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

/ (о чем сигнализирует специальное индикационное устройство на экипаже, выполненное, например, по типу синхронизаторов на электростанциях). После входа в синхронизм движение экипа, жа происходит с заданной скоростью, определяемой частотой /, экипаж переходит с автономного движения на синхронное определяемое линейным синхронным двигателем полосы.

Для перехода на новую полосу снова включаются автономные двигатели и экипаж ускоряется до новой синхронной частоты /2 или /з и т. д.

Возможно также на отдельных участках иметь комбинацию принципов синхронного и автосинхронного (постоянного тока) линейных двигателей. При создании электрострады на основных участках, имеющих большие протяженности и не требующих маневрирования, очевидно, предпочтительнее будет использовать линейный синхронный двигатель; там, где требуется иметь возможность широкого маневра по скорости, работать в стартстопных режимах, лучше будет использовать линейный двигатель постоянного тока.

Приведем приближенную оценку параметров такой системы. Мощность двигателя современной легковой машины в среднем равна 50 кВт; при этом обычно исходят из скорости 90-100 км/ч, т. е. расчетной тяги 2000 И. Можно считать, что мощность легкового экипажа электрострады должна находиться в этих же пределах до той же скорости. Скорости движения по полосам электрострады примем равными:

Полоса 1................12,5 м/с (45 км/ч); 2000 Н

Полоса II................ 25 м/с (90 км/ч); f laquo; 2000 Н

Полоса 1И ...............50 м/с (180 км/ч); 8000 Н

Для последнего случая сила тяги увеличивается, так как основным преодолеваемым сопротивлением будет сопротивление воздуха, пропорциональное квадрату скорости.

Зададимся активной шириной возбужденных полюсов = = 0,8 м; их числом 2р = 4; полюсным коэффициентом а, = 2/3; линейной нагрузкой А = 5-10 А/м; индукцией в воздушном зазоре Bf, = 0,2 Тл; /Сзкв 0 gt;2 (при разрезных полюсах, как рассмотрено выше).

Зазор между подвижным экипажем и электрострадой, т. е-между первичной и вторичной частями линейного двигателя, примем равным б = 40 мм (20 мм - заглубление первичной части в твердом покрытии и 20 мм - воздушного зазора между пyтe и выдвинутой вниз до рабочего положения вторичной частью из экипаже). Следует отметить, что при съезде с электрострады переходе экипажа в автономный режим движения зазор (клиренс целесообразно увеличивать до 200-250 мм, что может быть Д стигнуто переводом вторичной части в верхнее laquo;транспортное* положение.

Из соотношения, определяющего силу тяги экипажа,

дПредеим длину вторичной части L ж 2 м; исходим из F = a,vi-B(,(l -/С)зв = 0,54-10* Н/м. Зная вышеприведенные параметры машины, можно определить полкюное деление т = 0,5 м, ширину полюса а = 0,33 м, суммарную МДС, равную 22 0 00 А. При отношении т/б gt;20, что имеет место в настоящем расчете, реальные результаты достаточно близки к расчетным. Цастоты переключения тока в секциях обмотки первичной части ддя каждой полосы движения:

Полоса I............................ 12,5 Гц

Полоса II ........................... 25 Гц

Полоса III........................... 50 Гц

Ток возбуждения / , А...................... , 10

П.ютность тока А/мм..................... 3

Число витков катушки возбуждения w............... 2200

Мала меди катушки m , кг.................... 90

Масса магнитопровода тт, кг.................... 150

Для оценки параметров грузового экипажа примем его мощность около ПО кВт. Так как частоты полос движения электрострады одинаковы для легковых и грузовых экипажей, то сохраним без изменения т и чтобы использовать одни и те же полосы для грузового и легкового движения. Тогда сила тяги грузового экипажа Г laquo; 4400 Н, и при v= 180 км/ч сила тяги увеличивается до значения л 11 500 Н. Оставляя линейную нагрузку и индукцию в зазоре Bf, = 0,2 Тл без изменений, может оставить зля Fp = 4400 Н число полюсов 2р = 4 и т = 0,5 м. При F ~ ~ 17 500 Н потребуется 2р = 8 и L = 4 м. Для создания индукции = 0,2 Тл необходима та же МДС 22 ООО А.

Массы меди катушки и магнитопроводов будут соответственно составлять: т laquo; 180 кг, т raquo; 300 кг.

Сила, с которой будет притягиваться подвижная часть машины неподвижной, для легковой машины равна 6400 Н (для полосы 1 -- 25 600 Н), для грузовой машины 14 000 Н (для полосы 111- 56 000 Н).

Сам по себе принцип электрострады был предложен замечательным ученым-инженером Г. И. Бабатом и описан им, в част- сти, в [5} в виде высокочастотного транспорта (ВЧТ). Этот Ринцип был практически реализован им в 1943 г. Определенные Модификации этой системы применяются и в настоящее время.

На рис. 3.44 показана принципиальная схема ВЧТ - схема нергопитания высокочастотного транспорта: /-IV - отдельные Чистки подземной бесконтактной тяговой сети; - конден-орные батареи, обеспечивающие циркуляцию реактивного Генераторы токов высокой частоты (ТВЧ), питающие от-

Генератор ТВЧ

Генератор ТВЧ Генератор твч

i i г

Рис. .3.44. Схема энергопитания высокочастотного транспорта гю Г. И. Бабату

дельные участки бесконтактной сети, включаются в работу только тогда, когда над данным участком есть потребитель энергии. Над участком показаны две машины. Пунктиром показаны магнитные силовые линии, сцепляющие проводники приемных контуров с проводниками бесконтактной сети. С - конденсаторы приемного контура, Р - регулятор мощности, В - выпрямитель, необходимый для питания тягового двигателя Д. Вдоль дороги протягивается бесконтактная сеть. Это может быть подвешенная над дорогой воздушная или подземная сеть (кабельная или из проводников в Kanajiax). Такая сеть является первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. На машинах устанавливаются приемные витки - вторичные обмотки трансформаторов. Они настраиваются в резонанс с частотой тока в сети при помощи конденсаторных батарей.

Бесконтактная сеть создает над дорогой зону, насыщенную электромагнитной энергией. Магнитные силовые линии связывают между собой проводники сети и приемных контуров на машинах. При помощи электромагнитной индукции передача энергии может происходить с достаточно высоким КПД на расстоянии, не превышающем ширину бесконтактной сети. Практически при ВЧТ бесконтактная передача энергии происходит на расстоянии в несколько метров (но в некоторых специальных случаях это могут быть и десятки метров).

КПД передачи от бесконтактной сети к приемным контура* зависит от частоты тока. С повышением частоты тока уменьшаются потери в проводниках, но возрастают потери в окрУ жающей среде - на паразитные вихревые токи в грунте, на Hi !.* чение. На рис. 3.45 показан график зависимости относительны потерь энергии Лр, %, от частоты тока / при передаче от бесконтактной подземной сети. Существует оптимальная часто /, , при которой бесконтактная передача энергии происходит наименьшими потерями. Эта частота зависит от конструкт

рис. 3.45. Зависимость относительных по-jjpb энергии от частоты тока при передаче от подземной бесконтактной сети

Рис. 3.46. Схемы питания линейных электродвигателей

30 Ц-а кгц

гопт

На пути

На экипаже

На пути

Первичная

часть двигателя

Зазор

Вторичная

часть двигателя

бесконтактной сети, от электрических характеристик окружающей среды; она может находиться в пределах от нескольких килогерц до нескольких десятков килогерц.

Для движения машины вне .электрострады необходим аккумулятор. В [51 Г. И. Бабат указывает, что в качестве аккумулятора может быть применен быстро вращающийся маховик, соединенный с электрической машиной. При заряде эта машина работает как двигатель, получая энергию от высокочастотной сети, скорость маховика при этом увеличивается. При разряде, наоборот, маховик вращает электрическую машину, она работает в генераторном режиме и питает током двигатель. Маховичный аккумулятор допускает многочисленные кратковременные заряды разряды. Энергоемкость его не ниже, чем, например, у свинцо-Ь1Х аккумуляторов. Маховичный агрегат весом в 100 кг может обеспечить передвижение небольшой машины на несколько километров.

Если в городе проложить даже относительно редкую сетку высокочастотных магистралей, то машины ВЧТ смогут передви- Ься во всех направлениях. Были изготовлены экспериментальные грузовые автомобили с высокочастотным питанием. Приемный онтур располагался внизу под- машиной. Бесконтактная сеть Ьла натянута на столбиках с изоляторами вдоль дороги.

5-118

в начале 50-х годов в СССР был выполнен ряд экспериментальных установок ВЧТ. В частности, несколько месяцев работала на одной из шахт Донбасса подземная линия ВЧТ для откатки угля.

в [1] системы бесконтактного энергоснабжения такого типа рассматриваются как способ питания экипажей для высокоско. ростного наземного транспорта; следовательно, закономерно их сравнение с обращенным линейным электроприводом, рассмотренным выше. В обоих случаях решается одна и та же задача - обеспечение движения при скоростях, превышающих допустимые для современного контактного энергоснабжения типа троллей-пантограф.

Из рассмотренных в [1] индукционной, емкостной и волновой систем передачи энергии к движущемуся экипажу для нас наиболее приемлема индукционная.

Можно согласиться с приводимым в [1] мнением, что описанные методы имеют следующие недостатки: а) индукционный (магнитный) - низкий К.ПД, большие размеры и низкие механические ограничения; б) емкостный - множество технических и экономических проблем, обусловленных применением высокого напряжения частотой 100 кГц; в) волновой - высокая стоимость материалов для производства и передачи энергии, увеличенная масса экипажа. Ведь системы только передают мощность на первичную часть двигателя, размещенную на экипаже. При использовании этой энергии в линейном электроприводе должна быть еще одна система силового взаимодействия со вторичной частью двигателя, размещенной на пути. Но вдоль всего пути должна быть размещена и питаемая от соответствующих подстанций система первичных обмоток трансформаторов, не слишком экономичных из-за больших зазоров на пути рабочего магнитного потока. Эта система обмоток довольно близка по своим параметрам (затратам материалов, стоимости установки на пути, системе подключения участков к первичной части) соответствующей системе обращенной машины. Итак, в случае питания прямого линейного двигателя от бесконтактной системы питания, размещенной вдоль пути, имеем схему, показанную на рис. 3.46, а, а для обращенной машины - более простую схему на рис. 3.46, б-

Если считать примерно равноценными первичную часть трансформатора питания и первичную часть двигателя у обеих схем, то первая проигрывает в суммарной стоимости первичных частей двигателей и вторичных частей трансформаторов на всех экипажах; технико-экономические преимущества, по-видимому, стороне рассматриваемых нами laquo;магнитомобилей raquo;. Конечно, есЛ на экипаж нужно подать значительную энергию при больШ raquo; скорости движения без генераторов, получающих механическУ энергию от самого движения (по типу, например, генератор экипажей электрострады), использование бесконтактной переД

энергии представляет существенный интерес. Однако при наличии обращенного линейного электропривода как источника движения необходимая не слишком большая доля энергии (на возбуждение, освещение, подзарядку аккумулятора и т. п.) может быть олучена при наличии колес и связанных с ними электрических машин, используемых в режиме генераторов; при отсутствии 1,оследних или вообще при отсутствии колес - от генераторов, работающих от встречного потока воздуха, от токов в проводах уложенных во вторичную часть, например, при обращенном линейном асинхронном двигателе, у которого во вторичной части имеется обмотка.

Электромобили уже созданы. Разработаны и применяются lijiH различных целей обращенные линейные двигатели. Можно полагать, что при создании электрострад огромное скопление транспортных средств не будет отравлять атмосферу, движение будет быстрым, более безопасным, экономичным, удобным для автоматизации с помощью современных средств управления, а экипажи будут возить с собой лишь небольшой запас энергии, легко возобновляемый на ходу. Это дело вполне обозримого будущего.

3.6. ДУГОСТАТОРНЫЙ БЕЗРЕДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Безредукторные дугостаторные электроприводы получили в СССР значительное развитие. Так, еще в 30-е и в начале 40-х годов бьши рассчитаны, осуществлены и испытаны пять пробных конструкций аналогичных устройств в виде сегментных статоров для хлопковых кардмашин и одна конструкция для хлопкового очесывающего валика [103]. Дуговые статоры для кардмашин серийного промышленного выпуска находились в регулярной эксплуатации. Заводом laquo;Электросила raquo; был построен опытный сегментный статор для шаровой углеразмольной мельницы мощностью 400 кВт при 3000 В на 28 об/мин.

Таганрогский завод laquo;Красный котельщик raquo; выпустил в марте 141 г. первую безредукторную шаровую мельницу промышленного типа с электроприводом системы инж. П. А. Фридкина Производительностью И т/ч. Одновременно с Таганрогским завот дом такую же мельницу производительностью 16 т/ч выпустил Ленинградский металлический завод. Бюро безредукторных злектроприводов, существовавшее на заводе laquo;Электросила raquo; м. Кирова, изготовило действующую модель новой оригинальной конструкции грязевого насоса для нефтяных скважин с Электроприводом системы инж. П. А. Фридкина. Эта модель Представляла компактный единый агрегат, в котором электропривод и насос - одно целое. Непосредственно на коленчатый 1 насоса насажен маховик, одновременно выполняющий функ-чии ротора. Сверху, над маховиком на раме насоса, установлен

нтныи статор.