ЛИНЕЙНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
LINEAR ASYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для применения в дискретных электроприводах.
Известен линейный асинхронный электропривод (ЛАЭП), содержащий индуктор, состоящий из сердечника на зубцах которого размещены катушки обмотки, электропроводящий якорь и коммутирующее устройство, на зубцах сердечника индуктора расположены экранирующие витки, выводы которых соединены, например, с герконовыми реле, катушки которых соединены с коммутирующим устройством (см. патент 2389125, РФ, МПК Н02К 41/025, Н02Р 8/42, 2010 г.).
Данный ЛАЭП имеет низкий коэффициент полезного действия (КПД) в режиме фиксации электропроводящего якоря после совершения шага.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является линейный асинхронный электропривод, содержащий индуктор, состоящий из сердечника, на зубцах которого размещены катушки, электропроводящий якорь и коммутирующее устройство, на зубцах сердечника индуктора в верхних их частях расположены по два экранирующих витка, выводы которых соединены, например, с контактами герконовых реле, катушки которых соединены с коммутирующим устройством, обеспечивающим возможность одновременного замыкания, по меньшей мере, четырех экранирующих витков, размещенных на четырех соседних зубцах индуктора и образующих первоначальный ряд, причем у первых двух зубцов замкнуты витки, экранирующие их правые части в направлении слева направо, а на третьем и четвертом зубцах замкнуты витки, экранирующие их левые части, причем для начала шага электропроводящего якоря коммутирующее устройство размыкает виток, экранирующий левую часть четвертого зубца первоначального ряда, а для завершения шага размыкает виток, экранирующий правую часть первого зубца первоначального ряда, и замыкает витки, экранирующие правые части второго и третьего зубцов, и витки, экранирующие левые части четвертого и пятого зубцов, при этом образуется ряд, аналогичный первоначальному (см. патент 2377707, РФ, МПК Н02К 41/025, Н02Р 8/42, 2009 г.). Этот ЛАЭП выбран нами в качестве прототипа.
Низкий КПД в режиме фиксации электропроводящего якоря после совершения шага - недостаток прототипа.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка в разработанной конструкции ЛАЭП.
Решение данной технической задачи достигается тем, что в линейном асинхронном электроприводе, содержащем индуктор, состоящий из сердечника, на зубцах которого размещены катушки обмотки, электропроводящий якорь и коммутирующее устройство, на зубцах сердечника индуктора в верхних их частях расположены по два экранирующих витка, выводы которых соединены, например, с контактами герконовых реле, катушки которых соединены с коммутирующим устройством, обеспечивающим возможность одновременного замыкания, по меньшей мере, четырех экранирующих витков, размещенных на четырех соседних зубцах индуктора и образующих первоначальный ряд, причем у первых двух зубцов замкнуты витки, экранирующие их правые части в направлении слева направо, а на третьем и четвертом зубцах замкнутые витки, экранирующие их левые части, причем для начала шага электропроводящего якоря коммутирующее устройство размыкает виток, экранирующий левую часть четвертого зубца первоначального ряда, а для завершения шага размыкает виток, экранирующий правую часть первого зубца первоначального ряда, и замыкает витки, экранирующие правые части второго и третьего зубцов, и витки, экранирующие левые части четвертого и пятого зубцов, при этом образуется ряд, аналогичный первоначальному, согласно изобретению, после завершения шага коммутирующее устройство размыкает витки, экранирующие правую часть третьего и левую часть четвертого зубцов и отключает от источника напряжения катушки обмотки, расположенные на третьем и четвертом зубцах.
Размыкание витков, экранирующих правую часть третьего и левую часть четвертого зубцов после завершения шага и отключение катушек обмотки на этих зубцах - эти признаки составляют новизну и определяют существенные отличия данного технического решения.
В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает общий вид линейного асинхронного электропривода (фрагмент поперечного сечения);
фиг.2 показывает вид сверху линейного асинхронного электропривода (фрагмент) с короткозамкнутыми экранирующими витками, выводы которых соединены с герконовыми реле;
фиг.3 - поперечное сечение ЛАЭП, на котором показаны витки, экранирующие левые части первого и второго зубцов и витки, экранирующие правые части третьего и четвертого зубцов индуктора;
фиг.4 - тоже, что и на фиг.3, но при разомкнутом витке, экранирующем правую часть четвертого зубца;
фиг.5 - тоже, что и на фиг.4, но при разомкнутых витках, экранирующих правую часть первого зубца и экранирующих левую часть третьего зубца, и замкнутых витках, экранирующих правые части второго и третьего зубцов, и экранирующих левые части четвертого и пятого зубцов;
фиг.6. изображает ЛАЭП после завершения шага, все экранирующие витки разомкнуты кроме витков, экранирующих правую часть второго зубца и левую часть пятого зубца;
фиг.7 показывает упрощенную схему подключения катушек обмотки индуктора ЛАЭП и катушек герконовых реле к коммутирующему устройству (на фиг.7 изображены только контакты герконовых реле, а катушки этих реле на фиг.7 не показаны).
Линейный асинхронный электропривод (фиг.1) содержит индуктор 1, состоящий из сердечника, на зубцах 2 которого размещены катушки 3 обмотки, электропроводящий якорь 4. На зубцах 2 сердечника индуктора в верхних их частях расположены по два экранирующих витка 5, выводы которых соединены с контактами герконовых реле 6 (фиг.2) катушки которых соединены с коммутирующим устройством (на фиг.2 не показано). На фиг.2 остальные обозначения те же, что и на фиг.1.
1
2
1
2
На фиг.3 показан ЛАЭП (схематично), у которого витки 5 экранируют правые части 7 первого и второго зубцов 2 и левые части 8 третьего и четвертого зубцов. Стрелками F и F показаны направления сил, действующих на электропроводящий якорь 4 до совершения шага. F - усилие, действующее на якорь 4 слева направо, a F - усилие, действующее на якорь 4 справа налево. Сплошными линиями обозначены замкнутые герконами витки 5, а штриховыми линиями разомкнутые герконами витки. Первые четыре зубца образуют первоначальный ряд.
На фиг.4 показано то же, что и на фиг.3, но при обоих разомкнутых экранирующих витках 5 четвертого зубца 2.
На фиг.5 изображено тоже, что и на фиг.4, но при разомкнутых витках 5, экранирующих правые части 7 и левые части 8 первого зубца 2, и замкнутых витках 5, экранирующих правые части 7 второго и третьего зубцов 2, и замкнутых витках 5, экранирующих левые части 8 четвертого и пятого зубцов. Второй, третий, четвертый и пятый зубцы индуктора образуют новый ряд, аналогичный первоначальному. Здесь показано перемещение электропроводящего якоря 4 на одно зубцовое деление.
На фиг.6 показана фиксация электропроводящего якоря 4 в новом положении после завершения первого шага ЛАЭП. Герконами замкнуты витки 5, экранирующие правую часть 7 второго зубца 2 и левую часть пятого зубца 2. Остальные обозначения те же, что и на фиг.1 - фиг.5.
Упрощенная схема подключения катушек 3 обмотки индуктора ЛАЭП к коммутирующему устройству 9 при помощи контактов 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 показана на фиг.7. Коммутирующее устройство 9 подключено к источнику однофазного напряжения 19.
Экранирующие витки 5, размещенные на зубцах индуктора ЛАЭП, соединены с герконовыми реле (на фиг.7 не показаны), выводы катушек которых соединены с коммутирующим устройством 9. На фиг.7 контакты герконовых реле показаны схематично и обозначены позициями 20-35.
1
2
1
2
1
2
1
2
Рассмотрим работу данного линейного асинхронного электропривода. При замыкании контактов 10, 11, 12, 13 и 14 коммутирующего устройства 9 подается напряжение на катушки 3 обмоток первого, второго, третьего и четвертого зубцов 2 индуктора ЛАЭП. По катушкам 3 первых четырех зубцов потечет ток, который создает пульсирующее магнитное поле (фиг.3 и фиг.7). Далее коммутирующее устройство 9 замыкает контакты герконов 21, 23, 24 и 26. Витки 5, экранирующие правые части 7 первого и второго зубцов 2, и витки 5, экранирующие левые части 8 третьего и четвертого зубцов 2, которые становятся короткозамкнутыми. В результате магнитные поля первых четырех зубцов становятся эллиптическими, которые пересекают электропроводящий якорь 4 и индуктируют в нем электродвижущие силы, под действием которых в электропроводящем якоре 4 потекут вихревые токи. В результате взаимодействия эллиптических магнитных полей с токами, или индуктированными, создаются механические усилия F или F, действующие в направлении от неэкранированных частей зубцов 2 к экранированным. Усилия F, созданные при взаимодействии эллиптических магнитных полей первых двух зубцов с токами в электропроводящем якоре 4 будут действовать слева направо и будут равны усилиям F, созданным при взаимодействии эллиптических магнитных полей третьего и четвертого зубцов с токами в электропроводящем якоре 4, ими индуктированными, и будут действовать справа налево. Усилия F и F будут взаимно уравновешиваться и электропроводящий якорь 4 будет неподвижен (∑F=∑F).
1
2
1
2
2
2
1
2
1
2
Для начала первого шага электропроводящего якоря 4 (фиг.4 и фиг.7) коммутирующее устройство 9 размыкает контакт 26 герконового реле и оба витка 5, расположенные на четвертом зубце 2 индуктора оказываются разомкнутыми. Усилия F станут больше усилий F (2F>F), т.к. усилие F будет создаваться при взаимодействии эллиптического магнитного поля только одного третьего зубца с токами, им индуктированными. При этом усилия F будут иметь ту же самую величину, что и ранее. Под действием разности усилий (ΔF=2F-F) электропроводящий якорь 4 начнет перемещаться слева направо до тех пор пока усилия F и F вновь не станут равными.
1
2
1
2
Для завершения шага электропроводящего якоря 5 (фиг.5 и фиг.7) на одно зубцовое деление и фиксации его в новом положении коммутирующее устройство 9 размыкает контакт 20 и виток 5, экранирующий правую часть 7 первого зубца 2 и одновременного коммутирующее устройство размыкает контакт 24 и замыкает контакт 25. При этом виток 5, экранирующий правую часть третьего зубца становится короткозамкнутым, а виток, экранирующий левую часть третьего зубца размыкается. Одновременно коммутирующее устройство 9 размыкает контакт 11 и отключает катушку 2 обмотки первого зубца от источника напряжения 19. При этом замыкается контакт 15 и подается напряжение на катушку 2 обмотки пятого зубца 2 индуктора ЛАЭП. Коммутирующее устройство замыкает контакт 28 герконового реле и образует новый ряд из четырех зубцов (второй, третий, четвертый и пятый), аналогичный первоначальному (фиг.5 и фиг.7). Усилия F и F снова становятся равными (∑F=∑F). Электропроводящий якорь зафиксирован в новом положении. Ток течет по четырем катушкам индуктора, что приводит к созданию электрических потерь мощности в них. Токи в четырех короткозамкнутых витках также создают электрические потери мощности. Кроме того, электрические потери мощности будут в электропроводящем якоре 4. Это снижает КПД линейного асинхронного электропривода.
1
2
1
2
После завершения шага электропроводящего якоря 4 с целью снижения потерь мощности коммутирующее устройство 9 (фиг.6 и фиг.7) размыкает контакты 13 и 14 и отключает от источника напряжения катушки 2 обмоток третьего и четвертого зубцов. Одновременно коммутирующее устройство 9 размыкает 25 и 26 контакты герконового реле. Под напряжением остаются катушки 2 обмоток второго и пятого зубцов индуктора ЛАЭП, у которых соответственно экранированы короткозамкнутыми витками правая и левая части. В этом случае для фиксации электропроводящего якоря 4 используются одинаковые по величине усилия F и F. Каждое из этих усилий создается в результате взаимодействия эллиптических магнитных полей, бегущих навстречу друг другу, с токами, ими индуктированными в электропроводящем якоре 5. Теперь фиксация электропроводящего якоря 5 достигается за счет одного усилия F и одного усилия F При этом в ЛАЭП включены только две катушки 2 обмоток третьего и четвертого зубцов, короткозамкнутыми являются только два витка 5 и также в два раза уменьшена величина вихревых токов в электропроводящем якоре 4. Поэтому в режиме фиксации якоря электрические потери мощности в ЛАЭП будут в два раза меньше, что повысит коэффициент полезного действия линейного асинхронного электропривода.
По сравнению с прототипом снижены потери мощности в ЛАЭП и увеличен его коэффициент полезного действия.