Линейная синхронная машина

 

Использование: в системах привода транспортных средств и исполнительных механизмов. Сущность изобретения: сечения полюсов линейной синхронной машины выполнены в виде симметричного семиугольника , образованного равнобокой трапецией с основаниями (1,4-1,6)г , (0,75-0,9) г высотой (0,4-1)6 и равнобедренным треугольником с основанием (1,4-1,6) т и высотой

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧГ СКИХ

P E ÑÏ×b f1È1. (19) (11) s Н 02 К 41/03

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4736908/07 (22) 11,09,89 (46) 07,07.92. Бюл. ¹25 (71) Уральский политехнический институт им. С.M.Êèðîâà (72) B,È.Äåíèñåíêî, В,М.Жданов и А.Т.Пластун (53) 621. 313. 282(088.8) (56) Патент США N. 4454426, кл. Н 02 К 41/02, 1970.

Авторское свидетельство СССР

N1023575,,кл. 6 02 К 41/02, 1981. (54) ЛИНЕЙНАЯ СИНХРОННАЯ МАШИНА (57) Использование: в системах привода транспортных средств и исполнительных механизмов. Сущность изобретения: сечения полюсов линейной синхронной машины выполнены в виде симметриЧного семиугольИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах привода транспортных средста и исполнительных механизмов.

Цель изобретения — повышение КПД путем увеличения амплитуды гервой гармоники поля возбуждения и снижения амплитуд высших гармоник.

На фиг.1 — 12 приведены конструктивные схемы и зависимости потоков и индукций на различных участках магнитной цепи линейной синхронной машины; на фиг.13— геометрия полюса со стороны воздушного зазора; на фиг.14-17 — зависимости магнитной нагрузки яр,а; на фиг.18 — конструкция линейной синхронной машины с обмотками на индукторе; на Фиг.19 — геометрия полюса; на фиг.20 и 1 — -„àâíèòåëüные по распределению индукции в зазоре для различных форм полюсов. ника, образованного равнобокой трапецией с основаниями (1,4-1,6)Г, (0,75-0,9) Г высотой (0,4 — 1) д и равнобедренным треугольником с основанием (1,4-1,6) т и высотой (0,2 — 0,3) г и двумя параллельными осям пазов. сторонами, где т — полюсное деление обмотки якоря,д — величина воздушного зазора якоря. Такое сечение полюсов является оптимальным с точки зрения снижения ам- плитуд высших гармонических и повышения амплитуды первой .гармоники поля возбуждения, что и приводит к увеличению ! тягового усилия и КПД при тех же габаритах машины. За счет оптимальной формы полюсов улучшается синусоидальность поля в зазоре, что снижает. потери от высших гармоник и повышает КПД машины, 21 ил.

Линейная синхронизация машины содержит индуктор 1, полюсы 2, расположенные с зазором 3 относ11тельно индуктора 1, обмотку 4 возбуждения и якоря 5. Продольное сечение полюсов 2 имеет форму семиугольника, которая со стороны зазора 3 образована равнобокой трапецией с оанованиями (1,4-1,6) т, (0,75-,9) г и высотой (1-0,4) д . С противоположной стороны форма сечения полюса определяется равнобедренным треугольником с основанием (1,4-1,6) г и высотой (0,2 — 0,3) т . Противоположные боковые стороны сечения полюса параллельны между собой и осями пазов 6.

Обмотка 4 возбуждения выполнена соленоидально с числом пар полюсов РВ = 1 и расположена на дне пазов 6 индуктора. В тех же пазах ближе к воздушному зазору уложена обмотка 4 якоря с полюсным давлением т, Полюса выполнены в виде магни1746485

Выполнение поверхностй парного по20 люса со стороны противоположной воздуш25 функция распределения частичных потоков потоков (фиг.3-9) 30

1 тоизолированных по периметру шихтованных пакетов из электротехнической стали длиной больше одного, но меньше двух полюсных делений, Для полюса линейный характер нара- 5 стания индукции в воздушном зазоре сохраняется лишь на отрезке равномерного воздушного зазора, равном 2ф т (фиг.10), При этом намагничивающие ампер-витки возбуждения, определяющие максимум индукции в воздушном зазоре машины, должны быть, распределены также на отрезке

2P. t. Форма полюса, определяющая нерав- . номерный воздушный зазор, машины при одновременном увеличении удельных на- 1 магничивающих ампер-витков обмотки возбуждению и неизменном значении В Апах (в максимальной индукции в воздушном зазоре машины), дает. возможность формировать требуемую картину распределения магнитного поля в воздушном зазоре линейной синхронной машины (фиг.9 и 10)," .Геометрия парного полюса и воздушно-". го зазора при этом определяется следуюа — Л щим соотношением: Х1 = h - (фиг,13).

; Коэффициент полюсного перекрытия а определяется использованием распределенной обмотки возбуждения (чем больше а, тем выше использование обмотки возбуж- дения, поскольку меньшая часть (1-"а) распределенной обмотки. возбуждения не используется в создании основного потока. возбуждения машины .и "коэффициентом рассеяния машины (чем больше а, тем боль- 3 . ше коэффициент рассеяния, поскольку уменьшается общее сопротивление магнит- ной цепи потокам сквозного рассеяния). В связи с этим наиболее рациональная вели- . чина находится в.пределах 0,7-0,6. Коэффициент равномернога зазора Р определяется из тех же соображений, что и коэффициент по.люсного перекрытия, его уменьшение ведет к снижению использования распределенной обмотки возбуждения. так как максимум индукции в воздушном зазоре машины определяется намагничивающей силой, распределенной на длине 2/3 . т, уменьшейие коэффициента равномерного зазора ведег к увеличению амплитуды первой. гармоники поля возбуждения машины. В связи с этим рациональная величина /3 находится в пределах

0,375 — 0,45.

Рациональные числен ныл значения коэффициента полюсного перекрытия и коэффициента равномерного зазор.- получены в результате анализа на матемзтических и физических моделях величины максимальной индукции в воздушном эаз<. ре машины, амплитуды первой гармоники поля возбуждения, коэффициента рассеяния, удельных масс вторичного элемента машины. силовых характеристик линейной синхронной машины, Исходя из рациональных значений коэффициентов а и/3, равных соответственно

0,7-0,8 и 0,375-0,45, рациональное значение вь соты равнобокой трапеции равно (Q,4-1,0) д, При этом амплитуда первой rapмоники поля возбуждения (максимальное значение) составляет 0,5-0.85 от максимума индукции в зазоре машины, (Это дает возможность повысить силу тяги с активной поверхности машины на 30-40% по сранению с известной машиной, а также уменьшает расход стали на вторичный элемент машины на 8-12 % ному зазору в виде равнобедренного треугольника дает следующий результат, Потокораспределение e воздушном зазоре машины имеет линейный характер и в зазоре машины на длине а .г имеет вид:

Ф (X) = КгХ, где К вЂ” tg угла наклона графика частичных

Функция изменения потока, пронизывающего ярмо парного полюса имеет вид: с(i (Х) = y,, 2((гт ° q)ã Х j, она справедлива. в.пределах изменения координаты сечения от 0 до и г (фиг.15) Как видно из графика (фиг,15), магнитная нагрузка ярма парного полюса уменьшается от центра к его краям. Функция изменения высоты ярма парного полюса от координаты сечения при равной величине индукции в ярме имеет вид;

hI(X) = К ({ ГХ r ) —. Х ), КР—

2 Ва Is

Функция справедлива в пределах изменения координаты сечения от 0 до а т (фиг,16). На фиг,16 hn — функция измейения высоты ярма парного полюса при строго постоянном значении индукции в ярме, hI< — функция изменения высоты парного полюса при форме внешней поверхности парного полюса в виде равнобедренного треугольника. Высота равнобедренного треугольника, ограничивающего поверх- . ность парного полюса, выбрана равной половине максимальной величины ярма h>, что способствует 0,2-0.3г.

При изготовлении машины более техно-логично принять наружную поверхность парного полюса в виде равнобедренного треугольника, а не в виде параболы. при

1746485 точно эквивалентной загрузке ярма парного полюса. Греугольная форма парного попюса с основанием (1,4-1,6) т и высотой (0,20,3) t позволяет нагрузить его ярмо так, что при этом перегрузка в магнитном отноше- 5 нии составит не более 5-10 Д or выбранного значения индукции в ярме парного полюса (фиг.17). (Описанное выполнение наружной поверхности парного полюса позволяет об- .. легчить вторичную структуру машины на 10

30 — 35 ), В генераторном режиме линейная синхронная машина работает следующим образом.

В неподвижном положении индуктооа 1 15 и вторичного тела друг относительно друга через обмотку 4 возбуждения протекает поcToAHHblA ток. Ток, протекая lo обмотке 4 возбуждения. создает намагничивающую силу обмотки возбуждения. Направление 20 тока на фиг.7 показано знаками "-", "+". Намагничивающая сила обмотки возбуждения создаст следующие поля: поля, сцепленные . только с обмоткой возбуждения (поля рассеяния), и поля, сцепленные с якорной обмот- 25 кой 4 {поля взаимоиндукции). Рабочая гармоника поля возбуждения образуется следующим образом: полюса. не имея магнитной связи друг с другом. вносят магнитную несимметрию в непосредственной ЗО близости индуктора 1, модулируют рабочую гармонику поля возбуждения на пару полюсов. При этом неравномерный воздушный зазор машины определяет повышенное значение амплитуды первой гармоники по- 35 ля возбуждения машины относительно прототипа, При движении полюсов изменяется потокосцепление обмотки якоря с полем воз- 40 буждения. Как следствие, в обмотке якоря 5, выполненной по обычным законам, наводится ЭДС, Линейная синхронная машина из-эа неравномерного воздушного зазора позволяет получить повышенное значение амплитуды первой гармоники поля возбуждения и, следовательно, увеличение удельной силы тяги машины с единицы активной поверхности на 30-40 Я, Выполнение полюсов семиугольными позволяет снизить расход электротехнической стали, Формула изобретения

Линейная синхронная машина, состоящая.иэ первичной части, в пазах магнитопровода которой уложены многополюсная рабочая обмотка и обмотка возбуждения, и вторичной части с четным числом полюсов чередующейся полярности в виде магнитоизолированных между собой шихтованных пакетов из ферромагнитного материала длиной больше одного, но меньше двух полюсных делений, отл ича ю щ а я с я тем, что, с целью повышения КПД путем увеличения амплитуды первой гармоники поля возбуждения и снижения амплитуд высших гармоник, продольное сечение каждого полюса выполнено в виде симметричного относительно поперечной оси индуктора семиугольника, который со стороны зазора образован равнобокой трапецией с основаниями (1,4 — 1,6) г, (0,75 — 0,9) r и высотой (1-0,4) д, а с противоположной стороны примыкающим к трапеции равнобедренным треугольником с основанием (1,4 — 1,6)z и высотой (0,2 — 0,3) т, где д — величина рабочего воздушного зазора машины; r — полюсное деление обмотки якоря, при этом две противолежащие стороны семиугольника параллельны между собой и параллельны осям пазов индуктооа.

1746485

r и .ж ., г ь

1746485

Ч)цг. /3

1746 185 и8.

-Фиг.и