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. 3.38. Двухпакетный линейный двигатель постоянного тока

ПО лобовым частям и возвращается к нам и на общую шину но верхней части 7-й секции. Секции укладываются с пространственным сдвигом т. При подаче в обмотку тока возбуждения возникает магнитный поток, который будет замыкаться по пути (рис. 3.37): спинка статора 2, зубцы статора, рабочий воздушный зазор, магнитопровод I, рабочий воздушный зазор, спинка якоря.

Таким образом, одновременно работает только половина секций обмотки, причем обмотка двигателя является двухфункциональной, т. е. секции попеременно служат элементами и обмотки возбуждения и обмотки якоря.

Движение в обратном направлении или торможение осуществляется с помощью схемы управления, например, путем сдвига на т в кольцевой схеме датчиков сигналов, подаваемых на коммутатор. При полном использовании обмотки общий принцип работы двигателя не изменяется.

Различие в том, что как начала, так и концы каждой секции подключены к преобразователю, управляемому датчиками положения. К началу и концу каждой секции подключено по три тиристора (при наличии общей шины) или по четыре тиристора (при отсутствии общей шины), а в последнем случае - по дв встречно-параллельно включенных тиристора, попарно подключенных к противоположным полюсам источников питания якоря и возбуждения. ,

Рассмотрим линейный двигатель с двухфункциональной о моткой, у которого в первичной части имеются два пакета, вторичная часть выполнена из отдельных разомкнутых в маГ нитном отношении ферромагнитных брусьев (рис. 3.38) [74].

Подвижная часть двигателя включает пакеты первичной части у и 2, набранные из шихтованного железа. В их пазах уложены секции кольцевой обмотки 3 1л 4. Неподвижная вторичная часть состоит из отдельных не соединенных между собой ферромагнитных полос 5, уложенных на пути между рельсами перпендикулярно направлению движения.

3.4. РАСЧЕТ МАКЕТА ЛД С РАЗРЕЗНЫМИ ПОЛЮСАМИ

В линейном автосинхронном двигателе сила тяги зависит от соотношения магнитных проводимостей для потоков по продольной и поперечной осям. По продольной оси магнитное со-[,ротивление составляет в основном сопротивление рабочего воздушного зазора. По поперечной оси магнитное сопротивление определяется геометрическими параметрами зоны межполюсного пространства. Соотношение магнитных проводимостей воздушного зазора входит в выражение для определения силы тяги через коэффициент проводимости воздушного зазора, равный отношению магнитной проводимости по поперечной оси к магнитной проводимости по продольной оси. Сила тяги определяется в этом случае так:

= а,1Ь,АВ, (I - К). (3.38)

Коэффициент К при зазорах примерно 20-40 мм имеет пределы 0,4-0,65, т. е. имеет место значительное снижение силы тяги из-за наличия противотяги, созданной при взаимодействии потока обмотки якоря с током возбуждения. Снижение коэффициента К и соответствующее повышение энергетических показателей двигателя достигаются выполнением полюсной системы вторичной части с дополнительным магнитным сопротивлением по поперечной оси путем введения дополнительного зазора (разреза) полюса (рис. 3.39). В этом случае магнитное сопротивление по продольной оси практически не меняет-я, в то время как магнитное сопротив- тение по поперечной оси может быть значительно увеличено.

Среднее значение индукции в воздушном зазоре в области впадины при Разрезном полюсе уменьшается в [ /(вп+) раз по сравнению с ин-УЩией при сплошных полюсах.

3.39. Разрезные полюсы вторичной части Линейного двигателя постоянного тока: hojiP индукции возбуждения; б - реальное вы-

полюса; в - расчетная модель полюса

Магнитное сопротивление по поперечной оси при отсутствии разрезов полюса

Магнитное сопротивление по поперечной оси R при дополнительном зазоре полюса Л определяется как величиной Л, так и конфигурацией и размерами граничных областей разреза полюса. При конфигурации зазора разрезного полюса, показанной на рис. 3.38, в, магнитное сопротивление R определяется как эквивалентное значение трех параллельных сопротивлений:

R -1 А- R =

Ц(1 bihj

В этом случае Л определяется выражением

(го hb]aia + b,h,Aa + bthAa

(3.40)

где размеры а, аи h, Ai, А2 соответствуют обозначениям пис. 3.39, е. Величина А =---- , где р - коэффициент, зави-

сящий от отношения Л /6 [6.4]; Д - индукция в рабочем воздушном зазоре; В - индукция в магнитопроводе вторичной части.

Величина /г, = А , - А, где А , = B,aJ2K,B - высота полюса; коэффициент К, учитывает снижение индукции в рабочем зазореза счет наличия разреза во вторичной части, K = a,J (а -76): у = (Д/б)7(5 + А/б); А2 raquo;А - глубина впадины, величину которой из соображения получения меньших К следует брать при а, = 0,5 примерно 0,25т: а = а - 2А ; ai = (а - А)/ /2,3 Ig (а/Д).

Среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре в области впадины при разрезных полюсах связано с индукцией при сплошных полюсах выражением В = где

(3.411

Сила тяги линейного автосинхронного двигателя при разрезных полюсах определяется как

т. е. некоторое снижение силы тяги из-за уменьшения реально raquo;* индукции в рабочем зазоре, вызванного наличием разреза компенсируется, что приводит к повышению за счет увеличе магнитного сопротивления по поперечной оси двигателя.

разрез полюсов путевой структуры приводит еще к такому 1оложительному эффекту: происходит некоторая разгрузка в магнитном отношении крайних зубцов над полюсами.

Индукция поперечной реакции якоря для разрезных полюсов определяется как

А-- фо

2fi + Л

(3.43)

где = бАй/роОп*! - сопротивление воздушного зазора.

Индукция в зазоре в области крайних зубцов В, (1 + я.) + Вр . В этом случае индукция в крайних зубцах определяется как В,р = B.t./b.. Коэффициент устойчивости поля определяется через соотношение Ку = BJB.

12 10

Определим дополнительную нагрузку на ось G. = --- =

= 1,5-10 И; при основной нагрузке на ось Goe = 23-10 Н имеем G.y = 24,5-10 И; дополнительное давление в результате

притяжения G = = 6,25-10 Н. Итого Gp = (24,5 + 6,25) X

ХЮ = 30,75-10 Н. laquo;Догрузка raquo; штатных двигателей (если номинальной нагрузкой является тяга, соответствующая 23-10 Н при 1(1, = 0,22, т. е. общая тяга локомотива = 23-8-0,22-10= = 40,5-10 И) будет увеличена в 1,35 раз. Увеличение общей

силы тяги составляет -- = -

(40,-5 + 28)-10

40,5-10

1,7. Например, если

на данном подъеме штатные локомотивы обеспечивали прохождение поезда с массой в 5,9 тыс. т, то с данным усилием тяги пройдет поезд массой в 10 тыс. т.

Для тягового безредукторного электропривода, работающего только на подъемах (и возможно на пристанционных участках разгона и торможения), имеет место относительно кратковременное включение lt;:20 мин. Это соответствует при скоростях примерно V = 15 м/с = 54 км/ч и выше длине подъема L =18 км (даже на перевальных участках БАМа крутые подъемы имеют намного меньшую длину). Такой электропривод может быть рассчитан примерно на двадцатиминутное включение даже при учете возможной остановки на подъеме и пуске с включенными линей-нь1ми электродвигателями. При этом, как показывают расчеты. Результаты которых сведены в табл. 3.7, даже при наиболее простом преобразователе ( laquo;нереверсируемые токи raquo;) можно обеспе-пть двадцатиминутную работу при допустимом перегреве, до-тигнув весьма высокой удельной тяги F6-10 Н/м . Расчет Для v= 111 м/с 400 км/ч проведен исходя из большой веро- тности выбора такой скорости для ВСНТ. Существенное значе-пе для реализации высокой удельной тяги имеет снижение пото- Реакции якоря путем введения разреза полюсов. При установке

Таб мыми

лица 3 7. Сводная таблица расчетов линейного двигателя с нереверсируе, А токами при Fr= 610* Н/м; а, = 0,6; К =0,35; б = 0,02 м; т = 0,75 у. 2р = 8; S/ = 6 м

Параметр

Сила тяги f Н

Мощность Рг, кВт

Линейная нагрузка

А, А/м Индукция в зазоре Тл

МДС при холостом ходе, А

Плотность Тока якоря Уа, А/мм

Плотность тока возбуждения у , А/мм

Плотность тока обмотки Узцд, А/мм*

Коэффициент насыщения /С

Индукция реакции якоря йра, Тл

Индукция в крайнем зубце В- Тл

Коэффициент устойчивости поля /Су

Коэффициент, учитывающий снижение проводимости поперечной оси, /

Индукция в зубце В., Тл

Индукция в спинке

laquo;а, Тл

Высота паза h , м Высота спинки h, м Высота пакета стали

Лп.ст. м

Масса меди ni , кг Масса стали т, кг Масса статора т, кг Масса ротора / , кг Потери в обмотке

якоря ДРа, Вт Потери в обмотке возбуждения Л Вт Потери в меди АР Вт

Частота перемагничи-

вания /, Гц Потери в стали А/ст

*1 = 0,25 м; В =1,35 Тл

v=15 м/с

п = 25 м/с

v=lll

90 ООО

1350 2250 9990

15,43 4 О 0,89 42 639 7 6,44 6,73 1,33 1,03 2,84 0,807 0,335

1,45

0,234 0,236 0,47

2541 4387 6928 345 203 263

115 048

318311

10 16,7 . 74

14200 25450 180970;

6,=0,12 м; в =1,35 Тл

.= 15 м/с

v=25 м/с

,= 111

43 200

ь = 0,25 м; в =1,8 Тл

v=15 м/с

v = 25 м/с

=11! м/с

90 ООО

648 1080 4795

15,43-10 0,89 42 639 7

6,44

6,73

1,33

1,03

2,84

0,807

0,335

1,45

0,234 0,236 0,47

2324 2106 4430 166 185 134

104 722

289 856

16,7

1350 2250 9990

6815 12 215 86 866

0,226 0,236 0,462

185 526 374 910 10 16,7

14 030 25 150 IV*

Продолжение табл. 3.7

Параметр

Потери в крайних полюсах ЛРр, Вт

Суммарные потери ДЛ кВт

КПД 1

Постоянная времени нагрева Г, мин

Температура перегрева при lt;=оо, deg;С

Температура перегрева при г==20 мин, deg;С

6 = 0,25 м; в =1,35 Тл

v=15 м/с

v=25 м/с

v=lll м/с

1688 4687 92407

338,5 356,1 646

0,66 0,7 0,75

47,7 38,16 19,87

322 271 256

110,3 110,5 162,4

6,=0,12 м; в =1,35 Тл

1,= 15 м/с

v=25 м/с

v=lll м/с

1688 4687 92 407

300,4 310,4 495,2

0,578 0,64 0,73

33,74 27,0. 14,1

324 268 223

145 140 168,8

fti=0,25 м; в =1,8 Тл

v=15

v=25 м/с

v=lll м/с

1688 4687 9240

394,9 412,3 700,3

0,64 0,69 0,75

47,7 38,16 19,8

376 313,8 277,5

128,6 128 176,0

на путь элемента laquo;Полюс raquo; вторичной части машины следует избегать шунтировки разреза ферромагнитными элементами крепления полюсов. На рис. 3.40 показаны значения удельной тяги ЛДПТ с двухфункциональной обмоткой. При плотности тока в обмотке 3,1-10 А/м, б = 20 мм и неразрезных полюсах имеем f laquo; 0,75-10 Н/м-, а при 6=10 мм f 1,4-10 Н/м1 При разрезных полюсах имеем для плотности тока 3,7-10* А/м при й= 20 мм F = 1,2-10 Я/ы\ а при 6 = 10 мм F raquo;2,2-10 Н/м1 При плотности тока 5,76-10 А/м (соответствующей номинальной плотности тока штатных тяговых двигателей или примерно тридцатиминутному режиму работы данного линейного двигателя при естественном охлаждении) имеем при б = 20 мм f = 1,97Х ХЮ Н/м. Следует указать, что эти данные получены при широких открытых пазах при = 1,25 (б ~ 25 мм). При вполне достижимом для б = 20 мм /Сд = 1,05 можно иметь на 20% меньший эквивалентный зазор, что, как видно на рис. 3.40, позволит увеличить еще примерно на 20% F, доведя его до F= 2,4Х ХЮ Н/м . При б = 10 мм можно получить и при длительной работе F=3-10 Н/м - величину, близкую к реализуемым у обычных машин с вращающимся ротором.

Применение разрезных полюсов не менее эффективно и для машины с возбужденными безобмоточными полюсами и некомму-ируемым возбуждением [63]. У такой машины (рис. 3.41) магнитопровод с якорной обмоткой снабжен выступом, на кото-Ром размещена обмотка возбуждения, и выполнен шихтованным направлении, перпендикулярном движению. К упомянутому вы-Упу магнитопровода прилегает прямоугольный сердечник, шихтованный в направлении движения. При этом ферромагнитные олюса, размещенные на пути, разделены в направлении движе- я, по крайней мере, одним зазором, а расстояние между