ЛИНЕЙНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ МАШИНА Российский патент 1996 года по МПК H02K41/25 

Изобретение относится к линейным индукционным машинам с разомкнутым магнитопроводом, в частности к линейным индукционным электромагнитным насосам и линейным тяговым асинхронным двигателям.

Известен индуктор для двухфазных индукционных машин с разомкнутым магнитопроводом и обмоткой, фазы которой образованы одинаковыми катушками, размещенными в один или два слоя в зависимости от двухстороннего или одностороннего индуктора [1]
Недостатком устройства является низкая надежность, обусловленная тем, что:
a) питание обмоток осуществляется двухфазным напряжением, и при нарушении изоляции хотя бы одной из фаз возникает режим короткого замыкания;
б) при регулировании величины напряжения необходимо использовать регулятор двухфазного напряжения, что усложняет систему питания и снижает надежность в работе.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является линейная индукционная машина, состоящая из электропроводного рабочего тела и индуктора с многофазной обмоткой [2]
Рассматриваемая конструкция линейной индукционной машины имеет те же недостатки, кроме того, она имеет низкий коэффициент мощности и невысокий КПД.

При питании двухфазных линейных индукционных машин можно использовать трехфазную сеть с нулевым проводом: одну фазу подключить на фазное напряжение. При этом число витков в фазах должно различаться в 1,73 раза. Если обмотки выполнить с одинаковым числом витков, необходимо иметь независимые регуляторы напряжения в фазах, что усложняет систему питания индуктора и снижает ее надежность.

В основу изобретения положена задача включения катушек обмотки на однофазное напряжение и использование резонанса в индуктивно связанных контурах, что позволяет получить сдвиг фаз токов в разных катушках обмотки линейной индукционной машины и создать бегущее магнитное поле.

Поставленная задача решается тем, что в линейной индукционной машине, содержащей электропроводное тело и индуктор с двухфазной обмоткой, выполненной с взаимоиндуктивностью между фазами, катушки одной фазы включены последовательно с конденсаторами так, что образуют с ними замкнутый резонансный контур, а катушки второй фазы последовательно с конденсаторами подключены к источнику однофазного напряжения.

На фиг. 1 изображена линейная индукционная машина; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема включения катушек обмотки.

Линейная индукционная машина состоит из линейных разомкнутых магнитопроводов 1 с катушками 2 и 3 с взаимоиндуктивностью между ними, в частности, выполненных в виде плоских секций расположенных по высоте пазов в различных плоскостях. Катушки 2 соединены последовательно с конденсаторами 4, образуя резонансный контур, а катушки 3 последовательно с конденсаторами 5 подключены к источнику однофазного напряжения. Между магнитопроводами расположено электропроводное рабочее тело 6, отделенное от них воздушными зазорами 7. Настраивая каждый из резонансных контуров так, что их реактивные сопротивления равны нулю (x₁=0; x₂=0) или так, что они отличны от нуля (x₁≠0; x₂≠0), но входное сопротивление цепи равно нулю (x_вх=0), получим в цепи полный (при x₁= 0; x₂= 0) или сложный (x₁≠0; x₂≠0) резонанс /3/, для которого величина взаимоиндуктивности определяется соответственно

где ω угловая частота питающего напряжения, с_-1;
R₁ и R₂ активные сопротивления первого и второго контуров, Ом;
Z₂ полное сопротивление контура: обмотки 2 конденсаторы 4, Ом.

Величины индуктивностей катушек 2 и 3 (L₁ и L₂), а также взаимоиндуктивность М зависят от физических свойств и параметров рабочего электропроводного тела (проводимости, скорости движения и др.). При условиях полного или сложного резонанса токи в средах будут равны по величине и сдвинуты по фазе при коэффициенте связи , который зависит от вышеперечисленных особенностей. В этом случае условия работы линейной индукционной машины будут оптимальными.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на резонансный контур (катушки 3 конденсаторы 5) в цепи появляется ток . Так как у этого контура, в частности, при полном резонансе x₁=0, то комплексная величина тока определяется как /3/

и ток совпадает по фазе с напряжением .

Во втором резонансном контуре (катушки 2 конденсаторы 4) за счет индуктивной связи между катушками 3 и 2 в катушках 2 наводится ЭДС и по цепи протекает ток, в частности, при полном резонансе x₂=0 его комплексная величина равна

где ,
который сдвинут по отношению к току на 90 электрических градусов во времени. Токи , протекающие по катушкам 2 и 3, соответственно создают магнитные потоки, сдвинутые в пространстве и во времени, которые образуют бегущее магнитное поле.

Использование двух резонансных контуров в линейной индукционной машине, развязанных электрически, позволяет использовать однофазное питание, значительно повышает ее надежность по сравнению с двухфазным питанием, поскольку пробой в одном резонансном контуре не приводит к междуфазному короткому замыканию; пробой на корпус в первом или во втором резонансном контуре исключает попадание под напряжение обслуживающего персонала. Этот фактор имеет особое значение при использовании машины в литейном производстве.

Так как входное реактивное сопротивление обмотки линейной индукционной машины при резонансах равно нулю, то коэффициент мощности равен единице (cosΦ=1), а полная потребляемая мощность равна активной.

Предлагаемое изобретение может найти применение в металлургии в качестве электромагнитного насоса и дозатора, а также в других отраслях промышленности в качестве асинхронного двигателя для электропривода разнообразных транспортных средств.

Использование: для перекачки и дозирования жидких металлов в транспортных средствах. Сущность изобретения: линейная индукционная машина состоит из линейных разомкнутых магнитопроводов 1 с катушками 2 и 3. Катушки 2 соединены последовательно с конденсаторами 4, образуя замкнутый резонансный контур, а катушки 3 последовательно с конденсаторами 5 подключены к источнику однофазного напряжения. Между магнитопроводами расположено электропроводное рабочее тело 6, отделенное от них воздушными зазорами 7. Катушки 2 и 3 включены на однофазное напряжение, образуя резонанс в индуктивно связанных контурах, что позволяет получить сдвиг фаз токов в разных катушках обмотки и создать бегущее магнитное поле. 2 ил.

Линейная индукционная машина, содержащая электропроводное рабочее тело и индуктор с двухфазной обмоткой, выполненной с взаимоиндуктивностью между фазами, отличающаяся тем, что катушки одной фазы включены последовательно с конденсаторами так, что образуют с ними замкнутый резонансный контур, а катушки второй фазы последовательно с конденсаторами подключены к источнику однофазного напряжения.