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

имно перпендикулярных плоскостях, аналогично паре червяк червячное колесо. Линейная скорость на упомянутых поверхностях, как и вьше, V = nh; частота вращения статора

Так, при Пр = 3000 об/мин и и, = 12,5 об/мин имеем М,/Мр = 240.

Проведенный анализ вопросов достаточной laquo;упругости raquo; такой передачи момента приводит еще к желательному отношению А/б gt;1б (аналогично анализу соотношения у гребенчатой системы в гл. 3).

Исследование основной формулы

(4.1)

позволило вывести относительно простые приближенные формулы для предварительной оценки параметров привода при заданных л и М на выходной оси (или соответственно F и у на выходном штоке). Для оценки электрических нагрузок и определения соответствующих размеров паза имеем

(4.2)

r = f = 0,7 UW)l,

a для оценки магнитных нагрузок

F = 56-10*4- W

(4.2а)

при й/б = 20 и = 06 Тл (ограничивается индукцией в зубце и отношением ширины зубца к зубцовому делению) имеем F = 2,5-10* H/м. Приводимые в конце этого параграфа данные относятся к F = (1,6 2,5) -10* Н/м-.

Представляет определенный интерес и решение задачи выполнения у шихтованных пакетов спиральной нарезки без трудно выполнимой механической обработки. Для этой цели автором было предложено штамповать листы таких пакетов с пропуском определенного количества зубцов и веерной сборкой со сдвигом на один зуб. Так в реально выполненном в заводских условиях экспериментальном образце (см. рис. 4.5) при пропуске 12 зубцов и оставлении последующих 12 зубцов на каждом листе электротехнической стали толщиной 0,5 мм при веерной сборке получена винтовая нарезка с выступом шириной 6 мм и впадиной 6 мм при шаге винта А = 0,012 м *. При частоте вращения ротора

* На другом заводе был проработан иной вариант выполнения нарезки уже собранном laquo;полнозубом raquo; пакете: статор залит легкоплавким составом, в полУ ценном laquo;монолите raquo; выполнена наоезка. потом этот сплав выплавляется и за

ценном laquo;монолите raquo; выполнена нарезка, потом этот сплав выплавляется проводится намотка статора.

атем I

23,3 об/с (1400 об/мин) была соответственно получена линейная скорость перемещения статора v= 23,3-0,012 = 0,28 м/с. Экспериментальное исследование проведено на образце (см. рис. 4.5), у которого статор набран из стандартного пакета четырехполюс-ного асинхронного двигателя с диаметром расточки 84 мм, длиной g2 мм. Машина имеет зазор б = 0,25 мм; z = 24 зубца со срезанными по дуге 180 deg; двенадцатью зубцами. Это позволило в соответствии с изложенным выше получить на статоре винтовую карезку с h = 0,012 м. Другие данные машины: w - 320 витков; провод ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм; ротор - цилиндрическое стальное кольцо, на внешней поверхности которого выполнена прямоугольная винтовая нарезка с шагом h = 0,012 м; = 1,2; 5= 0,3 мм; А/б = 40; т, = 12,5 кг; 5р = 240 см ; ход 118 мм.

Для осциллографирования движения статора с ним был связан движок потенциометра, укрепленного на неподвижном основании. Результаты обработки осциллограмм дали средние значения: линейная скорость движения статора v = 0,29 м/с; = = 1450 об/мин. Переход от нулевой скорости к у = 0,29 м/с происходит примерно за 5,5-10 с, т. е. среднее ускорение J р = 52,5 м/с (в дальнейшем принимаем а = 50 м/с); F =

= 735 Н; Р=213Вт; величина w= = 58,5 кг/кВт, в

5-7 раз меньше, чем у принятого для сравнения линейного асинхронного двигателя НЭТИ, который при близкой массе т=9,8 кг развивает при скорости v = 0,28 м/с всего лишь 36 Вт, да и то при ПВ=25%. Весьма характерна полученная вели-

735 Н

чина F=--j-Н/см, что превышает принятую нами в

расчетах величину F = 2,5 Н/см; это, по-видимому, объясняется тем, что расчеты велись дтя А/б = 20, а в реально выполненном макете А/б = 40, что должно было повысить величину F.

Здесь возникают новые возможности обеспечения линейного неограниченного движения, подробно рассмотренного в гл. 3, но практически без значительной доли недостатков, структурно присущих применяемым обычно для этой цели линейным двигателям. Действительно, если рассматривать рис. 4.3, в не как laquo;вырыв raquo; пояснения работы машины двойного движения, а как реальное выполнение статора МДД в виде лотка неограниченной длины, то это соответствовало бы линейному электроприводу по-тоянного тока. Выполнение при этом обмотки якоря 8 (и Соответственно щеточной системы 6) по типу двухфункциональной обмотки, подробно рассмотренной в гл. 3, и позволило бы оеспечить возбуждение полюсов 10 без использования отдель- IX обмоток 12, а введение разрезов вдоль лотка - уменьшить Рассеяние потока возбуждения. Якоря тяговых электродвигатели, размещенные спереди и (или) сзади экипажа, вращающиеся Радиально-опорных подшипниках 15, обеспечивали бы при этом

поступательное движение экипажа вдоль лотка, укрепленного пути. Располагая лоток, например, на эстакаде, над якорем, мо, но при этом совместить тягу с электромагнитной подвеской; под якорем - создавать дополнительное давление на рельсы, напрц, мер, для комбинированной тяги, описанной в гл. 3. Наконец если требуется поступательное движение экипажа в трубе, внух ренняя поверхность ферромагнитной трубы снабжается многопо. люсной системой с нарезкой соответственно указанному выще Аналогично может быть laquo;спрямлена raquo; МДД любого вида - асинхронная, синхронная и т. п.; подробнее это описывается в конце настоящей главы, при рассмотрении линейного электропривода на базе laquo;развертывания в линию raquo; описанных выше МДД с промежуточными роторами, по-видимому, наиболее интересных во многих практических случаях, а также при рассмотрении электромеханических преобразователей движения.

Возможные применения электромагнитного винтового сцепления для построения линейного электропривода при использовании обычных электродвигателей рассмотрены ниже - такие решения, добавляющие лишь внешние элементы к отработанной и высокотехнологичной конструкции электрических машин, представляют значительный практический интерес.

Если выполнение машины двойного движения в соответствии с рис. 4.5 практически не вызывает заметных технологических трудностей, и МДД такого типа могут изготовляться на обычных электромашиностроительных предприятиях, в том числе ремонтных, то изготовление МДД типа, показанного на рис. 4.7 [85], требует значительной технологической культуры, высококвалифицированной конструкторской проработки для каждого конкретного типа, габаритного размера, условий применения. Основные трудности здесь, особенно при создании асинхронных МДД, в обеспечении не слишком большого зазора, в его поддержании в процессе работы, так как требуется высокая точность соосности больших окружностей; небольшие разрезы в тороидальном магнитопроводе затруднят установку достаточно устойчивых стоек для подшипников роторов.

В частном случае, когда требуется лишь поворот на угол а lt; 2л, можно иметь разрез у магнитопровода статора лишь на угле а = а + Да, где Да определяется шириной выступа, стопорящего вращение системы роторов. Так, для широко распространенного, выпускаемого в сотнях тысяч штук в год в нашей стране привода задвижек типа МЭО (механизм электрической однооборотный) а = 90 deg; и при дуге, занимаемой выступами, Да = 30 deg; имеем разрез лишь на а = 120 deg;, т. е. 2/3 тороидального статора имеют полностью замкнутый магнитопровод.

4.2. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛИЗА И ОЦЕНОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ

По конструктивному исполнению машина двойного движения представляет собой совмещенную электрическую машину: обмотки ротора и статора взаимодействуют мелсду собой почти так же, как и в обычной вращающейся базовой машине (асинхронной, синхронной, автосинхронной), а выступы нарезок статора и ротора (системы роторов) - как синхронная муфта или гребенчатая электромагнитная система, рассмотренная в гл. 3.

Анализ традиционных электромагнитных взаимодействий в первой части лишь немного отличается от обычного (в качестве примера в конце данного параграфа приведены расчеты асинхронных МДД с короткозамкнутым ротором и ротором Шенфера). Аналогично вводятся небольшие изменения и в расчеты МДД других типов. Анализ взаимодействия выступов нарезок ротора и статора проводим аналогично рассмотренному в гл. 3.

В этой книге продолжается проводимая автором уже примерно полвека, с 30-х годов, линия на создание новых электрических машин на основе совмещения в одной машине функций, традиционно присущих разным машинам. Так, автором в содружестве с А. Г. Иосифьяном были предложены в 1938 г. бесконтактные сельсины ВЭИ, в которых совмещены функции трансформатора и синхронной машины; так появился совмещенный сельсин-двигатель, мотосин [73]; двигатель, управляемый поворотом всего статора или его части,- ДУПС; автосинхронный линейный двигатель с двухфункциональной обмоткой, секции которой попеременно выполняют функции обмотки якоря и возбулсдения; была издана в соавторстве с И. П. Копыловым, Ю. М. Келимом, Л. X. Шидловичем монография laquo;Совмещенные электрические машины для автоматики raquo; [40].

Представляется, что использование уравнений Максвелла, в частности записанных в виде законов электромагнитной индукции и полного тока ф / = - dU)/dt и (Hdl = li, позволяющих где угодно (где удобно!) размещать токонесущие и потоконесущие элементы, лишь бы они были охвачены общим замкнутым контуром, обеспечивает основу для создания самых разнообразных типов электрических машин. Разбираемые совмещенные машины - лишь отдельные, более (или менее) удачные примеры таких решений. Используется здесь и уравнение удельного значения Силового взаимодействия поверхностей статора и ротора (системы роторов), определяемое из решения уравнений (3.22), (3.23). При Подходящих для рассматриваемых конструкций взаимоотношениях основных размеров можно для определения производной магнитной проводимости по перемещению воспользоваться кривыми изменения проводимости в зависимости от взаимного сме-Цения выступов, приведенными на рис. 3.27.

Имеем в соответствии с кривыми, где h - текущее значение Смещения вдоль нарезки с шагом

Ф(А) =

Ф - Ф

COS 2л -г-

Тогда

(h) (ф ф.) JL sin

-П--Vmax min l

2nh ,

ЙФ(Л)

d/l max

(4.3)

(4.4)

(4.5)

(4.6) (4.7)

рде (3 -проводимость для всего потока при расположении выступанад выступом; Св п - то же при расположении выступа над впадиной. При =20 имеем Сб ; laquo; 0,4G, ; уточненные исследования дают при этом

li.,0,75S,

(4.8)

При других отношениях й/б в интервале 15 lt; А/б lt; 60 буде laquo; считать, что

то V III

(4.9)

20 8 п 4 = =

Тогда йФ (Л)

Усилие

2 rf laquo;

(J- - plusmn;) (4.10)

= л/и; (при неявно выраженных полюсах

f.ax = 0,75 (vlW)6Vo5 laquo; ,ax--

Поскольку 5бтах а, = 1),

F = = 0,75 \aW) 4,0 (1 - i) .

(4.11) (4.12)

Учитывая, что Ввб/Цо, имеем

При заданном и выбранных пределах й/б выгоднее выполнять й/б = 16 (из анализа экстремума F = / (б г)). .

Упоминавшаяся выше эквивалентная площадь сцепле (максимальная) 154

5в = 4ЛГ.0,9я.0,8, (4.13)

де - число роторов laquo;модулей raquo;, с активной длиной k У каждо-,j ротора с диаметром d. Коэффициент 0,9 учитывает разрез в рроиде для введения стопорных выступов, входящих в радиаль-пазы стоек с валиками, вокруг которых вращаются на укрепленных внутри их цилиндров подшипниках роторы, а коэффици-,цт 0,8 вместо 0,75, ранее принятым в (4.8), учитывает наличие г.адины.

Если учесть, что lN 0,8яД где. D - средний диаметр то-йида, внутри которого размещаются роторы, то окончательно

S, = 0,515nDd. (4.14)

рели задан момент на выходной оси М, то габаритные разме-,ы могут бьпь вычислены по выражению

(4.15)

2,83Г

Если задана мощность Pj, формула (4.15) принимает вид

(4.16)

где п - частота вращения. Выбирая по формулам, приведенным аше: б - из конструктивных соображений (с учетом высоты Ьтрелки, возникающей из-за прямолинейности образующей ци-линдра ротора и дугообразности линии статора внутри тороидаль-юго пространства, где расположены роторы) и h /b - получаем [значение F для выбираемых B,v

Исходя из соотношения d/D (например, d/D = 0,0i5-.-0,l5, да меньшие величины принимаются для больших значений D) вы-ираем диаметры D и d; по требуемой выходной частоте вращения tnw D определяем линейную скорость на окружности: v = nDn/60; задаваясь частотой вращения ротора п, об/с, (например, ия асинхронной МДД при числе полюсов 2р = 4 = 23- -4 об/с) определяем шаг нарезки

нарезк!

.(4.17)

где К - коэффициент многозаходности нарезки. Глубину нарез-а определяем из выражения

а ж (0,20,3) h . (4.18)

оця из выбранных и 2р определяем предварительно высо- iспинки h, .

, Существенный интерес при общем анализе представляет ссмотрение принципиального вопроса о сравнительных массо- аритных показателях машин, аналогичных по основной выпол-бмой функции: МДД вращающегося типа и двигатель с червяч-