широко застосовуються в металургії для транспортування, дозування та перемішування рідкого металу, а також на атомних електростанціях для перекачування жидкометаллического теплоносія.
Магнітогідродинамічні насоси (МГД - насоси) можуть бути постійного або змінного струму. Розглянемо схему насоса постійного струму.
Первинним елементом - статором двигуна є С - подібний електромагніт 1. У повітряний зазор електромагніту поміщається трубопровід 2 з рідким металом. За допомогою електродів 3, приварених до стінок трубопроводу, через рідкий метал пропускається постійний струм від зовнішнього пристрою. Часто обмотка збудження включається послідовно в ланцюг електродів 3. При порушенні електромагніту на метал в зоні проходження постійного струму починає діяти електромагнітна сила. Під дією цієї сили метал почне переміщатися по трубопроводу, причому напрямок його руху просто визначити за відомим правилом лівої руки. Перевагами МГД - насосів є відсутність рухомих механічних частин, і можливість герметизації каналу транспортування металу.
4. Лінійний синхронний двигун.
В останні роки все ширше використовуються синхронні лінійні двигуни. Основною областю застосування цих двигунів, де їх переваги проявляються особливо сильно, є високошвидкісний електричний транспорт. Справа в тому, що за умовами нормальної експлуатації такого транспорту необхідно мати порівняно великий повітряний зазор між рухомою частиною і вторинним елементом. Асинхронний лінійний двигун має при цьому дуже низький коефіцієнт потужності, і його застосування виявляється економічно не вигідним. Синхронний лінійний двигун, навпаки, допускає наявність щодо великого повітряного зазору між статором і вторинним елементом і працює при цьому з коефіцієнтом потужності, близьким до одиниці.
Слід зазначити, що застосування синхронних лінійних двигунів у високошвидкісному транспорті поєднується, як правило, з так званої магнітною підвіскою вагонів і застосуванням надпровідних магнітів і обмоток збудження, що дозволяє підвищити комфортабельність руху і економічні показники роботи рухомого складу.
4.1 Застосування.
На рис. 11 показана схема шляхопроводу і вагона електропоїзда зі швидкістю руху 400 - 500 км / ч, призначеного для перевезення 100 пасажирів.
Мал. 11
Тяговий синхронний лінійний двигун має електромагнітне збудження з використанням надпровідних магнітів. Обмотка збудження 1 складається з ряду котушок, рівномірно укріплених під днищем вагона 5. У кріогенної системи охолодження обмоток використовується рідкий гелій. Плоска трифазна обмотка змінного інвертора, Що перетворює напруги постійного струму в трифазне напругу змінного струму.
За допомогою інвертора здійснюється пуск, зміна швидкості руху і гальмування поїзда.
Шляхопровід 6 являє собою бетонне полотно, плоский характер поверхні якого обраний з метою зниження накопичення льоду і снігу. Вагон підвішується над полотном дороги на висоті 15 см за допомогою спеціальної системи магнітної підвіски. Ця система складається з подовжених надпровідних електромагнітів 3, розташованих по краях днища вагона, з плоских алюмінієвих смуг 4, укріплених в полотні дороги. Принцип роботи системи магнітної підвіски ґрунтується на дії електродинамічних сил, що виникають при взаємодії потоків надпровідних електромагнітів 3 на борту вагона і вихрових струмів, наведених в алюмінієвих смужках 4. Розрахунки показали, що при використанні магнітної підвіски маса вагона виявляється на 20 т менше, ніж при системі підвіски на повітряній подушці.
Для забезпечення поперечної стійкості поїзда при його русі застосовується спеціальна система стабілізації. Вона передбачає укладання додаткової обмотки уздовж осі дорожнього полотна і заснована на взаємодії струмів в цій обмотці з полем тягових електромагнітів. Розроблена система електричної тяги із застосуванням описаного вище синхронного лінійного двигуна відрізняється хорошими експлуатаційними показниками, проте для її роботи необхідна укладка обмоток в полотно дороги, що здорожує виготовлення системи і ускладнює її обслуговування, особливо при значній протяжності дороги. У зв'язку з цим були розроблені конструкції лінійних синхронних двигунів, які не вимагають укладання обмоток в залізничне полотно. До їх числа відносяться лінійні синхронні двигуни з так званим уніполярним збудженням і кігтеподібні полюсами. Двигуни того і іншого виконання були використані для приводу 50 - тонного складу зі швидкістю руху 480 км / год.
На рис. 12 показана схема синхронного лінійного двигуна з уніполярним збудженням. Двигун має два статора 1, встановлених на рухомої частини складу. Біжить магнітне поле створюється за допомогою обмоток 2, що підключаються до мережі змінного струму. Статори з'єднуються магнитопроводом 3, на якому розташована обмотка униполярного збудження 4. Ця обмотка створює постійний по напрямку магнітний потік, який пронизує феромагнітний вторинний елемент 5, що укладається в муздрамтеатр. Взаємодія біжить магнітного поля з намагніченим вторинним елементом створює силу тяги рухомого складу.
Зіставлення лінійних синхронних двигунів з уніполярним збудженням і кігтеподібні полюсами з асинхронним лінійним двигуном на той же тягове зусилля показало, що останній має найгірший коефіцієнт потужності (близько 0,6), більш низький ККД (близько 80%) і велику масу на одиницю потужності двигуна.
5. Висновок.
Застосування лінійних електродвигунів дозволяє спростити або повністю виключити механічну передачу, підвищити економічність і надійність роботи приводу і виробничого механізму в цілому.
6. Список літератури.
1. В.В. Маскаленко, електричні двигуни спеціального призначення, Енергоіздат тисяча дев'ятсот вісімдесят один.
2. Кавалёв Ю.М., Електричні машини, - М .: Енергія, 1989.
Архаїчність більшості приводів давно очевидна і передова конструкторська думка вже багато років працювала над завданням кардинальної заміни типових приводів в металообробному обладнанні на якісь інші, більш досконалі. Як кажуть, геніальне - просто. І таким геніальним рішенням було використовувати в якості приводів подач верстатів лінійні двигуни.
електромагнітна система лінійний двигун
Потрібні були багато років роботи вчених і конструкторів у різних країнах, Перш ніж був досягнутий успіх. Особливо інтенсивно велися роботи в Японії, де електромагнітний привід (вже як лінійний привід) був вперше успішно використаний як рушій для надшвидкісних поїздів. Там же були спроби створення лінійних приводів для металообробних верстатів, але вони мали суттєві недоліки: створювали сильні магнітні поля, Грілися, а головне не забезпечували рівномірності в русі РВ. Лише на порозі нового тисячоліття почався серійний випуск верстатів (поки в основному електроіскрових (електроерозійних)) з принципово новими лінійними двигунами, в яких вирішені всі проблеми щодо забезпечення рівномірним рухом РВ верстатів з надвисокою точністю, з великим діапазоном регулювання швидкості, з величезними прискореннями, миттєвим реверсом, з простотою обслуговування і налагодження та ін.
В принципі, конструкція ЛД змінилася не сильно. Власне двигун складається всього з 2 (!) Елементів: електромагнітного статора і плоского ротора, між якими лише повітряний зазор. Третій обов'язковий елемент - оптична або інша вимірювальна лінійка з високою дискретністю (0,1 мкм). Без неї система управління верстата не може визначити поточні координати. І статор, і ротор виконані у вигляді плоских, легко знімаються блоків: статор кріпиться до станини або колоні верстата, ротор - до робочого органу (РО). Ротор елементарно проста: він складається з ряду прямокутних сильних (рідкоземельних) постійних магнітів. Закріплені магніти на тонкій плиті із спеціальної високоміцної кераміки, коефіцієнт температурного розширення якої в два рази менше ніж у граніту. Використання кераміки спільно з ефективною системою охолодження вирішило багато проблем лінійних приводів, пов'язані з температурними факторами, з наявністю сильних магнітних полів, з жорсткістю конструкції і т.п.
Точна і рівномірна подача РВ у всьому діапазоні швидкостей і навантажень забезпечується двома технічними рішеннями:
-кріплення постійних магнітів під певним фіксованим кутом, який був відкритий в ході тривалих експериментів;
-реалізація високоефективної 6-ти фазною імпульсної системи управління (система SMC).
Компанія "СОДІК" організувала на своїх заводах серійний випуск широкої гами ЛД з характеристиками: з ходом подач від 100 до 2220 мм, з максимальною швидкістю переміщення РВ до 180 м / хв з прискореннями до 20G (!!!) при точності виконання заданих переміщень ( в нормальному режимі робіт) рівною 0,0001мм (0,1 мкм). Нагрівання цих ЛД при роботі не перевищує + 2 ° С від температури приміщення. Забезпечується практично миттєва зупинка РВ, реверс, моментальна реакція приводу на команди системи ЧПУ і т.д. На один і той же робочий орган монтується (наприклад, для збільшення потужності) кілька лінійних двигунів. Так, зокрема, влаштований привід осі Z всіх ЕЕ прошивальних верстатів "СОДІК".
Як вказувалося, і статор, і ротор ЛД гранично прості. Статор виконаний у вигляді прямокутного блоку і кріпиться декількома болтами до несучої конструкції верстата. У приводі осі Z - два статора. Вони розміщені по обидва боки вертикального повзуна. До кожного статора кріпляться два патрубка системи охолодження статора і кабелі підведення енергії і управління. Пластина ротора жорстко кріпиться болтами до рухомий каретці (РО). Так як в приводі осі Z два ЛД, то на каретці кріпляться, відповідно, два ротори, кожен навпроти свого статора. Система спеціальних напрямних і пневмопротівовес забезпечують виняткову легкість ходу каретки, практично без зусиль. Приводи по осях X, Y прошивальних верстатів і в приводах X, Y, U, V проволочно-вирізні верстатів простіше - в них все по одному ЛД.
