Асинхронная тягово-левитационная система для транспортного средства

 

Использование: в транспортных средствах с электромагнитной подвеской и линейным электроприводом. Сущность изобретения: система содержит расположенный на путевой структуре Ш-образный ферромагнитный сердечник 1, в пазах среднего полюсного выступа которого размещена короткозамкнутая обмотка 4. Под путевой структурой с механическим зазором расположен индуктор тягово - левитационной системы. Индуктор состоит из ряда шихтованных Ш-образных сердечников 4. На средних полюсных выступах сердечников 4 размещены катушки 5 переменного тока, образующие трехфазную обмотку бегущего магнитного поля. На ярме ферромагнитного сердечника 4 симметрично относительно среднего полюсного выступа расположены две одинаковые катушки постоянного тока 6 и 7, соединенные электрически последовательно и согласно. 3 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам с электромагнитной подвеской и линейным электроприводом. Преимущественная область использования пассажирские системы городского и пригородного транспорта. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей. На фиг.1 изображен поперечный вид асинхронной тягово-левитационной системы для транспортного средства; на фиг.2 вид снизу Ш-образного ферромагнитного путевого сердечника с короткозамкнутой обмоткой на среднем полюсном выступе; на фиг.3 вид сверху элементов индуктора. Система содержит путевой ферромагнитный сердечник I Ш-образной формы в пазах 2 среднего полюсного выступа которого располагается короткозамкнутая обмотка 3. Под путевым сердечником с механическим зазором Δ расположен индуктор тягово-левитационной системы. Магнитопровод индуктора выполнен из секций Ш-образной формы 4, расположенных последовательно друг за другом вдоль оси пути. На средних полюсных выступах Ш-образной секции размещены катушки переменного тока 5, образующие трехфазную якорную обмотку бегущего магнитного поля. На каждой секции магнитопровода индуктора симметрично среднему полюсному выступу расположены обмотки постоянного тока 6 и 7, соединенные последовательно и согласно. Система работает следующим образом. При подключении к источнику трехфазного переменного тока якорная обмотка 5 создает волну бегущего магнитного поля, под действием которой в короткозамкнутой путевой обмотке 3 наводятся вихревые токи. В результате взаимодействия активной составляющей вихревого тока с нормальной составляющей магнитной индукции развивается тяговое усилие и, если оно больше усилия сопротивления движению, подвижная часть начнет перемещаться в направлении бегущего магнитного потока, как и в обычном асинхронном двигателе скорость движения определяется частотой питающего тока f₁ полюсным делением τ и скольжением S согласно выражению V 2 τ f₁(1-S). Направление движения определяется порядком чередования фаз якорной обмотки. Магнитный поток Φ₂≈ создаваемый током катушки 5 якорной обмотки замыкается в плоскости, перпендикулярной направлению движения и разделяется пополам в ярме сердечника 4. Каждая половина потока Φ₂≈ наводит в катушках 6 и 7 ЭДС, равные по величине, но сдвинутые по фазе на 180 эл.градусов. А так как катушки 6 и 7 соединены последовательно, то результирующая переменная ЭДС, создаваемая потоком Φ₂≈ равна нулю и таким образом исключается влияние трехфазной обмотки 5 на катушки 6 и 7. Так как поток Φ₂≈ замыкается в плоскости, перпендикулярной направлению движения и создается одной катушкой, соответствующей фазной зоне якорной обмотки, то сечение путевого ферромагнитного полотна не зависит от длины полюсного деления, как это имеет место в машинах с продольным замыканием магнитного потока. В результате взаимодействия активной составляющей вихревого тока короткозамкнутой путевой обмотки 3 с тангенциальной составляющей магнитной индукции развивается электродинамическое усилие отталкивания подвижной и неподвижной частей системы. Усилие электромагнитного притяжения (подъемное) вызвано стремлением подвижной части системы занять положение, при котором магнитное сопротивление потокам, создаваемым якорной катушкой 5 (Φ₂≈ ) и обмотками постоянного тока 6 ( Φ₁ )и 7(Φ₁¹ ) и энергия магнитного поля минимальны, т.е. стремление уменьшить воздушный зазор между подвижной и путевой частями системы. Результирующее нормальное усилие, создаваемое катушками 5 якорной обмотки в устойчивой части механической характеристики ( ∂F/∂S > 0) имеет характер притяжения, однако в большинстве случаев его недостаточно для осуществления подвеса транспортного средства. Основная часть нормального усилия, обеспечивающего подвес, создается магнитными потоками Φ₁ и Φ₁¹ последовательно соединенных обмоток 6 и 7 и регулируется величиной тока обмоток, а тяговое усилие при этом остается неизменным. В зоне среднего полосного выступа сердечника 4 индуктора магнитные потоки Φ₁ и Φ₁¹ направлены встречно; а так как создаются одинаковыми намагничивающими силами катушек 6 и 7 и магнитная цепь симметрична, то они равны по величине и таким образом исключается влияние магнитных потоков катушек 6 и 7 на катушку 5 трехфазной обмотки. В элементах стержней короткозамкнутой путевой обмотки 3 потоки Φ₁ и Φ₁¹ наводят ЭДС встречного направления и результирующая ЭДС в стержне равна нулю, т.е. обмотки 6 и 7 не создают тормозного усилия и не оказывают влияния на тягу. Изобретение для транспортного средства осуществляется следующим образом. При номинальной скорости движения 250 км/ч (69,44 м/c), промышленной частоте питающего напряжения 50 Гц и номинальном скольжении S 0,15 полюсное деление индуктора τ 0,817 м Так как индуктор располагается по каждому борту при длине транспортного средства 18 м имеем число полюсных делений 2p 22 Принимая число секций индуктора на полюс и фазу q 2, получаем, что одна секция с катушками занимает расстояние t₂= 0,136 м При амплитуде индукции в зазоре Δ 10 мм от катушки переменного тока В δ ≈ 0,4 Тл и постоянного тока Вδ 0,3 Тл, плотности тока в катушках j 3 А/мм² на основании закона полного тока с учетом коэффициента рассеяния К_o 1,5 и коэффициента заполнения катушек медью К₃ 0,85 при заданной высоте полюсного выступа h_n 0,08 м и получаем НС и толщину катушек переменного и постоянного тока и ширину окна Ш-образной секции iW ≈ 6,73 кА b_k ≈= 33 мм b_c ≈= 80 мм
iW ≈= 7,16 кА
b_k ≈= 35 мм
Длина секции вдоль оси пути
I_c t_z b_k ^. 0,015 0,086 м
Ширину крайних полюсных выступов секции определяем из условия, что катушки постоянного тока обеспечивают подвес транспортного средства массой 40 т, тогда
b_к= 0,022 м где Z_c число секций индуктора на один борт. Тогда полная ширина индуктора b_n 0,32 м и масса на один борт 4,4 т. Тяговое усилие F_х 10,5 кН; η 0,75; Cos ϕ 0,65. Катушки переменного тока индуктора соединяются по длине транспортного средства пофазно последовательно, аналогично катушкам трехфазной якорной обмотки с q 2 и фазной зоной 60^о и подключаются к источнику переменного напряжения. Катушки постоянного тока соединяются последовательно по числу секций на общей подрессорной раме (6-12) и подключаются к регулятору электромагнитной подвески. Для прототипа при τ 0,817 м масса индукторов на один борт составит не менее 5,75 т и ширина индуктора с учетом вылета лобовых частей b_п 1,0 м. Тяговое усилие F_x 7,24 кН; η 0,69; Cos ϕ= 0,185.

Формула изобретения

АСИНХРОННАЯ ТЯГОВО-ЛЕВИТАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая ферромагнитный путевой сердечник, выполненный с пазами, в которых размещена короткозамкнутая обмотка, и расположенный на экипаже под путевым сердечником индуктор, на шихтованном магнитопроводе которого расположена трехфазная обмотка переменного тока и обмотка постоянного тока, отличающаяся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, путевой сердечник выполнен Ш-образной формы, а магнитопровод индуктора выполнен из секций Ш-образной формы, расположенных последовательно друг за другом вдоль оси пути, обмотка постоянного тока выполнена из двух катушек, соединенных последовательно и согласно и расположенных на каждой секции магнитопровода индуктора симметрично среднему полюсному выступу, при этом короткозамкнутая обмотка расположена на среднем полюсном выступе путевого сердечника, а трехфазная обмотка переменного тока - на среднем полюсном выступе каждой секции магнитопровода индуктора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---