Линейные двигатели. Области применения. Примеры двигателей, страница 11

В последнее время предложен и разрабатывается новый метод левитации ГОМ как С ЛСД, так и с ЛАД основанных на использовании высокоэнергетических постоянных магнитов с диамагнитной стабилизацией с помощью высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП).

Известно, что диамагнетик (медь, серебро, стекло и др.), внесенный во внешнее магнитное поле, намагничивается в направлении, обратном направлению поля, что связано с Ларморовой прецессией электромагнитных оболочек атомов. В результате каждый локальный элемент объема диамагнитного тела приобретает некоторый магнитный момент, направленный против основного поля.

Несмотря на принципиальную простоту реализации диамагнитного стабилизатора, до настоящего времени такие устройства не применялись для цели подвеса транспортных экипажей из-за малой величины развиваемого ими усилий.

Ситуация переменилась в связи с появлением ВТСП, выполненных по технологии, позволяющей получать объемные элементы крупнозернистой структуры с высокими значениями рабочих токов.

Рисунок 19

Намагничивание ВТСП связано с механизмом протекания экранирующих токов, которые в каждой локальной точке создают магнитный момент, также направленный против основного поля. Таким образом, реакция ВТСП на внешнее магнитное поле аналогична реакции диамагнитного тела, но при этом могут быть достигнуты значительные усилия.

Конструктивная схема рассматриваемой системы подвеса приведена на рисунке 19. Она включает в себя два постоянных магнита (или электромагнита) и диамагнитный элемент- ВТСП. Путевая структура выполнена в виде ферромагнитного шунта с зазором против полюса диамагнитного элемента. Источник магнитного поля активной части подвеса создает в зазоре пассивной части (путевой структуры) магнитное поле, которое используется в качестве опоры на него диамагнитного элемента. При этом на ВТСП возлагаются функции не только обеспечения требуемой жесткости, т. е. возврата объекта в равновесное состояние, но и быстроты возврата. Затухание колебаний непосредственным образом связано с диссипативными процессами в ВТСП, находящемся в переменном магнитном поле при относительном движении диамагнитного тела в зазоре путевой структуры. В жестких сверхпроводниках, к которым относятся и ВТСП материалы, диссипация энергии за период равна площади гистерезисной петли намагничивания и остается практически постоянной вплоть до самых низких частот. С этой точки зрения текстурированные крупнодоменные ВТСП материалы, обладающие широкой петлей гистерезиса, могут   рассматриваться    в    качестве    базовых    элементов сверхпроводниковых систем демпфирования вибраций.

КСУИ.214346.001

Лист

16

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Система диамагнитной стабилизации подвески имеет существенные преимущества перед электромагнитной подвеской по массогабаритным показателям, экономии электроэнергии, простоте схемы управления и снижению требований к путевой структуре, а перед электродинамической подвеской также по массогабаритным показателям и отсутствию колесных пар для начального разбега. Согласно результатов анализа применительно к 48-тонному вагону пригородного сообщения со скоростью 200 км/ч при диамагнитной стабилизации оказалось возможным уменьшить массу вагона за счет электромагнитов подвески с 5т до порядка 1,5т и снизить затраты мощности на левитацию с 78 кВт примерно до 1 кВт.

5 Линейные индукторные двигатели

Высокие энергетические показатели ЛСД по сравнению с ЛАД я конструктивная простота последних обусловили поиск новых форм линейных машин, объединяющих достоинства ЛСД и ЛАД. Такими машинами представляются линейные двигатели индукторного типа (ЛИД). Будучи по принципу действия синхронными машинами они имеют простую путевую структуру пассивного типа. ЛИД не подвержен сильному влиянию концевых эффектов при шихтованных путевых элементах.

а)  б)

Рисунок 20

Разработаны конструкции ЛИД одностороннего (ОЛИД) и двухстороннего (ДЛИД) типов, приведенные соответствено на рисунке 20. Основным недостатком ОЛИД является наличие постоянной силы тяжения между первичной и вторичной частями двигателя. В двухстороннем варианте при симметричном расположении вторичного элемента силы тяжения отсутствуют.

Принцип работы обоих двигателей аналогичен. Рассмотрим его на более совершенной конструкции ДЛИД. Первичная часть двигателя состоит из двух симметричных индукторов и размешается на экипаже. Каждый индуктор содержит два стальных шихтованных пакета с пазами, в  которых размещается трехфазная обмотка переменного тока 2, имеющая одну пару полюсов на каждой половине. На рисунке 20,б показана обмотка с числом пазов на полюс-фазу q=1. Задано направление токов в обмотке возбуждения 5 и мгновенное распределение токов в якорной обмотке при токе в фазе С₂ равном нулю. Пакеты индуктора расположены параллельно путевой структуре 3 друг за другом с промежутком в однопо люсное деление якоря и соединены ярмами 4, шихтованными заодно с пакетами. На каждом магнитопроводе размешена обмотка возбуждения специальной конструкции, обеспечивающая минимальные магнитные потоки рассеивания. Ярмо магнитопровода предназначено для проведения постоянного магнитного потока возбуждения. По части магнитопровода, примыкающего к пазам, замыкается переменная часть потока индуктора.  Вторичная часть ЛИД неподвижна, закреплена в путевой структуре 3 и состоит из ферромагнитных вставок 6, набранных из листов стали. Ферромагнитные пакеты размещены вдоль путевой структуры через двойное полюсное деление обмотки якоря. Особенностью рассматриваемого типа машин является то, что при перемещении экипажа относительно вторичного элемента индукция в зубцах якоря меняется не от Вмах до Вмах, как в обычных синхронных машинах, а от Вмах до Вмin относительно средней составляющей Вср, как показано на рисунке 21. Тяговое усиление ЛИД создаётся за счет взаимодействия бегущей мдс трёхфазной обмотки с переменной составляющей магнитного поля возбуждения в зазоре, которое обусловлено периодической магнитной неоднородностью вторичной части.

КСУИ.214346.001

Лист

17

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата