Wikipedia

Silnik liniowy: Różnice pomiędzy wersjami

Przeglądaj historię interaktywnie
[wersja przejrzana][wersja przejrzana]
← poprzednia edycjanastępna edycja →
Usunięta treść Dodana treść
WizualnieWikikod
Linia 1:
[[Plik:Linear motor by Zureks.jpg|thumb|Prototyp silnika liniowego]]
[[Plik:JFK AirTrain.agr.jpg|thumb|[[Nowy Jork]] – kolej AirTrain [[Port lotniczy NowyJohna Jork-JFKF. Kennedy’ego w Nowym Jorku|JFK]]. Element silnika liniowego znajduje się w osi toru. Zasilanie pociągów z [[trzecia szyna|trzeciej szyny]].]]
[[Plik:P2290034.JPG|thumb|[[Tokio]] – [[rozjazd]] na linii Ō-Edo [[metro|metra]] Toei. Kolej z silnikiem liniowym. Widoczne zasilanie górne ze sztywnych przewodników.]]
[[Plik:Maglev june2005.jpg|thumb|[[Szanghaj]] – kolej [[Transrapid]] z wykorzystaniem [[Lewitacja (technika)|lewitacji]]. Elementy silnika liniowego znajdują się na obu skrajach toru.]]
Linia 8:
== Podział Silników Liniowych ==
Silniki liniowe dzielą się na:
* prądu stałego,
 
* indukcyjne,
* prądu stałego
* synchroniczne, reluktancyjne i krokowe,
* indukcyjne
* elektromagnetyczne,
* synchroniczne, reluktancyjne i krokowe
* o ruchu drgającym.
* elektromagnetyczne
* o ruchu drgającym
 
== Rodzaje ==
Wyróżniamy kilka rodzajów silników liniowych:
* jednostronny – część pierwotna oddziałuje na część wtórną tylko z jednej strony,
* dwustronny – dwie części pierwotne oddziałują na część wtórną z obu jej stron,
* pojedynczy – o jednej części pierwotnej,
* podwójny – dwie lub więcej części pierwotnych oddziałują na jedną część wtórną,
* tubowy – powierzchnia aktywna cylindryczna,
* płaski – powierzchnie aktywne są płaskie w kształcie prostokąta,
* pompa liniowa indukcyjna – częścią wtórna jest metal ciekły nieferromagnetyczny.
 
== 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 możemy odróżnić:
* część pierwotną (zasilaną) nazywaną induktorem,
 
* część wtórną, w której indukują się prądy wywołane strumieniem magnetycznym wzbudzającym w części pierwotnej (zwana również bieżnikiem).
* część pierwotną (zasilaną) nazywaną induktorem
* część wtórną, w której indukują się prądy wywołane strumieniem magnetycznym wzbudzającym w części pierwotnej (zwana również bieżnikiem)
 
Induktor jest zbudowany w formie pakietu blach z uzwojeniem trójfazowym.
Linia 38 ⟶ 36:
 
=== Silnik linowy płaski ===
Budowa najczęściej wykorzystywanych typów silników liniowych, np. silnik liniowy płaski, Najczęściej są to silniki z  jednostronnym lub dwustronnym induktorem. 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.
 
=== Silnik linowy tubowy ===
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. W takim silniku część pierwotną i część wtórną stanowią cylindry ustawione względem siebie współosiowo. Część wtórna jest umieszczona wewnątrz części pierwotnej silnika. Wytworzone w części pierwotnej pole magnetyczne porusza się w kierunku osiowym, pociągając za sobą nieuzwojoną, ferromagnetyczną część wtórną.
 
=== Silnik linowy dwufazowy ===
W silnikach tych część ruchomą stanowi induktor złożony z dwóch współpracujących części, pomiędzy którymi znajduje się aluminiowy bieżnik. Cewki o numerach nieparzystych są połączone szeregowo, zasilane napięciem <math>(''u''1u1)</math> o stałej amplitudzie <math>(''U''1U1).</math> Cewki o numerach parzystych, też są połączone szeregowo, zasilane napięciem <math>(''u''2u2)</math> o amplitudzie <math>(''U''2U2)</math> przesuniętym w fazie o 90 stopni°. Otrzymane pole magnetyczne przesuwa się względem induktora z prędkością synchroniczną. Prędkość liniowa nie zależy od ilości par biegunów
 
Małe silniki są wykonywane z induktorem jednoczęściowym. Bieżnia w nich musi mieć podłoże magnetyczne, po przeciwnej stronie niż induktor oraz szczególnie staranne powinno być łożyskowanie – ze względu na duże siły przyciągania do bieżni.
 
W silnikach bardzo małej mocy część rozruchową stanowią induktory o wielu kolumnach i induktorach wytwarzających pole, w których przesuwa się aluminiowa lub miedziana płytka.
 
 
== Zasada działania ==
Linia 55 ⟶ 52:
 
W ruchu postępowym siła jest odpowiednikiem momentu obrotowego w ruchu obrotowym. Dlatego zamiast momentu elektromagnetycznego określamy wyrażenie na siłę elektromagnetyczną:
:: <math>F_e=\frac{\partial E_e}{\partial x}</math> lub <math>F_e=\frac{P_e}{\ v_1},</math>
 
gdzie:
<math>F_e={\partial E_e\over\partial x}</math> lub <math>F_e={P_e\over\ v_1}</math>
: <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.
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\cdot f*Tp,</math>
 
gdzie:
<math>v=2\cdot f*Tp
: <math>v</math> – prędkość liniowa [<math>cm*s^-1</math>],
</math>
: <math>Tp</math> – długość podziałki biegunowej silnika [cm],
 
: <math>f</math> – częstotliwość napięcia zasilającego [Hz].
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]].
 
Prędkość silnika liniowego w dużym stopniu zależy od siły obciążenia i różni się od prędkości synchronicznej o wartość poślizgu:
:: <math>v=v_0(1-s),</math>
 
gdzie:
<math>v=v_0(1-s)</math>
: <math>v</math> – prędkość silnika liniowego,
 
: <math>v_o</math> – prędkość synchroniczna silnika liniowego,
Gdzie:
: <math>s</math> – poślizg.
 
v – prędkość silnika liniowego,
 
v<sub>o</sub> – prędkość synchroniczna silnika liniowego,
 
s – poślizg
 
Długość podziałki biegunowej silnika :
 
<math>Tp = {\Pi\cdot D\over\ 2\cdot p}</math>
 
<math>D</math> - średnica maszyny [m]
 
Długość podziałki biegunowej silnika:
<math>p</math> - liczba par biegunów
: <math>Tp = \frac{\Pi\cdot D}{\ 2\cdot 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 <math>D = \mathrm{const}.</math> 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\cdot Tp</math> równa się <math>v=2\cdot f\cdot Tp</math> i nie zależy już od liczby biegunów, tylko od długości podziałki biegunowej <math>(Tp)</math> i częstotliwości napięcia zasilania ƒ<math>f.</math>
 
== 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 = f_h+f_d+f_m</math>
: <math>f_e</math> – siła elektromagnetyczna,
 
: <math>f_h</math> – siła hamująca zewnętrzna,
Gdzie:
: <math>f_d</math> – siła tarcia wywołana oporami w prowadnicach silnika,
 
: <math>f_ef_m</math> -– siła elektromagnetycznadynamiczna, powodująca przyspieszenie.
 
<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>
 
GdyDla pominiemystanu siłęustalonego tarcia silnika(<math>f_da = 0,</math>) otrzymujemy<math>f_m = 0{:}</math>
:: <math>f_e = f_h+f_d.</math>
 
Gdy pominiemy siłę tarcia silnika <math>f_e(f_d = f_h0)</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 = \mathrm{const}</math> w silniku wirującym.
 
Równanie bilansu sił dla osi <math>z</math> (ustawionej prostopadle do <math>x</math>) :
:: <math>f_{ez} = f_g+f_{mz},</math>
 
gdzie:
<math>f_{ez} = f_g+f_{mz}</math>
: <math>f_{mz} = m\frac{dv_z}{dt}</math> – siła dynamiczna działająca w kierunku osi <math>z</math> (<math>v_z</math> – prędkość w kierunku osi <math>z</math>),
 
: <math>f_g = m*g</math> – siła zewnętrzna działająca w kierunku osi <math>z,</math>
Gdzie:
: <math>f_{ez} = \frac{\partial E_e}{\partial z}</math> – siła dynamiczna działająca w kierunku osi <math>z.</math>
 
<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 = \frac{\partial E_e}{\partial z}.</math>
 
<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.
Linia 160 ⟶ 128:
 
Siła ta wynosi:
:: <math>F = \frac{\mu_0 \cdot S \cdot (z \cdot I)^2}{4 \cdot x},</math>
 
   <math>F = {\mu_0 \cdot S \cdot (z \cdot I)^2\over4 \cdot x}</math>
 
gdzie:
: <math>F</math> – siła lewitacji,
 
: <math>FS</math> – siłapole powierzchni szczeliny powietrznej pod jednym lewitacjibiegunem,
: <math>I</math> – prąd elektromagnesu,
 
: <math>Sz</math> – pole powierzchni szczeliny powietrznej podliczba jednymzwojów biegunemcewki,
: <math>x</math> – długość szczeliny powietrznej,
 
: <math>I\mu_o</math> – prądprzenikalność magnetyczna elektromagnesu,próżni.
 
<math>z</math> – liczba zwojów cewki,
 
<math>x</math> – długość szczeliny powietrznej,
 
μ<sub>o</sub> – przenikalność magnetyczna próżni.
 
Lewitacja elektrodynamiczna jest to unoszenie ciał przewodzących prąd elektryczny przy wykorzystaniu sił oddziaływania dynamicznego pola indukcji magnetycznej elektromagnesu lub magnesu stałego na prądy indukowane przez to pole w ciele zawieszonym.
Linia 181 ⟶ 142:
 
== 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.
 
== Zastosowanie ==
Silniki liniowe znajdują zastosowanie między innymi w:
* '''Silniki indukcyjne liniowe:'''
** koleje miejskie, w tym typu [[Kolej magnetyczna|maglev]],
** mechanizm przemieszczający głowicę w [[Dysk twardy|dyskach twardych]],
** [[mechanizm]] zmiany położenia i kąta materaca w łóżkach szpitalnych,
** mechanizmy realizujący zamykanie okien,
** mechanizmy bicia dzwonów,
** mechanizm posuwu w niektórych [[obrabiarka sterowana numerycznie|obrabiarkach sterowanych numerycznie]].
 
* '''[[Pompa]] ciekłego metalu MHD'''
** chłodzenia w [[Reaktor jądrowy|reaktorach jądrowych]].
 
== Lista kolei napędzanych silnikiem liniowym ==
(z latami otwarcia pierwszych odcinków; bez kolei testowych)
* Toronto -– [[:en:Scarborough RT (TTC)|linia Scarborough Rapid Transit]] -– [[1985]] (zasilanie dolne)
* Vancouver (Kanada) -– [[Metro w Vancouverze|kolej SkyTrain]] -– [[1986]]; sieć w&nbsp;układzie rozgałęźnym (zasilanie dolne)
* [[:en:Detroit People Mover|Detroit People Mover]] -– [[1987]] (zasilanie dolne)
* Berlin -– M-Bahn (maglev) -– 1987, zdemontowana ok. [[1991]]
* Osaka -– [[:ja:大阪市営地下鉄長堀鶴見緑地線|linia metra 長堀鶴見緑地 Nagahori-tsurumi-ryokuchi]] -– [[1990]] (zasilanie górne)
* Tokio -– linia [[Metro w Tokio|metra]] Toei:　大江戸 Ōedo -– [[1991]] (zasilanie górne)
* Kuala Lumpur -– [[:en:Kelana Jaya Line|linia Kelana Jaya]] (d. Putra) -– [[1998]] (zasilanie dolne)
* Kobe -– [[:ja:神戸市営地下鉄海岸線|linia metra　海岸 Kaigan]] -– [[2001]] (zasilanie górne)
* Nowy Jork -– [[:en:AirTrain JFK|kolej AirTrain JFK]] -– [[2003]]; mała sieć w&nbsp;układzie rozgałęźnym (zasilanie dolne)
* Szanghaj -– linia [[:de:Transrapid Shaghai|maglev (system Transrapid)]] do lotniska Pudong -– [[2004]] (zasilanie dolne)
* Fukuoka -– linia [[:ja:福岡市交通局|metra]]　七熊 Nanakuma -– [[2005]] (zasilanie górne)
* okolice Nagoi -– [[:ja:愛知高速交通東部丘陵線|kolej　リニモ Linimo]] (maglev) -– [[2005]] (zasilanie dolne)
* Kanton -– linia metra 4 -– [[2005]] (zasilanie dolne)
* Osaka -– [[:ja:大阪市営地下鉄今里筋線|linia metra　今里筋 Imazatosuji]] -– [[2006]] (zasilanie górne)
 
== Bibliografia ==
* {{Cytuj | autor = Latek W. | tytuł = Teoria maszyn elektrycznych, WNT, Warszawa 1988}}
* {{Cytuj | autor = Goźlińska R| tytuł = Maszyny elektryczne, WSiP, Warszawa 2007}}
* {{Cytuj | autor = Grunwald Z| tytuł = Napęd elektryczny, WNT, Warszawa 1987}}
* {{Cytuj | url=https://www.elektro.info.pl/artykul/napedy-i-sterowanie/2357,elektryczne-silniki-liniowe-1 | tytuł=Elektryczne silniki liniowe &#124; elektro.info<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=www.elektro.info.pl | język=pl | data dostępu=2020-07-09}}
* {{Cytuj | url=https://bezel.com.pl/2018/08/01/silniki-indukcyjne-specjalne/#silniki | tytuł=Silniki indukcyjne specjalne – Bezel – Bezpieczeństwo Elektryczne<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=bezel.com.pl | język=pl | data dostępu=2020-07-09}}
 
[[Kategoria:Silniki elektryczne]]
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/wiki/Silnik_liniowy”