Введение

Тип линейного двигателя

Линейный индукционный двигатель (ЛИМ) – это асинхронный линейный двигатель переменного тока (AC), работающий по тем же общим принципам, что и другие индукционные двигатели, но обычно предназначенный для непосредственного создания движения по прямой линии. Характерной особенностью линейных индукционных двигателей является наличие конечной длины первичной или вторичной обмоток, что приводит к появлению концевых эффектов, в то время как обычный индукционный двигатель имеет замкнутую конструкцию. Несмотря на название, не все линейные индукционные двигатели создают линейное движение; некоторые используются для создания вращения больших диаметров, где применение непрерывной первичной обмотки было бы слишком дорогим. Как и роторные двигатели, линейные двигатели часто питаются от трехфазной сети и способны развивать очень высокие скорости. Однако концевые эффекты снижают силу тяги двигателя, и часто невозможно установить редуктор для изменения соотношения силы и скорости. Таким образом, линейные индукционные двигатели часто менее энергоэффективны, чем обычные роторные двигатели при той же требуемой выходной мощности. ЛИМ, в отличие от своих роторных аналогов, способны создавать эффект левитации. Поэтому они часто применяются там, где требуется бесконтактное воздействие, минимальное техническое обслуживание или низкий рабочий цикл. К практическим областям применения относятся магнитная левитация, линейная тяга и линейные приводы. Они также использовались для перекачки жидких металлов.

История

История линейных электродвигателей уходит корнями как минимум в 1840-е годы, к работам Чарльза Уитстоуна в Королевском колледже в Лондоне, однако модель Уитстоуна была слишком неэффективной для практического применения. Работоспособный линейный индукционный двигатель описан в патенте США № 782312 (1905 год; изобретатель Альфред Зехден из Франкфурта-на-Майне) и предназначен для привода поездов или лифтов. Немецкий инженер Герман Кемпер построил действующую модель в 1935 году. В конце 1940-х годов профессор Эрик Лайтвейт из Имперского колледжа в Лондоне разработал первую полноразмерную рабочую модель. В односторонней конструкции магнитное поле может создавать силы отталкивания, которые отталкивают проводник от статора, заставляя его левитировать и перемещаясь вдоль направления движущегося магнитного поля. Лайтвейт назвал более поздние версии «магнитным потоком». Эти версии линейного индукционного двигателя используют принцип, называемый поперечным потоком, при котором два противоположных полюса располагаются рядом друг с другом. Это позволяет использовать очень длинные полюса, что обеспечивает высокую скорость и эффективность.

Конечный эффект

В отличие от кругового индукционного двигателя, линейный индукционный двигатель проявляет "конечные эффекты". Эти конечные эффекты включают потери производительности и эффективности, которые, как считается, вызваны уносом и потерей магнитной энергии на конце первичной обмотки из-за относительного движения первичной и вторичной обмоток. При короткой вторичной обмотке поведение почти идентично вращающейся машине, при условии, что её длина составляет не менее двух полюсов, но при короткой первичной обмотке наблюдается снижение тяги при низком скольжении (ниже примерно 0,3) до достижения длины в восемь полюсов или более. Однако из-за конечных эффектов линейные двигатели не могут "работать на холостом ходу" – обычные индукционные двигатели способны работать с почти синхронным полем при низкой нагрузке. В отличие от этого, конечные эффекты приводят к значительно большим потерям в линейных двигателях. Увеличенный воздушный зазор также повышает индуктивность двигателя, что может потребовать более крупных и дорогих конденсаторов. Тем не менее, линейные индукционные двигатели позволяют избежать необходимости в редукторах и подобных трансмиссиях, которые сами по себе имеют потери; а понимание важности коэффициента качества может минимизировать влияние увеличенного воздушного зазора. В любом случае, энергопотребление не всегда является самым важным фактором. Например, во многих случаях линейные индукционные двигатели имеют значительно меньше движущихся частей и требуют минимального обслуживания. Кроме того, использование линейных индукционных двигателей вместо вращающихся двигателей с роторно-линейными передачами в системах управления движением обеспечивает более высокую полосу пропускания и точность системы управления, поскольку роторно-линейные передачи вносят люфт, статическое трение и/или механическую податливость в систему управления.