3.6. Компенсація поздовжнього крайового ефекту
ЛІНІЙНІ ІНДУКЦІЙНІ ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ
3.6. Компенсація поздовжнього крайового ефекту
У попередніх розділах було показано, що кінцева довжина індуктора ЛАД спричиняє появу поздовжнього кінцевого ефекту, який умовно можна розділити на первинний поздовжній ефект та вторинний кінцевий ефект. Первинний поздовжній крайовий ефект визначають за відсутності в зазорі провідного тіла або провідності тіла нулю ( або ). У зазорі машини з'являється крім поля, що біжить (при2р -парному) пульсуюче поле, що вимірюється вздовж зазору за законом гіперболічного косинуса. Це поле індукує у вторинному елементі (провідній смузі) струми, які викликають додаткові втрати потужності, збільшують опір індуктивні фаз обмотки індуктора і приводячи до виникнення несиметричної навантаження фаз. Це додатково викликає появу зворотного поля, що також збільшує втрати потужності і погіршує техніко-економічні показники ЛАД.
У вторинному елементі під час роботи ЛАД також з'являються крайові ефекти, які негативно впливають на основні властивості машини. У попередніх розділах було показано, що вторинний крайовий ефект проявляється у високошвидкісних і низькошвидкісних машинах по-різному; у низькошвидкісних він проявляється слабо і навіть може створювати при позитивних зусиллях, у високошвидкісних машинах він проявляється сильно і завжди погіршує характеристики.
Вище було показано, що пульсуючі поля з'являються внаслідок того, що на кінцях індуктора діють пульсуючі МДС.
Ідея компенсації пульсуючого поля полягає в тому, що на кінцях індуктора мають провідники зі струмом, які створюютькомпенсуючу МДС. Такий самий ефект міг би бути досягнутий, якби на кінцях індуктора були розташовані короткозамкнуті витки з надпровідника.
Принцип компенсації пульсуючого поля за допомогою додаткової котушки зі струмом показано на рис. 3.9. Компенсація ефекту може виконуватися різними способами, у тому числі за допомогою самої обмотки, витки якої на кінцях індуктора утворюють компенсаційні елементи. Докладно різні схеми реалізації цієї ідеї розглянуті у [1, 2].
В машинах з досить великим значенням, що перетворюють вплив на характеристики, надає вторинний крайовий ефект. У високошвидкісних ЛАД (> 1,0) кінцевий ефект може бути настільки значним, що без вживання спеціальних заходів, ЛАД може виявитися повністю непрацездатним. Послабити певною мірою дію кінцевого ефекту може правильний вибір числа полюсів машини, провідності вторинного елемента, величини немагнітного зазору, частоти живлення тощо. Однак у конкретних умовах всі ці можливості обмежені і поряд із зменшенням кінцевого ефекту призводять до погіршення характеристик ЛАД, і без урахування кінцевого ефекту або, вірніше сказати, погіршення характеристик ЛАД, у яких кінцевий ефект проявляється слабко. Компромісні рішення не завжди призводять до бажаних результатів.
Найбільш радикальним способом боротьби з кінцевим ефектом є його компенсація за допомогою спеціальних обмоток. ЛАД із компенсаційними елементами або обмотками називаються компенсованими (зазвичай, це високошвидкісні ЛАД).
При вході вторинного елемента з певними параметрами (наприклад, з певною величиною ) і певною швидкістюvв індуктор, виникають дві основні хвилі кінцевого ефекту: одна хвиля переміщається від вхідного кінця індуктора довихідному, інша - від вихідного кінця до вхідного. Друга хвиля згасає дуже швидко і практично не надає помітного впливу на характеристики ЛАД.
Навпаки, пряма хвиля згасає повільно і у прояві кінцевого ефекту. Таким чином, повна компенсація вторинного кінцевого ефекту може бути досягнута шляхом усунення прямої хвилі поля або її нейтралізації.
Найбільш простий спосіб компенсації може бути реалізований ЛАД з двома обмотками індуктора, числа полюсів яких відрізняється на 2, а довжина обмоток однакова.
В результаті взаємодії двох електромагнітних полів індуктора виникають биття та зворотна хвиля, що компенсує пряму хвилю кінцевого ефекту. Схема такого ЛАД представлена на рис. 3.10. Такий ЛАД дуже неекономічний, оскільки з одного боку має невиправдано велику витрату міді (дві обмотки), з іншого боку ковзання вторинного елемента по відношенню до швидкостей полів, створюваних обмотками, різні. Позитивний ефект досягається лише за певного ковзання. При інших ковзаннях характеристики ЛАД погіршуються.
Найкращі характеристики ЛАД виходять при застосуванні спеціальної компенсаційної обмотки, розташованої перед вхідним кінцем індуктора. Схема такого ЛАД представлена на рис. 3.11.
Компенсаційна обмотка має 2р= 2 і її загальна довжина набагато менша за довжину обмотки основного індуктора.Ефективність застосування такої компенсаційної обмотки залежить від правильного (оптимального для даного режиму роботи) вибору величини полюсного поділу компенсаційної обмотки. При компенсаційна обмотка працює в генераторному режимі, при - в руховому у всьому діапазоні .
Вибір величини має визначатися конкретним розрахунком. Длякомпенсації прямої хвилі вторинного кінцевого ефекту необхідна як амплітудна, і фазова компенсація. З цією метою компенсаційна обмотка відсувається від індуктора на деяку відстань, що утворює зону затримки та налаштування фази. Такий ЛАД показаний на рис. 3.12.
Сучасні високошвидкісні (і низькошвидкісні з малим числом полюсів) ЛАД повинні розраховуватися з урахуванням кінцевих ефектів і застосування компенсаційних обмоток. Докладно методи таких розрахунків наводяться у спеціальній літературі і не обговорюються.