Техн ЕМБ / Лек ТЕД

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Топологічна класифікація ЛАД наведена на рис. 6.9. До неї залучені лише ЛАД, які мають практичне значення, тому класифікація не повна.

ЛАД можливо також використовувати для створення коливальних рухів. Наприклад, з двох ЛАД (рис. 6.10) одержують лінійний вібродвигун, якщо виконуються деякі умови для підтримки коливань.

1 – фіксовані первинні частини; 2 – пластина вторинної частини; Vs – швидкість переміщення поля; F – зусилля на вторинній частині в

положенні А; F’ – зусилля на вторинній частині в положенні В

Рисунок 6.10 – Лінійний асинхронний вібродвигун

6.3.2 Лінійні синхронні двигуни

Яка конструктивна будова та як класифікують лінійні синхронні двигуни?

Лінійний синхронний двигун (ЛСД) принципово аналогічний до подібних обертових двигунів. Починаючи з 70-х років ХХ ст. ЛСД використовується як засіб тяги для високошвидкісного наземного транспорту (ВШНТ). Як і в звичайному синхронному двигуні, в ЛСД поле створюється багатофазною обмоткою якоря та обмоткою постійного струму. Обмотка збудження може бути звичайною (рис. 6.11), або надпровідною.

1 – обмотка збудження ЛСД;

2 – трифазна обмотка, розміщена на шляховому полотні

Рисунок 6.11 – ЛСД з явно вираженими полюсами

193

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

ЛСД можуть виконуватись з рухомим якорем та нерухомим індуктором, або навпаки. Останній варіант з надпровідними обмотками збудження більш доцільний. Інший різновид ЛСД – реактивний синхронний лінійний двигун (ЛРД). Існує багато варіантів ЛРД. Наприклад, ЛРД для транспорту (рис. 6.12), реактивний вібродвигун (рис. 6.13). Коротка класифікація ЛСД наведена на рис. 6.14.

1 – немагнітна конструкція, розташована на шляховому полотні; 2 – феромагнітні сегменти; 3 – трифазна обмотка на екіпажі; V – синхронна швидкість; Vs – швидкість переміщення поля

Рисунок 6.12 – Лінійний реактивний двигун з шихтованою вторинною частиною

1 – рухома феромагнітна вторинна частина

Рисунок 6.13 – Лінійний реактивний вібродвигун

6.3.3 Лінійні двигуни постійного струму

Що таке лінійний двигун постійного струму? Наведіть приклад конструктивної схеми та поясніть принцип дії.

Лінійні двигуни постійного стуму спочатку були запропоновані як крокові двигуни й були аналогічними до уніполярних машин. Якір

194

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

цієї машини складається з одношарової обмотки й осердя з магнітом’якої сталі круглого поперечного перерізу (рис.6.15). Напрям намотування обмотки змінюється в середній частині якоря, обмотки герметизовані, колектор та щітки відсутні.

а– класифікація ЛСД;

б– класифікація систем підвішування

Рисунок 6.14

195

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Якір оточений системою полюсів, які складаються із зовнішнього осердя й двох кінцевих башмаків, у яких розташована обмотка збудження.

1 – підшипник; 2 – зовнішнє осердя; 3 – обмотка збудження; 4 – обмотка якоря; 5 – опора якоря; 6 – полюсний башмак; 7 – основний потік

Рисунок 6.15 – Лінійний двигун постійного струму

Коли струм проходить цією обмоткою, виникає основний магнітний потік, який проходить через башмаки, повітряний зазор, осердя якоря та зовнішнє осердя полюсів. Радіальна складова потоку в повітряному зазорі у кожного полюса взаємодіє зі струмом якоря, створюючи аксіальну силу.

6.3.4 Лінійний універсальний тяговий двигун

Що таке лінійний універсальний двигун? Наведіть приклад конструктивної схеми та поясніть принцип дії.

Лінійний універсальний безколекторний тяговий двигун запропоновано [23]. Він призначений, перш за все, для електротранспорту, який живиться від тягової мережі постійного або змінного струму. На рис. 6.16 наведено схему будови такого лінійного двигуна.

На схемі товстими лініями показано магнітні ланцюги, тонкими

– електричні, причому електричнота магнітнозв’язані вузли машини позначені точками на відповідних лініях.

196

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Рисунок 6.16 – Лінійний універсальний безколекторний тяговий двигун

Шихтований магнітний ланцюг якоря з якірною кільцевою обмоткою розташований на рухомій частині, має додаткові ділянки магнітного ланцюга з полюсними наконечниками, а шихтований магнітний ланцюг індуктора, розташований на нерухомій частині, має дві загальні ділянки вздовж шляху з полюсними осердями та наконечниками, які з’єднані через повітряні зазори з наконечниками додаткових ділянок магнітного ланцюга якоря, причому електричний ланцюг якірної обмотки, з’єднаний послідовно з регулятором напруги, за допомогою ковзних контактів з’єднано з контактним проводом та розділеними не електропровідними проміжками додатковими шинами обмоток полюсів послідовного збудження, які захищені від комутаційних перенапруг захисними пристроями.

Лінійний універсальний безколекторний тяговий двигун містить магнітопровід рухомої частини (якоря), де 1, 2 – ділянки, на робочій поверхні яких розташовані активні частини витків обмотки якоря, додаткові магнітопроводи 3, 4 з полюсними наконечниками 5, 6; магнітопровід нерухомої частини (індуктора), де загальні ділянки полюсів 7, 8, осердя полюсів індуктора 9 – 18 і т. д. з полюсними наконечниками 19 – 28 і т. д.; кільцеву обмотку якоря 29, ковзні електричні контакти 30 – 32, регулятор напруги 33, струмоведучі шини ковзних кон-

197

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

тактів 34 – 38 і т. д., обмотки збудження полюсів індуктора 39 – 48 і т. д., захисні пристрої від перенапруг 49 – 58 і т. д., робочі повітряні зазори 59 –62, немагнітний зазор 63, контактний провід 64, затискачі тягової мережі 65, 66.

Лінійний універсальний безколекторний тяговий двигун функціонує таким чином. Якщо рухома частина в процесі руху вздовж шляху в мить часу, яка розглядається, займає положення, яке вказане на схемі, то увімкнені обмотки 40, 41, 45, 46 полюсів 10, 11, 15, 16 створюють магнітні потоки, які проходять паралельними магнітними ланцюгами через повітряні зазори: 10-20-59-5-3-1-61-7-10, 11-21-59-5- 3-1-61-7-11 та 15-25-60-6-4-2-62-8-15, 16-26-60-6-4-2-62-8-16. При пе-

реміщенні рухомої частини ковзними контактами 30, 31 через шини 35, 36 можуть вмикатись паралельно ланцюги обмоток збудження 40, 45 та 41, 46, або лише один з них. Якщо на обмотку якоря 29 подається струм через контакти 30, 31, 32, то від взаємодії потоку збудження зі струмом провідників обмотки якоря створюється сумарне тягове зусилля вздовж осі двигуна праворуч або ліворуч в залежності від напряму струму якоря та полярності магнітних ділянок 7, 8. Якщо затискач 66 позитивний, а 65 – негативний, 7, 8 створюють північні полюси, то рухома частина переміщується праворуч.

Використання такої конструкції лінійного універсального безколекторного тягового двигуна дозволяє:

1.Використовувати один двигун без додаткового обладнання як при живленні постійним, так і змінним струмом через регулятор напруги, причому двигун може бути розрахований на напругу тягової мережі.

2.Суттєво спростити обладнання електрорухомого складу, виключаючи перемикання груп двигунів на паралельне, послідовне та мішане з’єднання на постійному струмі, оскільки двигун може бути або один на повну потужність електрорухомого складу, або кілька, які завжди з’єднані паралельно.

3.Виконувати двигун з кількома додатковими ділянками магнітного ланцюга якоря.

4.Виконувати індуктор двигуна з однобічною або двобічною магнітною системою, яка розташована вздовж шляху.

5.На постійному струмі виконувати незалежне та мішане збудження двигуна, причому обмотка незалежного збудження живиться від тягової мережі без ковзних контактів.

198

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

6.4 Вентильні лінійні тягові двигуни

Що таке лінійні вентильні двигуни? Яка їхня будова?

У книгах [5, 24] описані три схеми таких двигунів: з комутаторами тригерного й мостового типів, а також з комутатором на керованому випрямлячі.

а – з тиристорним комутатором тригерного типу; б – з тиристорним комутатором мостового типу; в – порядок розміщення котушок якоря

Рисунок 6.17 – Схеми вентильних двигунів

Ці двигуни названо «лінійними двигунами постійного струму з тиристорним комутатором». Але по суті вони є вентильними лінійними двигунами.

199

В. Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Удвигуні з комутатором тригерного типу (рис. 6.17, а), та мостового (рис. 6.17, б) обмотка якоря складається з окремих секцій, які конструктивно виконані у вигляді багатовиткових котушок (рис. 6.17, в). Секції зсунуті одна відносно одної у напрямі руху індуктора на відстань 2 та встановлені в один ряд, з’єднані послідовно й створюють

фазу обмотки. Кількість фаз 2n . Вони зсунуті у просторі у напрямі

Lk n ,ek n – відповідно опір, індуктивність та ЕРС цих фаз) вмика-

ються у навантаження однофазних інверторів струму, які, в свою чергу, з’єднуються послідовно та створюють ланцюг обмотки якоря двигуна. Послідовне з’єднання однофазних інверторів практично виключає можливість виникнення режиму короткого замкнення двигуна.

Аналіз характеристик такого двигуна показав, що він у порівнянні з лінійним синхронним двигуном споживає значно меншу потужність на одиницю створюваного зусилля, має добрі пускорегулювальні характеристики. Це забезпечується як лінійністю та жорсткістю його регулювальних та механічних характеристик, так і можливістю ефективного регулювання сили тяги в широких межах.

У двигуні з комутатором мостового типу (рис. 6.17.б) котушки k - ї та (k n) - ї фаз з’єднані між собою зустрічно, вмикаються в діа-

гоналі інверторів мостового типу, які з’єднуються між собою послідовно й створюють ланцюг обмотки якоря.

Багатофазна конструкція обмотки якоря у сполученні з інверторами струмів суттєво полегшує процес комутації й зменшує пульсації сили тяги. Але збільшення числа фаз призводить до збільшення загальної потужності інвертора, ускладнення конструкції якірного ланцюга та збільшення його вартості. Тому в пристроях, де рівень пульсації сили тяги може бути більшим, як комутатори використовуються керовані випрямлячі у сполученні з тиристорними ключами (рис. 6.18).

Якщо джерелом живлення є керований випрямляч, то при узгодженні розташування індуктора відносно групи котушок обмотки якоря , які живляться, з моментами подачі й зняття сигналів на керуючі електроди тиристорів випрямляча, останній може виконувати функції комутатора.

200