Проблемы технической реализации линейного асинхронного двигателя с управляющим слоем

Чапаев В.С., Волков С.В., Медведик Ю.Т.

ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С УПРАВЛЯЮЩИМ СЛОЕМ

Рассмотрим проблемы создания линейного асинхронного двигателя с управляющим слоем (ЛАДУС) [1], возникающие при использовании традиционных ферромагнетиков в качестве материала слоя управления. Расчет соотношений основных магнитных потоков [2]: рабочего Фр, шунтирования Фши потока индуктора Фи, позволяет выявить особенности, на которые необходимо обратить внимание при технической реализации исследуемого способа регулирования.

Рассмотрим ЛАДУС в режиме холостого хода (скорость вторичного элемента равна синхронной), для которого возможны значительные упрощения. Механическая характеристика ЛАДУС зависит от соотношения основных магнитных потоков. Поэтому анализ в первом приближении можно провести, рассмотрев распределение основных потоков (без учета потоков рассеяния, потерь в стали и проводящем слое вторичного элемента). Область для расчета можно представить в виде эквивалентной магнитной схемы замещения, изображенной на рисунке 1. В этой схеме введены следующие обозначения магнитных сопротивлений: Rмзи - зубца индуктора, Ямяи - ярма индуктора, Rмвз - воздушного зазора, Rмвэ - ферромагнитной части вторичного элемента, Ямсу - слоя управления.

Полученную схему замещения можно упростить, учитывая следующие допущения:

1) магнитные сопротивления ферромагнитных материалов индуктора и ферромагнитной части вторичного элемента малы;

2) на соотношение потоков в ветвях Фр и Фи основное влияние оказывает соотношение Ямвз, Ямсу

Учитывая эти допущения, схему замещения ЛАДУС можно значительно упростить. При достаточно

большом числе чередующихся звеньев схемы замещения (рисунок 1) можно перейти к рассмотрению фрагмента схемы замещения ЛАДУС (рисунок 2). Проводимый далее анализ основан на допущении, что рабочий поток в ЛАДУС в основном сосредоточен над зубцом, а поток шунтирования - в слое управления [3] .

Магнитное сопротивление для участка цепи :

О =-Ц,

где 1 - длина участка цепи магнитной цепи; ]Ц,о - магнитная проницаемость вакуума; ]Ц, - относительная магнитная проницаемость участка цепи; Б - площадь участка магнитной цепи, через которую проходит магнитный поток;

Соотношение потоков равно: о

Фр / Фи =———

р КМСу + 2Ямез

Магнитное сопротивление участков слоя управления (СУ), в которых замыкается поток шунтирования [3] :

т -1

R....=-

'су инд су

где Т3 - зубцовый период индуктора; 1Э- ширина зубца индуктора; Асу - толщина слоя управления;

1И- ширина индуктора; |*1су - относительная магнитная проницаемость СУ.

Магнитное сопротивление воздушного зазора (толщиной слоя немагнитного покрытия пренебрегаем):

2А

2R_ =-

^О^иид^з

а2-

где А2- величина воздушного зазора между СУ и вторичного элемента.

Подставляя (1.3), (1.4) в (1.2), получим:

ф /ф =—-1 ----------

р и (Тз - 1з )4 + 2^су

Анализ полученного выражения (1.5) показывает, что при заданных параметрах Тз, 1з, Д2 (определяются конструкцией исходного линейного асинхронного двигателя) изменения соотношения Фр/Фи возможны при варьировании параметрами Асу и |Дсу. Рекомендуемые значения толщины слоя управления конструкций линейного электропривода со стальным слоем управления лежат в диапазоне 2...3 мм.

Рисунок 1- Фрагмент магнитной схемы замещения ЛАДУС

Рисунок 2 - Упрощенная магнитная схема замещения для исследования соотношения Фр/Фи.

Л, Асу

=2 мм

, А2=

:10 мм,

= 1.

.10 0 при

Например, при следующих параметрах: Т3=3 0 мм, 13=10 мм,

принятых допущениях:

Фр/Фи=0, 047 6...0, 833.

То есть соотношение Фр/Фи в процессе регулирования меняется в 17,5 раза. На краях полученного диапазона соотношение потоков имеет значения, позволяющие сделать вывод о хорошей регулируемости потока индуктора. В реальной конструкции того же ЛЭП со слоем управления из электротехнической

стали при тех же параметрах Тз, 1з, Асу, А2 диапазон изменения относительной магнитной проницаемости слоя управления, достигаемый за счет подмагничивания, составляет Цсу=10...300. При этом диапазон регулирования при принятых допущениях:

Фр/Фи=0, 0164...0, 333.

То есть в области максимальных значений тягового усилия привода только третья часть потока индуктора достигает вторичного элемента.

При достижимых значениях относительной магнитной проницаемости электротехнической стали и рассматриваемых значениях толщины слоя управления изменение соотношения Фр/Фи возможно при увеличении значения (Тз-1з)1з и уменьшении величины воздушного зазора.

Выражение

Как отмечалось выше, уменьшение воздушного зазора ограничено эксплуатационно - технологическими факторами. Учтя вышесказанное, (при величине зубца 15 мм и величине воздушного зазора 5 мм), получим для стального слоя управления:

Фр/Фи=0, 03 6...0, 53.

При изменении ЦСу от 1 до 300 имеем:

Фр/Фи=0, 037.0.92.

Таким образом , дальнейшее увеличение диапазона регулирования Фр/Фи в области максимума при заданном Тз, возможно при достижении относительной магнитной проницаемости участков слоя управления, в которых замыкается поток шунтирования [3] Цсу—— 1. Это возможно обеспечить следующим:

перемещением ферромагнитной массы из этой области в процессе регулирования; использованием новых нетрадиционных ферромагнитных материалов, позволяющих уменьшать магнитную проницаемость указанной области с помощью управляющего воздействия до Цсу ——1. При этом в намагничивающем магнитном поле потока шунтирования Фш максимальное значение относительной магнитной проницаемости слоя управления желательно иметь ^max=50. ..500.

Таким образом, с помощью предложенного способа регулирования возможно эффективно регулировать рабочий магнитный поток, если учесть особенности технической реализации принципа регулирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. 917271, СССР, МКИ 4 Н 02 К 41/025. Линейный асинхронный двигатель / Б.И. Петленко,-1980.

2. Чапаев В.С., Волков С.В. Исследования линейного асинхронного двигателя с управляющим слоем

// Надежность и качество. : Труды международного симпозиума: в 2-х т. / Под ред.Н.К. Юркова. -

Пенза: ИИЦ ПензГУ, 2008. - 2 т. - стр. 135-136.

3. Чапаев В.С., Волков С.В., Медведик Ю.Т. Рациональная конструкция линейного асинхронного двигателя с управляющим слоем // Надежность и качество. : Труды международного симпозиума: в 2-х т. / Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: ИИЦ ПензГУ, 2009. - 2т. - стр.130-131.