Зменшення пульсацій зусилля лінійного двигуна

Причиною виникнення пульсацій вихідного зусилля лінійних двигунів (ЛД) є наявність вищих гармонік у потокозчепленні, створеному постійними магнітами, а також несиметричність потокозчеплень за фазовим зсувом, яка може проявитися у зв’язку з технологічними похибками або конструктивними особливостями двигунів.

Відомо, що вихідне зусилля лінійного двигуна для m-фазного його виконання ,

де  Ψ_і-  потокозчеплення обмоток фаз; і_і -  m-фазна система струмів, що спеціально сформовані у залежності від положення повзуна двигуна.

За умови симетричності гармонічних потокозчеплень і струмів фаз одиничної амплітуди величина вихідного зусилля двофазного ЛД

                                                                                 (1)

де  γ – лінійне положення повзуна, виражене в електричних градусах.

Для випадку несиметричності потокозчеплень фаз чи їх негармонічного характеру з’являється змінна складова зусилля – пульсація. Пульсації зусилля можна компенсувати за допомогою спеціально сформованого закону зміни струмів фаз від положення повзуна.

За наявності однієї з гармонічних складових у потокозчепленнях фаз вираз для  зусилля ЛД має вигляд

                                           (2)

Пульсації зусилля, викликані ν-ю гармонікою поля з відносною амплітудою K_ν мають збільшену в  разів частоту.

У загальному випадку для декількох вищих гармонік поля вираз (2) перетворюється у

                                                                                                             (3)

Пульсацію зусилля ЛД, спричинену будь-якою вищою гармонікою потокозчеплення, можна подолати введенням у гармонічний закон зміни струмів керування складової вищого порядку, рівною за відносною амплітудою вищій гармоніці поля та протилежною за фазою. Таким чином відносне значення зусилля матиме тільки постійні складові (пульсації відсутні) і є меншим на величину .

           (4)

При намаганні за аналогією позбутися одночасно впливу двох і більше вищих гармонік поля у виразі зусилля з’являються невеликі за амплітудою змінні від положення повзуна ЛД складові

                      (5)

Другим напрямом цього дослідження є визначення впливу на величину пульсації зусилля несиме­трії потокозчеплень за фазовим зсувом, викликана технологічними похибками чи конструктивними особливостями лінійного двигуна, наприклад, збільшення об’єму міді шляхом розширення котушок задля збільшення енергетичних показників модернізованих ЛД. Встановлено, що і таким пульсаціям можна зарадити шляхом внесення відповідної несиметрії у струми фаз (змінити кут комутації).

Збільшення ширини котушки задля збільшення її потокозчеплення є виправданим тільки до величини 19,47 ел. град, адже зменшення коефіцієнту розподілу витків секції надалі нівелює ці старання. Зусилля при цьому за умови незмінності електромагнітних навантажень зросте на 8,87%.

Проведені математичні дослідження дозволяють ствердити, що:

• вплив на вихідне зусилля лінійного двигуна третьої чи будь якої іншої гармоніки поля можна повністю знівелювати, ввівши відповідну гармоніку протилежну за знаком у струм керування фаз;
• введення одночасно декількох вищих гармонік у струми керування лінійного двигуна дозволяє значно знизити пульсації зусилля, викликані відповідними гармоніками поля;
• у заданому габариті двофазного лінійного двигуна є можливість збільшити зусилля при заданих електромагнітних навантаженнях шляхом розширення котушок на деякий кут;
• пульсації зусилля, що виникають внаслідок асиметрії потокозчеплень за фазою, можна компенсувати відповідною зміною кута комутації фаз, протилежною до фазової асиметрії потокозчеплень;
• існує можливість за допомогою зміни закону керування лінійного двигуна компенсувати одночасно пульсації від вищих гармонік поля та від фазової несиметрії потокозчеплень.