Линейные асинхронные двигатели

Рис.4

Конструкция.    На рис.4 представлена конструктивная схема трехфазной машины с короткозамкнутым ротором типа "беличьей клетки". Внутри корпуса 1, отлитого из стали, чугуна или сплавов алюминия, закреплен неявнополюсный магнитопровод статора 2, набранный из листовой электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Листы штампуются с пазовыми отверстиями и в собранном магнитопроводе на внутренней поверхности образуются пазы для укладки обмотки. Трехфазная обмотка статора 3 обычно выполняется распределенной, т.е. состоит из отдельных катушек, расположенных в пазах вдоль всей окружности статора. У трехфазной обмотки на внешнюю панель выводов либо выходят все 6 выводов, либо обмотки фаз соединяются внутри машины по схеме “звезда” или “треугольник” и на панель выходят 3 вывода. Обмотка статора предназначена для создания вращающегося магнитного поля машины. Магнитопровод ротора 4 выполняется в виде цилиндра, набранного из листовой электротехнической стали с пазами на внешней поверхности. Обмотка ротора 5 типа "беличьей клетки" состоит из неизолированных алюминиевых или медных стержней, расположенных в пазах и замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис.4). Наиболее часто "беличью клетку" с кольцами получают путем заливки алюминия под давлением в пазы ротора.

Рис. 5

Принцип действия.     Асинхронная машина, как и электрические машины других типов, является обратимой. Принцип действия асинхронной машины основан на электромагнитном взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, наведенными этим полем в роторе. Поскольку наведение ЭДС в роторе возможно только при неравенстве угловых скоростей ротора ω₂ и магнитного поля статора ω₁, то условие ω₂ ≠ ω₁ является обязательным для создания электромагнитного момента в любом режиме работы асинхронной машины. В качестве характеристики этого неравенства вводится понятие скольжения:

s = (ω₁ - ω₂)/ ω₁   (2.8)

   Линейный асинхронный двигатель в простейшем случае можно получить, если вращающийся двигатель разрезать по диаметру и развернуть на плоскости. При этом магнитное поле получается не вращающимся, а бегущим, и электрическая энергия преобразуется в механическую поступательного движения. Основное преимущество таких двигателей состоит в отсутствии кинематических цепей для преобразования вращательного движения в линейное, что существенно упрощает конструкцию приводимого в движение механизма и повышает его КПД. Существует большое разнообразие линейных двигателей. В настоящее время больший интерес проявляется к асинхронным линейным двигателям как относительно простым по конструкции.

Рис.6

Развернутый в плоскость статор асинхронного двигателя является первичным элементом, а развернутый ротор вторичным элементом линейного двигателя (рис. 1).

Распределенная обмотка статора.     Простейшим конструктивным элементом распределенной обмотки является катушка (рис.2.5).

В распределенной обмотке в общем случае магнитные оси катушек не совпадают с результирующей магнитной осью обмотки. Катушка состоит из одного или нескольких последовательно соединенных витков, изготовленных из круглого или прямоугольного медного провода. Расстояние между сторонами катушки (витка) называется шагом катушки по пазам y и примерно равно полюсному делению τ.

Рис. 7

Полюсным делением называется часть эквивалентной окружности ротора приходящаяся на один полюс: τ = πD / 2р_м, где D - диаметр ротора, р_м - число пар полюсов машины.

Стальной сердечник первичного элемента выполняется шихтованным, а в его пазах укладывается многофазная (обычно трехфазная) обмотка. Вторичный элемент выполняется с короткозамкнутой обмоткой, уложенной в пазы стального сердечника, или представляет собой сплошную токопроводящую пластину. Пластина изготовляется из меди, алюминия или ферромагнитной стали. При включении обмотки первичного элемента в многофазную сеть образуется магнитное поле, которое перемещается вдоль магнитопровода со скоростью

V₁ = 2τf₁

где τ - полюсное деление;

     f₁ - частота питающего напряжения. 

При своем перемещении магнитное поле индуктирует во вторичном элементе машины ЭДС. Эта ЭДС вызывает токи, от взаимодействия которых с магнитным полем образуется механическая сила (тяговое усилие), стремящаяся сдвинуть элементы относительно друг друга. В линейном двигателе в зависимости от его конструкции и назначения возможно относительное перемещение как первичного, так и вторичного элемента. Как и в обычном асинхронном двигателе, перемещение элемента происходит с некоторым скольжением относительно поля

S = (v₁ - v) / v₁

где v - скорость движения элемента.

Номинальное скольжение линейного двигателя равно 2-6%. На работу линейного двигателя оказывают существенное влияние краевые эффекты, возникающие из-за конечных размеров разомкнутых магнитопроводов элементов. Это приводит к ухудшению таких характеристик, как тяговое усилие, коэффициент мощности и КПД.

Линейные двигатели могут быть успешно применены на ленточных и тележечных конвейерах, в приводах эскалаторов и движущихся тротуаров, в металлорежущих и ткацких станках, где рабочие органы совершают возвратно-поступательное движение. Большие перспективы имеет применение линейных двигателей для транспорта. Основным преимуществом линейного двигателя в этом случае является возможность получения высоких скоростей движения до 400-500 к