Silnik liniowy: Różnice pomiędzy wersjami
| [wersja przejrzana] | [wersja nieprzejrzana] |
Usunięta treść Dodana treść
m zamiana szablonu "źródła" z "dopracować" |
Dodanie informacji o silniku liniowym |
||
Linia 1:
[[Plik:Linear motor by Zureks.jpg|thumb|Prototyp silnika liniowego]]
[[Plik:JFK AirTrain.agr.jpg|thumb|[[Nowy Jork]] – kolej AirTrain [[Port lotniczy Nowy Jork-JFK|JFK]]. Element silnika liniowego znajduje się w osi toru. Zasilanie pociągów z [[trzecia szyna|trzeciej szyny]].]]
Linia 6:
'''Silnik liniowy''' – [[silnik elektryczny]] generujący [[ruch postępowy]] bez użycia [[przekładnia mechaniczna|przekładni]] transformujących [[ruch obrotowy]] na postępowy. Działa na zasadzie podobnej do silnika obrotowego, w którym [[stojan|stator]] i [[wirnik|rotor]] zostały rozwinięte do postaci liniowej i odpowiednio przedłużone lub skrócone w celu uzyskania odpowiedniego zakresu ruchu.
== Budowa ==
Silniki elektryczne liniowe są zwykle budowane jako silniki indukcyjne, aczkolwiek istnieje możliwość budowy maszyn liniowych prądu stałego i prądu przemiennego synchronicznych (ich wada to konieczność zasilenia części pierwotnej i wtórnej).
Najczęściej spotykanym typem jest indukcyjny silnik trójfazowy, w którym pole jest wytwarzane w w części pierwotnej (wzbudniku), a część wtórna z płaską klatką do przepływu prądów wirowych (bieżnik) jest zasilana na zasadzie indukcyjnej.
W silniku wirującym wyróżniamy stojan oraz wirnik, natomiast w silniku liniowym część pierwotną (zasilaną) nazywaną induktorem oraz część wtórną zwaną bieżnikiem.
Induktor jest zbudowany w formie pakietu blach z uzwojeniem trójfazowym.
Bieżnik stanowi ferromagnetyczna warstwa przewodząca (np. szyna aluminiowa), która spełnia rolę klatki.
Budowa najczęściej wykorzystywanych typów silników liniowych np. silnik liniowy płaski, może być jednostronny lub dwustronny (złożenie dwóch jednostronnych). Rdzeń magnetyczny induktora jest wykonany z blach elektrotechnicznych, element przewodzący prąd w części wtórnej może być wykonany z blachy aluminiowej, miedzianej albo tkaniny, której osnowa (w kierunku zgodnym z prędkością stanowią mocne nitki nośna, a wątek (kierunek prostopadły do prędkości) stanowi linka miedziana, rdzeń magnetyczny części wtórnej może być wykonany z płyty żelaznej. Występuje również silnik liniowy tubowy, który powstaje gdy rdzeń stojana i wirnika zostaną rozwinięte do powierzchni płaskich, a potem zwinięte wokół osi przechodzących wzdłuż tych rdzeni. Istnieją również odmiany: liniowo-obrotowe, kuliste i inne.
== Zasada działania==
Prąd płynący w uzwojeniach części pierwotnej wytwarza pole magnetyczne wędrujące (gdy umieścimy uzwojenie na obwodzie rdzenia otrzymamy pole magnetyczne wirujące), które oddziałuje z prądem płynącym w części wtórnej,w ten sposób otrzymujemy siłę ciągu przyśpieszającą jedną z części maszyny.
W ruchu postępowym siła jest odpowiednikiem momentu obrotowego w ruchu obrotowym. Dlatego zamiast momentu elektromagnetycznego określamy wyrażenie na siłę elektromagnetyczną:
<math>F_e={\partial E_e\over\partial x}</math> lub <math>F_e={P_e\over\ v_1}</math>
Gdzie:
<math>E_e</math> - energia elektromagnetyczna [J/<math>m^3</math>]
<math>x</math> - zmienna liniowa (zmienna odległość od pewnego punktu stojana)
<math>P_e</math> - moc elektromagnetyczna przeniesiona przez strumień magnetyczny z części pierwotnej do wtórnej [W]
<math>v_1</math> - prędkość synchroniczna pierwszej harmonicznej indukcji
Wzór uwzględniający moc elektromagnetyczną jest mniej dokładny, ponieważ trudno jest określić rezystancję wewnętrzną obwodu wtórnego
Prędkość liniowa dla fali indukcji wznieconej przez prąd trójfazowy płynący przez trójfazowe uzwojenie, opisana również jako prędkość synchroniczna wynosi:
<math>v=2*f*Tp
</math>
Gdzie:
<math>v</math> - prędkość liniowa [<math>cm*s^-1</math>]
<math>Tp</math> - długość podziałki biegunowej silnika [cm]
<math>f</math> - częstotliwość napięcia zasilającego [Hz]
Zjawisko poślizgu występuje i jest opisane w tym [[Poślizg|artykule]].
Długość podziałki biegunowej silnika :
<math>Tp = {\Pi*D\over\ 2*p}</math>
<math>D</math> - średnica maszyny [m]
<math>p</math> - liczba par biegunów
Dzięki podanej wyżej zależności możemy zauważyć, że zmiana podziałki biegunowej jak i prędkości synchronicznej przy D = const. jest tylko możliwa poprzez zmianę liczby biegunów. Gdy wykonamy trójfazowe uzwojenie na płaskim rdzeniu otrzymujemy wtedy pole magnetyczne wędrujące i silnik liniowy płaski. Prędkość synchroniczna liniowa pierwszej harmonicznej tego pola o długości fali <math> \lambda = 2*Tp</math> równa się <math>v=2*f*Tp</math> i nie zależy już od liczby biegunów, tylko od długości podziałki biegunowej (Tp) i częstotliwości napięcia zasilania ƒ.
==Równania Ruchu==
Przyjmując konwencję, że moc mechaniczna (oddana) jest dodatnia, bilans sił silnika liniowego, dla osi x, ma następującą postać:
<math>f_e = f_h+f_d+f_m</math>
Gdzie:
<math>f_e</math> - siła elektromagnetyczna
<math>f_h</math> - siła hamująca zewnętrzna
<math>f_d</math> - siła tarcia wywołana oporami w prowadnicach silnika
<math>f_m</math> - siła dynamiczna, powodująca przyspieszenie
Dla stanu ustalonego <math>a = 0</math>, <math>f_m = 0</math>:
<math>f_e = f_h+f_d</math>
Gdy pominiemy siłę tarcia silnika(<math>f_d = 0</math>) otrzymujemy:
<math>f_e = f_h</math>
Siła hamująca jest funkcją prędkości, jej postać zależy od oporów stawianych przez urządzenie napędzane.
W najprostszym przypadku można założyć <math>f_h = const</math>, co odpowiada <math>m_h = const</math> w silniku wirującym.
Równanie bilansu sił dla osi z (ustawionej prostopadle do x) :
<math>f_{ez} = f_g+f_{mz}</math>
Gdzie:
<math>f_{mz} = m{dv_z \over dt}</math> - siła dynamiczna działająca w kierunku osi z (<math>v_z</math> - prędkość w kierunku osi z)
<math>f_g = m*g</math> - siła zewnętrzna działająca w kierunku osi z
<math>f_{ez} = {\partial E_e\over\partial z}</math> - siła dynamiczna działająca w kierunku osi z
Przy pewnej prędkości, może być słuszna równość:
<math>mg = {\partial E_e\over\partial z}</math>
Występuje wtedy siła odpychania, co powoduje zmniejszenie sił tarcia. Siła odpychania jest równoważona przez siłę ciężkości, silnik może być wtedy unoszony przez powstająca poduszkę magnetyczną, bez stosowania dodatkowych urządzeń
==Właściwości==
* Pole magnetyczne maszyny liniowej ma początek i koniec, nie ma charakteru zamkniętego
* Jedna z części maszyny musi mieć długość równą całemu zakresu ruchu
* Występuje asymetria magnetyczna ( w stojanie zezwoje na początkach i końcach różnych faz mają różne położenie względem elementów krańcowych)
* Pojawia się niezrównoważenie sił przyciągania magnetycznego części pierwotnej i wtórnej
* Maszyna może mieć nieparzystą lub nawet ułamkową liczbę biegunów magnetycznych
* Idealnie cicha praca, proste sterowanie
* Łatwość tworzenia zespołów o dużej mocy, łączenie kilku silników
* Korzystna charakterystyka siły w funkcji prędkości
==Rodzaje silników liniowych==
* indukcyjny jednostronny
* indukcyjny dwustronny
Linia 47 ⟶ 155:
[[Kategoria:Silniki elektryczne]]
== Bibliografia ==
<ref name="przypis1">{{Cytuj | autor = Latek W. | tytuł = Teoria maszyn elektrycznych, WNT, Warszawa 1988}}</ref><ref name="przypis2">{{Cytuj | autor = Goźlińska R| tytuł = Maszyny elektryczne, WSiP, Warszawa 2007 }}</ref><ref name="przypis3">{{Cytuj | autor = Grunwald Z| tytuł = Napęd elektryczny, WNT, Warszawa 1987 }}</ref>
| |||