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:
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, так как 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.
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 = 2пf . 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.
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, достигающим 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.
Все линейные двигатели можно разделить на две категории:
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, гипотетически, может использоваться в специальных устройствах, таких, как оружие или пусковые установки космических кораблей.
Линейные двигатели широко используются также в приводах подачи металлорежущих станков и в робототехнике. Для повышения точности позиционирования часто используются линейные датчики положения.
wikiredia.ru
Анализ линейной цепи постоянного тока, трехфазных цепей переменного тока
...
Асинхронный двигатель с фазным ротором
В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели...
Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором
В основе расчета лежит закон полного тока для замкнутой магнитной цепи. Для его поведения достаточно выделить из конструкции один сектор, включающий 1/2р часть поперечного сечения машины. Расчет ведем на один полюс противоположный полярности...
Измерение вязкости
В технологических линейных измерениях наиболее часто востребованными являются следующие: а) Толщины листовых материалов; б) Толщины пленок (краска, влага...
Источники энергии - история и современность
...
Линейные и нелинейные режимы лазерного нагрева
Для анализа линейных режимов лазерного нагрева рассмотрим процессы воздействия ЛИ на полупространство экспоненциально спадающим с глубиной тепловым источником. Напомним...
Магнитное поле, цепи и индукция
В кольцевом магнитопроводе с равномерной обмоткой все поле концентрируется внутри кольца. Определим в этом случае магнитный поток в магнитопроводе с распределенной обмоткой. Исходя из соотношений Ф = Bср S и Bср = mа Hср получим Ф = Bср S = mа Hср S...
Магнитные цепи при переменных ЭДС и трансформаторы
№ 1(табл. 2.4, вариант 6) Трехфазный асинхронный двигатель типа 4А А56 А2 У3 с номинальным напряжением Uн=220/380 В имеет следующие технические данные: номинальная мощность - Pн=0...
Методы анализа и расчета нелинейных цепей
Асинхронные машины характеризуются скольжением где частота вращения магнитного поля (синхронная частота вращения), об/мин, частота вращения ротора, об/мин...
Нелинейные колебания и синхронизация колебаний
Рассмотрим теперь движение, которое имеет место в присутствии внешней силы , зависящей только от времени. В этом параграфе рассматривается случай...
Преимущества и недостатки основных видов электромеханических преобразователей
Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор. Наиболее частым исполнением является такое исполнение, при котором якорь располагается на статоре, а на отделённом от него воздушным зазором роторе находится индуктор...
Преимущества и недостатки основных видов электромеханических преобразователей
Рисунок 2 - Асинхронный электродвигатель Асинхронная машина -- это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля...
Преобразование сигналов линейными цепями с постоянными параметрами
Поскольку анализ линейных цепей можно проводить в частотной или во временной области, то результат преобразования сигнала такими системами можно трактовать двояким образом...
Расчёт параметров выходных преобразователей приводов мехатронных систем
В современном автоматизированном производстве широкое применение находят мехатронные системы на базе регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока...
Собственные колебания пластин
При решении задач математической физики часто приходят к линейным дифференциальным уравнениям второго порядка. Уравнение является однородным линейным уравнением второго порядка с коэффициентом при старшей производной равным единице, а...
fis.bobrodobro.ru
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
stydopedya.ru
