CC BY
29
УДК 621.313.292
И. П. Попов, В. И. Чарыков, А. И. Пильников
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЛИНЕЙНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т. С. Мальцева»
I. P. Popov, V. I. Charykov, A. I. Pilnikov COMPARATIVE ASSESSMENT OF VARIOUS TYPES OF LINEAR ELECTRIC MACHINES Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Kurgan State Agricultural Academy by T. S. Maltsev»
Выполнен краткий обзор существующих типов линейных электрических машин, указан принцип их действия и приведен сравнительный анализ основных достоинств и недостатков, что позволяет определить области их применения.
Ключевые слова: статор, бегун, обмотки, магнитное поле, электрический ток, тяговое усилие.
The short review of existing types of linear electric machines is executed, the principle of their action is specified and the comparative analysis of the main merits and demerits that allows to define areas of their application is provided.
Keywords: stator, runner, windings, magnetic field, electric current, traction effort.
Игорь Павлович Попов
Igor Pavlovich Popov аспирант
Россия, 641300, Курганская область, Кетовский район, с. Лесниково, КГСХА E-mail: popov_ip@kurganobl.ru
Виктор Иванович Чарыков
Viktor Ivanovich Charykov доктор технических наук, профессор Россия, 641300, Курганская область, Кетовский район, с. Лесниково, КГСХА E-mail: Viktor52-CHIMESH@yandex.ru
Таблица - Типы ЛЭМ
Александр Иванович Пильников
Alexandr Ivanovich Pilnikov
ОАО «Курганский электромеханический
завод»
E-mail: kemz@kurgan-elmz.ru
В основу классификации линейных электрических машин (ЛЭМ) [1] можно положить принцип их действия, из которого вытекают конструктивные отличия и основные эксплуатационные параметры. Различают следующие типы ЛЭМ (таблица).
Перечисленные типы ЛЭМ, за исключением ЛИДМ, ЛМСМ и ЛЭСМ, имеют соответствующие аналоги среди электрических машин вращательного действия и в значительной мере повторяют их достоинства и недостатки. Вместе с тем ЛЭМ обладают специфическими качествами, вытекающими из их конструкции, обусловленной линейным характером перемещения подвижной части машины (бегуна).
Самой распространенной ЛЭМ является ЛЭММ [2], поэтому сравнение других типов линейных машин целесообразно проводить с ЛЭММ (рисунок 1).
Тип ЛЭМ Обозн. Принцип действия
Индукционные, в т. ч. асинхронные ЛИМ ЛАМ взаимодействие магнитного поля, создаваемого переменным электрическим током, с током, индуцированным этим полем в подвижной части переменное магнитное поле статора является бегущим
Электродинамические, в т. ч. постоянного тока ЛЭДМ ЛМПТ взаимодействие между магнитными полями двух катушек, одна из которых расположена на статоре, а вторая - на бегуне машины тяговое усилие развивается при воздействии магнитного поля на проводники с током
Магнитоэлектрические ЛМЭМ взаимодействие проводников с током с магнитным полем постоянного магнита
Индукционно-динамические ЛИДМ взаимодействие магнитного поля катушки с током, индуцированном в короткозамкнутом витке
Электромагнитные ЛЭММ действует благодаря притяжению ферромагнитного тела со стороны магнитного поля
Магнито стрик-ционные ЛМСМ действие основано на изменении размеров ферромагнитного тела в магнитном поле
Электрострик-ционные ЛЭСМ работа основана на изменении размеров тела, выполненного из сегне-тоэлектрического материала, в электрическом поле
Инженерно-техническое обеспечение
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2012 сельского хозяйства
плавного регулирования скорости перемещения бегуна и тягового усилия, а также большая удельная мощность. Кроме того, применяя тот или иной тип возбуждения (независимое, параллельное, последовательное или смешанное), можно существенно изменять вид механической и электромеханической характеристик. Следует заметить, что воздушный зазор в магнитной цепи ЛЭДМ выполняется минимально возможным и количество используемой меди в ЛЭДМ значительно меньше, чем в ЛЭММ (на единицу веса машины), что обусловливает более высокий КПД.
1 - статор; 2 - бегун; 3 - обмотка; 4 - стоп
Рисунок 1 - Схема ЛЭММ и её механическая характеристика
Основным достоинством ЛЭММ является ее простота и надежность, что позволяет использовать ее в приводах механизмов виброударного действия [3]. К недостаткам ЛЭММ относятся гипербо-лообразный характер механической характеристики, определяющей малые величины рабочего хода бегуна и опасность разбивания последнего о стоп. Существенным недостатком ЛЭММ является невозможность изменения ее механической характеристики в процессе эксплуатации. Однако самым значительным недостатком большинства ЛЭММ, в определенной мере обусловливающим их другие недостатки, является большая величина воздушных зазоров в магнитной цепи машины и связанный с этим большой расход меди и низкий КПД.
ЛЭДМ (рисунок 2) отличается от соленоидной ЛЭММ большим тяговым усилием и возможностью обеспечения его постоянства на всей длине рабочего хода. Это обстоятельство обусловливает лучшее использование активных материалов машины и позволяет увеличить величину рабочего хода бегуна. Достоинствами ЛЭДМ являются также возможность
1 - статор; 2 - бегун; 3 - обмотка возбуждения;
4 - якорная обмотка
Рисунок 2 - Схема ЛЭДМ
В основе недостатков ЛЭДМ лежит расположение одной из обмоток (возбуждения или якорной) на подвижной части - бегуне. Это приводит к усложнению конструкции и снижению надежности, так как предполагает применение либо скользящих контактов, либо гибких токоподводящих проводов. Эта сложность конструкции бегуна ЛЭДМ по сравнению с ЛЭММ затрудняет, в частности, использование первых в приводах машин ударного и вибрационного действия.
Процессы преобразования энергии в ЛМЭМ в принципе такие же, как в ЛЭДМ независимого возбуждения. Достоинством ЛМЭМ является простота конструкции. К недостаткам ЛМЭМ относятся невозможность изменения в процессе работы вида механических характеристик и хрупкость материала, из которого выполнен постоянный магнит, что также сдерживает применение ЛМЭМ в приводах машин ударного действия.
ЛАМ имеет неограниченный ход и возможность достижения больших скоростей перемещения бегущего магнитного поля. К недостаткам ЛАМ относят низкое значение cosф, наличие краевого эффекта, ведущего к снижению КПД, и жесткость механической
характеристики. Кроме того, проблемой является регулирование тягового усилия.
ЛИДМ присущи простота конструкции и большие значения развиваемого тягового усилия в импульсном режиме. Вместе с тем, применение их в непрерывных технологических процессах затруднено. Они обладают небольшим рабочим ходом и нуждаются в громоздких источниках питания - батареях конденсаторов большой емкости.
Достоинствами ЛМСМ являются высокая надежность и значительная удельная мощность. Недостатками ЛМСМ являются, в первую очередь, малый рабочий ход, большие линейные размеры и высокая стоимость.
ЛЭСМ проста, компактна, надежна, но в то же время имеет хрупкий бегун, развивает низкие тяговые усилия и обладает малым рабочим ходом.
ЛМСМ и ЛЭСМ находят малое применение.
В настоящее время разрабатываются среднеходо-вые линейные электрические машины (СЛЭМ) [4-7] (рисунок 3), имеющие общие конструктивные признаки с ЛЭДМ и ЛЭММ. Они обладают достоинствами обеих машин и лишены их основных недостатков.
14 3 2
1 - статор; 2 - бегун; 3 - обмотка возбуждения; 4 - якорная обмотка
Рисунок 3 - Схема СЛЭМ
Принцип работы СЛЭМ основан на взаимодействии магнитного потока, созданного обмоткой возбуждения, с током якорной обмотки. Обе обмотки расположены на статоре, что исключает необходимость токоподвода к бегуну. Воздушный зазор в магнитной цепи выполнен минимально возможным. Это обусловливает ее низкое магнитное сопротивление.
Список литературы
1 Мошкин В. И., Нейман В. Ю., Угаров Г. Г. Импульсные линейные электромагнитные двигатели. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2010.
- 220 с.
2 Электромагнитный двигатель: а. с. 1810963 (СССР). / Маер Э. Ф., Баталов А. Г., Мошкин В. И. [и др.] // 1993. - Бюл. № 15.
3 Электрический молот: патент 2018652 ^Ц) / Маер Э. Ф., Мошкин В. И., Попов И. П. // 1994.
- Бюл. № 16.
4 Линейный электрический двигатель: патент 116715 ^Ц) / Попов И. П., Соколов А. Д. // 2012.
- Бюл. № 15.
5 Электрический двигатель возвратно-поступательного движения: решение о выдаче патента от 01.12.2011, Российская Федерация / Попов И. П. - № 2011138255.
6 Попов И. П., Чарыков В. И., Пильников А. И. Стержневая линейная электрическая машина и ее связь с двумя типами машин // Достижения науки
- агропромышленному производству: Материалы Ш международной научно-технической конференции. - Челябинск: ЧГАА, 2012. - С. 117-122.
7 Попов И. П., Чарыков В. И., Пильников А. И. Выбор оптимальных геометрических соотношений в среднеходовой линейной электрической машине с шихтованным магнитопроводом // Аграрные регионы: тенденции и механизмы развития: Материалы международной научно-практической конференции (17-18 мая 2012 г.). - Курган: Изд-во Курганской ГСХА, 2012. - С. 425-428.
