Динамо-машины  Электрические машины, экономичность 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Рис. 3.16. Цилиндрический линейный двигатель постоянного Тока

пример, В [70]. Это сходство можно увидеть из сравнения рис. 3.16, где изображены схемы конструкции линейных двигателей [110], и рис. 3.17, где показана схема линейного сельсина с цилиндрическим магнитопроводом из [70]. Но цилиндрические линейные двигатели по рис. 3.16 - это машины постоянного тока со своеобразным линейным коллектором (очищенным от изоляции полоской на поверхности обмотки якоря). Якорь 1 неподвижен, а движущийся экипаж 3 представляет собой устройство с рабочим магнитным полем. Экипаж центрируется относительно якоря специальными колесами. Сердечник якоря / сделан из магнитомягкой стали. Обмотка 2 - медная с лаковым покрытием. Для питания током часть обмотки якоря, как уже указывалось, очищена от изоляции. Ток подается через щетки 4, установленные на экипаже. Экипаж обеспечивается низковольтным питанием через контактный рельс. Обмотки возбуждения 5 создают рабочее магнитное поле, проходящее через сердечник якоря, воздушный зазор и полюса 6 экипажа. Ток, текущий по обмотке 2 якоря.

6-0 Рис. 3.17. Цилиндрический линейный сельсин

Таблица 3.6. Сравнительные характеристики линейных двигателей

перпендикулярно пересекается силовыми линиями магнитного поля, что создает аксиальную составляющую силы вдоль движения экипажа. При движении экипажа ток течет по обмотке якоря короткое время, что позволяет использовать большие плотности тока. Следует указать, что хотя и улучшаются массогабаритные показатели, но существенно снижается КПД машины.

В табл. 3.6, приводятся сравнительные данные близких по параметрам ЦЛДПТ, плоского ЛАД и ЦЛАД [И] по основным удельным показателям, связывающим усилие с габаритными размерами и массой.

Экспериментальные характеристики ЦЛДПТ приведены на ряс. 3.18-3.22. Как видно из рис. 3.18, кривые индукции в -ia-оре весьма близки к типичным для машин постоянного тока.

изкая к прямолинейной зависимость усилия от тока якоря фис. 3.19) характерна для беспазовых машин, к которым отно- Тся и рассматриваемая конструкция со значительным зазором

алым насыщением края полюса.

z *

е.тл

0,2 0,4 0,6 0,8

т 800 1100 1В00

Ijl полюс

Рис. 3.19. Зависимость усилия от тока якоря у двухполюсной машины при токе возбуждения 490 А

Рис. 3.18. Радиальная индукция у поверхности якоря двухполюсной машины:

а - ток якоря 30 А; б - ток якоря 1800 А

Механические характеристики (рис. 3.20) соответствуют двигателю с независимым возбуждением и невысоким КПД, что объясняется большим отношением падения напряжения на якоре к ЭДС машины.

Разгон машины (рис. Ъ.И) существенно зависит от нагрузки. При возрастании нагрузки вдвое реальная постоянная времени разгона возрастает примерно в 3 раза (с 0,22 с при 6 И до 0,62 с при 10 И), хотя и установившаяся скорость также снижается примерно втрое. Рассмотрение кривых полезной мощности и КПД (рис. 3.22) позволяет сделать заключение, что при одинаковой с ЦЛАД скорости движения в 0,35 м/с полезная мощность рас-

Рис. 3.20. Механические характеристики: / 1440 А/полюс; 2 - 1080 А; 3 -

720 А при разных нагрузках: ---

0; Д - 5 Н; - 7,5 Н; X - 10 Н

-ill 1 liJ-lJ-r-,

о,г 0,4 o,s 0,6 1 VV

Рис. 3.21. Характеристика

гона двухполюсной машины Р нагрузках; /-5 Н; 2-7.5 Н: i -

3 V,M/c

1 2 3 V,m/c

pi; ,3.22. Зависимости полезной мощности (u) и КПД (б) от скорости при;

. ,440 А, .550 Вт. ПВ=15%: 2 - 1080 А, 200 Вт, ПВ = 40%; i - 720 А, 88 Вт. ПВ=

=70%

сматриваемого ЦЛДПТ составит при ПВ=40% примерно 4-5 Вт, т. е. существенно ниже рассматриваемых в табл. 3.7 данных для скорости 1-2 м/с. Если при относительно больших скоростях КПД растет (КПД достигает больших значений при больших линейных нагрузках), то на малых скоростях с ростом линейной нагрузки КПД падает. Так, при v = 0,5 м/с и увеличении линейной нагрузки вдвое (с 720 А на полюс до 1440 А на полюс) КПД снижается также примерно вдвое (с 4 до 2%), что неплохо подтверждает нашу рекомендацию: хочешь повысить КПД - снижай плотности тока.

Абсолютные значения КПД (единицы процентов у низкоскоростных ЦЛДПТ малой мощности) вполне соответствуют приведенным выше значениям iicos(j для ЛАД и ЦЛАД соответствующих скоростей и мощностей.

Как показано в [70), конструкция по рис. 3.18 и ее модификации обладают рядом недостатков, особенно при малых полюсных делениях, при малом отношении т/ft. --Действительно, если принять полный период, на котором должны быть размещены три пары катушек и магнитопроводящих колец, равным 3,6 мм, то толщина катушки будет примерно равна 0,6 мм и путь для потока рассеяния (не зависящего от положения плунжера) меж-

двумя соседними магнитопроводящими кольцами будет проводить через зазор около 0,6 мм. В то же время на пути рабочего Потока, зависящего от положения плунжера, будет в несколько раз больший зазор, состоящий из двойной толщины разделительной трубки и двойного зазора между плунжером и трубкой.

Для существенного снижения относительного значения потока Рассеяния при малых т/6 разработана новая, так называемая Реоенчатая многофазная (например, трехфазная) машина, соз-Ющая наибольшую в данных размерах модуляцию индуктив-остей трех катушек при малых перемещениях плунжера. Мак- умы индуктивностей в этих катушках наступают при поло-ниях плунжера, отличающихся на 1/3 (при трех катушках) Рмещения, принимаемого за полный период 2т [58].

в трех парах секторов (части кольца примерно по 60 deg; кажда -из ферромагнитного материала внутренняя поверхность выполня, ется в виде гребенки с шириной зубьев, несколько меньшей 1/ значения, принимаемого за полный период, и расстоянием мелцу центрами зубьев, равным этому периоду. При установке на раз. делительную трубку гребенки смещаются так, что, например зубья первой пары гребенок занимают нижнюю, зубья второе) пары - среднюю и зубья третьей пары - верхнюю треть периодд (соответственно каждые в своем секторе). Катушки наматывают, ся вокруг каждой секторной гребенки аналогично катушкам ста-торных полюсов электрических машин. На плунжере делаются проточки так, что каждый кольцевой зубец плунжера занимает по высоте несколько меньше чем половина периода. Уменьшение высоты зубца плунжера относительно половины периода, как высоты зубца гребенок относительно трети периода, связано явлением расширения потока в кольцевом зазоре. Индуктивность каждой катушки при движении плунжера изменяется, причем полный период изменения соответствует прохождению одного зубца и одного паза плунжера.

Максимумы индуктивностей катушек смещены на треть периода. Поэтому физическая картина изменений потокосцеплений по перемещениям d4/dx или изменений вторичных напряжений для системы синхронного слежения совершенно аналогична той, что имеет место в трех соленоидных системах с большим ходом плунжера.

Применение гребенки с магнитоэквипотенциальными зубьями устраняет рассеяние между ними. Рассеяние имеет место лишь между одной гребенкой и другой по пути, длина которого вполне может быть установлена достаточно большой и не зависит от длины перемещения плунжера. Значительное количество зубцов, действующих параллельно, позволяет получить большое сечение для рабочего потока.

Наружное ферромагнитное кольцо обеспечивает практически замкнутую магнитную цепь, в которой основным магнитным сопротивлением будет рабочий зазор. При этом, хотя сечение зазора для каждой гребенки модулируется плунжером при его движении по периодической кривой, суммарное сечение зазора для всего потока мало меняется. Поток лишь перераспределяется по гребенкам, что создает оптимальную в данном объеме и при заданной толщине разделительной трубки магнитную систему.

Рассмотрим решение этой задачи в конструктивном вариант с модуляцией взаимной индуктивности без обмотки на плунжере путем подведения потока к кольцевым полюсам плунжера извн через часть боковой поверхности разделительной трубки (рис. З.- В этой конструкции часть окружности плунжера занята полюса! 1 и 2 обмотки возбуждения 3. Для гребенок с обмотками синхр низании (вторичные обмотки) остается лишь дуга примерно в 2

Рис. 3.23. Гребенчатая конструкция без обмотки на плунжере

Угол между каждой парой магнитно и электрически соединенных катушек синхронизации составляет 135 deg;, что никак не сказывается на работе системы, кроме некоторого уменьшения объема катушек при том же объеме устройства.

Увеличение количества зазоров на пути потока возбуждения в известной мере компенсируется увеличением объема меди в этой катушке. Полюсы возбуждения не имеют зубьев и служат для наилучшего перехода потока возбуждения к полюсам плунжера.

В тех случаях, когда диаметр плунжера невелик, размещение вокруг него шести гребенок для вторичных катушек и двух негребенчатых полюсов возбуждения оказывается нежелательным. Для таких случаев разработан вариант бесконтактной линейной гребенчатой машины с аксиальным вводом потока. Поток, создаваемый обмоткой возбуждения, проходит практически через всю боковую поверхность плунжера (на участке, расположенном вне гребенок с обмотками синхронизации), входит аксиально в плунжер, через все кольцевые выступы распределяется по трем (для трехфазной вторичной обмотки) гребенкам обмоток синхрони-зацли и замыкается через три внешних магнитопровода.

Вторичные напряжения модулируются не по обычным для сельсинов законам вида а = a,axSin а, а по формулам однополюсных систем ( laquo;гомополярных raquo;) вида а = ао + maxSin а, как в инхронной машине [112] или в бесконтактном сельсине [70]. 0 обстоятельство отрицательно сказывается лишь на излишней сгрузке потоками и токами, пропорциональными во, но не влия-На работу машины.

Указанный недостаток представляется менее значительным, получаемые преимущества: два зазора на пути потока возбуж-ния вместо четырех, большее сечение зазора для рабочего пото-