Коллеги - помогите пожалуйста с моей конструкцией линейного трубчатого асинхронного двигателя.
Он сделан в виде трубы диаметром 80мм - в которой расположены 6 статорных дисковых плоских катушек. Между ними расположены
металлические диски - магнитопроводы - получилось 6 пазов. Внутри конструкции - железная труба диаметром 30мм, которая должна приводиться в движение за счет взаимодействия э\м полей катушек и токов, протекающих в роторной трубе.
Катушки соединил по классической схеме асинхронника 1-я катушка с 4-ой, 2-я с 5-ой, 3-я с 6-ой. Сфазировал их соответственно.
При подключении катушек к частотнику движение статорной трубы не происходит - а только ее сильное торможение.
В чем причина - не пойму - поискал в инете информацию об этом - вроде сделал как там советуют.
НАведите, пожалуйста, на истину - буду вам очень признателен
Владимир

Пивожу картинки конструкции.

А какой частотник и на какой частоте работал?

Уверены? Вы бы изобразили свою версию соединений и фазировки обмоток.

Частотник 3-х фазный импортный 1,5 кВт - с плавным изменением частоты от нуля Гц - до 50 Гц с помощью потенциометра на лицевой панли.
Привожу схему фазировки катушек

Хм, имел ввиду фазировку в пространстве. Рискну предположить, что катушки наматывались отдельно, потом собирались в конструкцию. Вам бы датчик направления магнитного потока раздобыть.

Можно попробовать смастерить зонд с датчиком холла. Поочередно запитав каждую катушку от регулируемого DC источника , можно уточнить фазировку, ориентируясь по полярности сигнала зонда. Если разобрать конструкцию, наверное хватит и компаса .

Внутренняя труба 4 по наружной поверхности гладкая?

Да - Вы правы - круглые плоские катушки - как показаны на рисунке = мотал отдельно - потом размещал их внутри статорной трубы - а фазировку каждой катушки проверял в собранной конструкции (на начало и конец обмотки) так, как Вы написали. А расположение катушек в пространстве показано на рисунках - они размещены последовательно 1-2-3-4-5-6.
Но вот почему нету никакого движения внутренней трубы - это вопрос...она при подаче питания сильно заторможена.



Да - внутренная железная труба абсолютно гладкая - (диаметром 30мм) - для исключения касания к зубцам я ее обмотал скотчем - хотя как выяснилось - результата это не дало.

Не силен в электромашинах, но, кажется, труба должна иметь выступы (полюса).
Иначе абсолютно все равно через какой участок трубы магнитный поток любой катушки замыкается. Тормозиться будет, конечно.

Из литературы по асинхронным электродвигателям я почерпнул, что принцип действия линейных асинхронных трубчатых двигателей аналогична классическому асинхроннку с полым массивным ротором - а он, как известно абсолютно круглый....но может я ошибаюсь...

Отлично, поменяйте местами концы любой из фаз.


В данном случае, полюса образуются наведенными токами и их количество будет зависеть от взаимного направления магнитных потоков в соседних катушках.

если так - хорошо. Я как-то шаговыми двигателями мыслю, статикой, не динамикой.

Начало и концы катушек не менял, менял порядок чередования фаз - результата не было....

Если это асинхронник, то на роторе должен быть некий аналог беличьей клетки и магнитопровод из шихтованной динамной стали.

Вы правы - если речь идет о снижении потерь на нагрев ротора и повышении КПД - а у меня ведь вообще нету никакого движения....

Мощи не хватает, видимо.
Надо перевести в векторный режим управления и сделать автоматическую установку частоты с плавным нарастанием.
Если выдаст перегрузку, значит надо еще более мощный частотник.

На 6 катушках линейный асинхронник не будет иметь пускового момента- наверенные в "роторе" токи должны взаимодействовать хотя бы с двумя катушками по обои сторонам от наводящей. Т.е должно быть как минимум 3 катушки в фазе, а лучше больше из за краевых эффектов. Поскольку "ротор" не явнополюсный (без беличей клетки) то желательно его делать из ферромагнитного материала с повышенным сопротивлением- оптимальный вариант чугунный прут (сталь слишком хорошо проводит ток). Можно биметалл (алюминиевая труба на стальном пруте). А вообще электромагнитный расчет такого неявнополюсного "ротора" и подбор оптимальных параметров- очень сложен, эмпиричен во многом. Ну и в этом двигателе я вообще невижу магнитопровода статора- как магнитные линии замыкаются?

У меня статор состоит из трубы, в которой размещены 6 плоских дисковых катушек, между которых располагаются металические шайбы - магнитопроводы - образуются таким образом магнитные зазоры - поле которых взаимодействует с ферромагнитной трубой. Попробую заменить ее, как Вы советуете, на биметал - что получится - напишу тогда.

Мощи не могло не хватать - питал от частотника с плавным нарастанием частоты и напряжения - а ротор (трубу) брал разного диаметра, т.е как тяжелую - 3 кг, так и легкую - 0,5 кг, было только торможение, т.е труба сильно заторможена как в ту, так и в другую сторону. Наверное дело в обмотках...

Обычно подобные моторы делают с постоянными магнитами на роторе. Получается PMSM. С ним все намного проще. Если не хочется связываться с магнитами, то делайте двигатель реактивного типа. Оба типа хорошо тянут начиная с нулевой скорости в отличии от асинхронного.

Я никак не пойму, а с чего бы это внутренней трубе двигаться? Грубо говоря, Вы поместили ферромагнитный сердечник внутрь соленоида - получили классический электромагнит. Как и положено, сердечник внутри соленоида удерживается магнитным полем. Вся особенность Вашего случая - в секционировании обмотки электромагнита. Всё. Он так и работает, как должен.

проясните - а в чем особенность двигателя реактивного типа. Как там устроен сам ротор.




а как же тогда теория линейного трубчатого асинхронного двигателя, по которому написано столько монографий и трудов, а также диссертаций, согласно которой плоские катушки соединены по схеме 3-х фазного асинхронного двигателя....и в котором создается бегущее э\м поле, оно и приводит в движение круглый ферромагнитный ротор - здесь просто я не в курсе - как правильно соединить эти катушки...конкретная схема нигде не прописана...

Пусть будет статика.
Давайте, проведем лабораторную работу (виртуально):

Возьмем обычный магнит в виде прямоугольного бруска. У него 2 полюса - северный ( N ) и южный ( S ), расположенные на противоположных торцах , а посередине бруска проходит нейтральная линия.
Если магнит разрезать по нейтральной линии, то получатся два самостоятельных магнита, причем полярность торцов магнита сохранится, а на торцах, полученных в результате разреза, возникнут противоположные полюсы. Таким образом, мы получили 2 магнита с общим кол-вом полюсов =4.

Склеим торцы полученных магнитов с разноименными полюсами (можно без клея, торцы сами притянутся). Полюсы в месте склейки исчезнут, получится брусок с 2-мя полюсами.

Разделим склейку и попробуем склеить торцы с одноименными полюсами (без крепления не обойтись, торцы будут отталкиваться). Полюсы в месте склейки не исчезнут, получится брусок с 4-мя полюсами.

Выступы сами по себе не создают полюса, они лишь локально концентрируют магнитный поток.
Ежели, к примеру, собрать много железа в одном месте, количество магнитных полюсов нашей планеты не изменится . Зато возникнет магнитная аномалия.



Научные труды описывают принципиальную возможность, но обычно скромно умалчивают о деталях.

Опасения увж. Участников дискуссии, отчасти не лишены оснований. Хотя, судя по Вашему описанию, конструкция принципиально работоспособна. Линейные асинхронные двигатели , по причине разомкнутой магнитной системы, требуют больших пусковых моментов (для этого прибегают к манипуляциям параметрами отдельных фаз). Также, основываясь на Вашей информации, бегущее поле тоже должно быть. Чтобы убедиться в его наличии, попробуйте “толкнуть” движок - задвиньте торец трубы внутрь статора так, чтобы торец трубы не доходил до одной из крайних катушек. Затем, включите питание. При наличии бегущего поля труба должна проходить через статор до упора. Направление движения трубы будет зависеть от порядка чередования фаз. Только, пожалуйста, не забывайте о безопасности!

По реактивным вентильным моторам http://elmech.mpei.ac.ru/books/edu/SRM_design/Design1.html

Все синхронные моторы, как на магнитах(PMSM/BLDC) так и с зубцами вместо магнитов (так называемые реактивные) требуют дополнительного датчика положения.
Даже не представляю где купить такой датчик на линейный двигатель.
Да и обычные дешевые частотники для асинхронников не поддерживают PMSM.
Разве что бренды типа OMRON, да и те в последних прошивках от поддержки PMSM отказываются.

Катушки на схеме подключены правильно.
Мне кажется дело все таки в мощности.
Даже для старта нормальных асинхронников стартовый ток нужен не менее чем в 3-а раза больше чем рабочий.
Здесь же такое чудо может потребовать в 10 и более раз больший ток.
А главное, что если асинхронник не сдвигается в первый момент после старта, то его механическая мощность резко падает, он "сваливается", и запустить его можно только подтолкнув (если не форсировать дальше напряжение на статоре).
А в линейном движке еще виден эффект обратной тяги когда третья фаза переключается обратно на первую. Т.е. все еще хуже по энергетике.
Вообщем. если мощи не хватает , то либо увеличивать количество пар полюсов, либо делать специальную фазовую коммутацию и специальный частотник.

Пожалуста не смешивайте линейные двигатели с плоским ротором (путевой структурой) и с цилиндрическим. Если для плоской структуры все более -менее легко, то для цилиндрической мы попадаем в топологическую ловушку. Очень сложно сделать беличью клетку, разве что две проводящих трубы с межслойной изоляцией, фигурная фрезеровка по цилиндру, заливка эпоксидкой и контактная сварка перемычек. А на монолитном стержне очень сложен рассчет самосогласованной ЭМ задачи. Т.к траектории токов в роторе могут очень сильно эволюционировать в зависимости от проводимости и магнитной проницаемости материала. Реально, я только однажды видел работосопособную конструкцию индукционного цилиндрического мотора- большое кольцо-ротор из круглого прута поддерживалось в движении асинхронным линейным двигателем. Но само стартовать оно немогло- был фрикционный механический стартер, который после разгона отлючался.

Это не беда, смотрите

Можно попробовать заменить центральный железный стержень медной трубкой того же диаметра. А в нее можно попробовать вставить и стержень из магнитного материала.

Проблема, скорее всего, в следующем. Тяга пропорциональна частоте (скорости перемещения магнитного поля в сердечнике) а может и более высокой ее степени. На малой частоте - тяга мала. При повышении частоты - резко растут потери в железе - оно не ламинировано и токи фуко все гробят - и все снова плохо.

Т.е., если это так, внешнюю и внутреннюю трубы нужно навивать из тонкой железной фольги с изоляцией, шайбы - набирать отдельными тонкими пластинами с изоляцией (как в трансе). А на внутреннюю трубу надеть тонкостенную медную трубку.

Тяга пропорциональна току намагничивания. А он в свою очередь пропорционален отношению напряжения к частоте (U/f). Т.е. при увеличении частоты при постоянном напряжении тяга(момент) уменьшается.

Но в частотниках это для некоторого диапазона частот не заметно поскольку у них пропорциональный вольт-частотный закон управления.
Даже с частотой тяга может немного возрасти если частотник плохо учитывает токовые потери в статоре и не дает повышенного напряжения на малых частотах.
Но при вольт-частотном управлении частотники всегда сохраняют синусоидальность выходного напряжения и недоиспользуют имеющийся запас мощности.
Поэтому надо переводить на векторный режим, там выходное напряжение может вырождаться почти до меандра, и используется вся мощность.

Хотя судя по тем видеороликам, линейный движок может двигать что угодно, лишь бы ток проводило.

Это в синхроннике или движке с магнитами. В асинхроннике скорость изменения (перемещения) магнитного поля становится множителем в практической ситуации. Беличье колесо в сердечник не зря засунуто. И ротор и статор не зря из пластин собраны.

Зависит о типа двигателя и решаемых задач. Если двигатель с магнитами на статоре - "дорога Халбаха" то можно использовать для комутации фаз цифровые датчики Холла как в обычных BLDC. Если есть линейный энкодер с сигналом нуля, то привязавшись к нулю и зная длину механического периода мотора переключаем фазы программно. Если магнитов в статоре нет, то можно исппользовать небольшой п-образный измерительный трансфориатор с двумя обмотками. В одну подаем переменное напряжение , на другой смотрим модулированную ЭДС. Магнитный поток между концами замыкается зубами статора. Примерно как в индуктосине. Можно вместо модулирующей обмотки в разрез измерительного магнитопровода поставить постоянный магнит и датчик Холла.
P.S. Фильм времен царя Гороха. От него больше вреда, чем пользы. Лучше смотрите картинки Гугла на фразу linear motor.

Безусловно, этого вполне достаточно для написания заумных постов. По картинкам Гугла можно даже построить вечный двигатель и машину времени, только художники не готовы гарантировать строителям работоспособность оных поделок.

Это смотря кто и что будет искать.
У меня это будет примерно так:
1 Подискваются интересные фотографии серийных линейных двигателей.
2 На сайте производителя изучаются характеристики, рекомендации по применению и прочая открытая информация
3 По полученным ключевым фразам изучаются публикации на сайтах университетов, например MIT
4 По названию производителя находятся основные и связанные патенты, например на www.freepatentsonline.com
5 Моделируется фрагмент. Для начала подойдет даже 2D без краевых эффектов. Напимер в FEMM.
Дальше думаю продолжите сами.
"Заумные" идеи были взяты из описаний серийных двигателей производства Паркер, Аэротех, Балдор и многих других.
P.S. Пример весьма оригинальной компоновки VRM двигателя. При детальном изучении конструкции нашел ряд интнресных инженерных решений. И ни одного магнита ни в голове, ни в дороге. http://www.youtube.com/watch?v=PNGMFGvhymU

Помнится мне школьный опыт с демонстрацией вращающегося поля в асинхронном двигателе - вынимался ротор и в статор запускался шарик от подшипника. Возможно подобный опыт поможет локализовать проблему и автору темы?

Хорошо - попробую так сделать - интересно, а как лучше соединиь эти 9 катушек - не подскажете ли схему соединения

Это как? Впрочем, понимаю - результат бездумного рассматривания картинок.

Должны быть опоры (втулки скольжения), обеспечивающие свободный ход трубы в осевом направлении и исключающие её смещение в радиальном направлении. Естественно без касания трубой зубцов статора. Иначе, получится просто заклинивший асинхронник.


Если шайбы цельные (не набраны из пластин), то нужен радиальный вырез. Это для исключения короткозамкнутого витка с низким сопротивлением. Надеюсь также, что магнитопроводы из магнитомягкого материала. К примеру, это малоуглеродистая сталь (желательно отожженная), но никак не чугун, как Вам тут советовали. Последний хорош скорее для магнитов, т.к. имеет большие потери на перемагничивание.

Правда, это все пустяки, в сравнении со скотчем.

Поясните, пожалуйста, в качестве ликбеза, что-то об этом вырезе в литературе по линейникам не упоминается.
У меня шайбы из низкоуглеродистой стали толщиной 12мм, внешним диаметром 80 мм, внутренним 32мм. Достаточно ли такой радиальный вырез в шайбах шириной 1-2 мм и диной 10-15 мм? И что будет - если его не сделать.

вобщем - установил в статорную трубу 9 дисковых катушек - сфазировал их - включил частотник с плавным изменением напряжения и частоты - движения ротора не происходит - а только его торможение и нагрев....в чем тут кроется подвох - не знаю, может кто-то наведет на светлую мысль....как заставить двигаться ротор...

Цель подобных экспериментов, просто из любопытства делаете или какой то девайс проектируете, куда будет встраиваться этот линейный двигатель? Готовый линейный двигатель купить нельзя? Вроде бы буржуи что то делают
Книжки и статьи есть на русском про линейные двигатели. Ищите по фамилиям Карась С.В., Сарапулов Ф.Н. и другие. Может быть поможет в решении проблемы

По радиусу шайбы делается сквозной пропил (см. рис.). Ширина пропила не очень критична (в пределах 0,5-2 мм).



Если коротко: падает КПД.

Для катушки, шайба без выреза, представляет собой короткозамкнутый виток. В данном случае, сечением 12х (40-16)=288 мм2
Во первых, виток банально греется. Во вторых, протекающий по витку ток (его величина и фаза, помимо прочего, зависит от степени магнитной связи с катушкой) создает дополнительный полюс. Бегущее поле ”размазывается”.

Хм.. с проточками на якоре представляю, работало бы 100%. Как шаговый двигатель, непрерывный соленоид.
Гладкая труба - не могу представить наведенный ток и форму поля. Размазано по всей длине и движущая сила не возникает. Точнее, это я не могу представить за счет чего бы она возникала. Вроде установки для нагрева внутренней трубы, а не двигатель.
Ну, раз спецы уверены, - подождем движения. Тема интересна.
Конечно, скотчем такие проблемы не решают, втулки скольжения и центровки нужны.

Само собой, сколько обмоток не мотай, обыкновенный соленоид и ничего более.

Видать, автор пропустил школьный курс Жюль Верна и не иначе лом в космос запускает, потому что для приземлённых задач полно готовых решений, типа таких:

https://www.google.ru/search?q=linear+stepp...or&tbm=isch

Ну, давайте не так строго, под корешок.
"Твори, выдумывай, пробуй" в скрытом виде читается "ищи ошибки и учись на них".
Ничего страшного, если первая конструкция после переосмысления будет доработана.
Мне она на первый взгляд показалась неработоспособной. Понятно, когда отдельная деталь двигается в трехфазном поле, а вот труба, сплошной стержень... не могу мысленно вывернуть поля и токи с уверенностью, но такое ощущение, что тормозной момент будет, а тяговый - нет.
А SNGNL вроде уверен, что дело в подшипниках и прочих мелочах. Может, и так?
Я его мнению в определенной степени доверяю.
Конструкция ведь существует в железе, не умозрительное обсуждение. Тем оно и интересно.
Последний шаг - проточить зубцы на трубе еще сделать можно.
Интересно, какой- нибудь шарик или гайка вместо ротора (трубы) в статоре движется? Должно двигаться, если размеры около толщины полюса (катушки). Это уже ближе к игрушке гаусс-ганн.

Во первых скин эффект не в лучшей электротехнической стали имеющей относительную магнитную проницаемость равной 600 на 50 Гц слой тока уменьшит до 1 мм.
Во вторых полюс не размазывается, а концентрируется, что и требуется поскольку такие движки называют еще полисоленоидами.
В третьих в таких короткодействующих движках, на энергетические параметры обращают внимание в последнюю очередь.

И вообще TC демонстрирует удивительное нежелание пользоваться google.
Вот к примеру статья очень хорошо рассказывающая об особенностях подключения катушек

Я бы всё это вначале промоделировал, например в FEMM, как это делают для гаусс-ганов, механика точно такая-же. Там и электрика и магнитные поля считаются в динамике.
По-моему здесь даже пример был готовый или не здесь... но если интересно, где-то на диске лежит - поищу и выложу.

Можно и лом https://www.google.ru/search?q=%D1%80%D0%B5...h=996&dpr=1

Смотрю я на дискуссию в этой теме и не понимаю - почему почти все игнорируют исходные данные ТС ?

Их вполне достаточно, чтобы показать, что конструкция в данном виде не может работать принципиально.

Сперва можно посмотреть на соединение катушек:





Катушки подключаются звездой к трехфазной цепи:




Вспомним направление вектора магнитной индукции для катушки индуктивности:










Представление токов в трехфазной цепи во временной области:




Для простоты представим себе ситуацию внутри катушки для 120 градусов (т. е. только два тока будут иметь ненулевые значения - одинаковые по величине, но противоположные по знаку):



Очевидно, что результирующая сила от воздействия всех векторов магнитной индукции всегда будет равна нулю и стержень(из любого материала) никогда никуда не будет двигаться.

... но у меня порядок чередования фаз в катушках не А-В-С, а А-С-В, как советуют в литературе - и еще попробую для создания бегущей э\м волны намотать катушки по этой же схеме двухслойные, т.е : в катушках часть витков от одной фазы, а часть от следующей фазы согласно схеме соединенияс - но точную схему не имею, поэтому просьба: кто имеет информацию об этом, прошу сообщить .... как ваше мнение на этот счет...

Чередование фаз ничего не изменит, результирующая сила для трехфазной цепи при соединение катушек, которое Вы привели, в любом случае будет нулевая !

Если сейчас катушки соединены по другой схеме, то покажите как.

Коллеги, не тупите пожалуйста- асинхронные двигатели действуют за счет сил, возникающих при взаимодействии бегущего магнитном поле статора (при правильной фазировке будет) и наведенных в роторе токов (вот будут ли они в проходить в нужном месте без беличей клетки- вопрос для меня не ясный). С одной стороны известно, что обычные (не линейные) асинхронники работают, если вместо ротора с беличей клеткой вставить кусок чугуния, с другой стороны у линейного двигателя сильно мешают краевые эффекты, тем более, что скорость бегущего магнитного поля ротора и статора должны быть разными- без взаимного скольжения полей асинхронные машины неработоспособны ( в отличиии от синхронных машин, к которым относятся двигатели BLDC-PMSM)
Если бы автор нанизал на стержень-ротор кольцевые постоянные магниты, то он бы получил линейную PMSM машину, вполне работоспособную. Вот только на магниты, находящиеся вне статора, сразу бы налипла магнитная дрянь и чистить ее- занятие мутное и бессмысленное. Поэтому надо было было еще подумать о внешней механической защите вылезшего прута.

... схема соединения катушек такая же - классическая, только по обе стороны (слева и справа) от каждой катушки расположена двухслойная катушка, состоящие из 1\2 витков от этой же катушки и 1\2 витков от соседней....и так далее...,т.е в дополнительных катушках часть витков от одной фазы, а часть от следующей фазы согласно схеме соединения катушек - так создается бегущее э\м поле как в классическом асинхроннике ...это я прочитал в одной зарубежной книге - которую могу выслать...