Поиск

Контакты

Адрес:0064 г. Ереван,
ул. Раффи, 111
Телефон:+ (374 10) 738323
+ (374 10) 741140
Факс:+ (374 10) 743750
Эл. почта:info@raomars.com
Система прямого привода:
Основные понятия и принцип работы ЛД
  • Прямой привод — это электрическая машина с непосредственным преобразованием электромагнитной энергии в линейное или поворотное перемещение.

    С инженерной точки зрения, двигатель прямого привода представляет собой развернутую в декартовой или сферической системе координат электромагнитную систему, индуцирующую стоящее или бегущее пространственное магнитное поле.

    Управляя силами магнитного взаимодействия пространственного поля подвижного элемента системы с полем неподвижного элемента, можно реализовать перемещение подвижного элемента по траектории практически любой сложности в первой или второй системе координат.

    Системы прямого привода подразделяются на линейные и поворотные двигатели (платформы). В классическом исполнении линейного двигателя якорь, питаемый от источника переменного тока, перемещается над статором, состоящим из стальной пластины и постоянных магнитов (т. н. магнитная дорога), вследствие взаимодействия переменного поля якоря со статическим полем статора.

    Под линейным приводом понимается устройство, состоящее из линейного датчика перемещения, линейных направляющих и линейного электродвигателя переменного тока . С прямым приводом передача усилия и движения на исполнительный орган происходит без редуктора. Таким образом, не нужны муфты, валы и другие детали механического привода.

    Отсутствие деталей, характерных для обычного механического привода, имеет явные преимущества в применениях с высокой динамикой и точностью движения. Поэтому можно заключить, что прямой привод является не только самым оптимальным преобразователем электрической энергии в механическое перемещение, но и самым надежным с технической точки зрения электродвигателем.

    Область применения.

    Применение линейного привода в различном технологическом оборудовании и в частности в станках:
    - работа в составе широкорегулируемых быстродействующих.
    электроприводов, механизмов линейной подачи, металлорежу- щих станков с числовым программным управлением;
    - Установки для лазерной резки;
    - Установки электроэрозионной обработки.

    Производство полупроводниковых изделий и радиоэлектроники:
    - Установки для автоматической сварки микропроволокой;
    - Станки для сверления печатных плат;
    - Установки для сборки электромеханических узлов;
    - Установки для резки пластин из кремния, стекла и керамики.

    Системы перемещения предметов:
    - Сортировочные машины;
    - Конвейерные системы.

    Медицинская техника:
    - Точные микроманипуляторы;
    - Автоматическое лабораторное оборудование;
    - Микроскопы с координатным столом.

    История создания ЛД
    Из истории создания двигателя прямого привода. Еще в начале ХХ века (02.06.1906 №12581) в Англии Зеденом был зарегистрирован патент на изобретение линейного асинхронного двигателя.

    Приведем выдержку из этого патента.

    "Изобретение относится к устройствам для приведения в движение железнодорожных экипажей, лифтов, возвратно-поступательных частей машин, станков и других приспособлений посредством движущегося (бегущего) магнитного поля. В применении к железным дорогам магнит (индуктор), возбуждаемый трехфазным или иным током, устанавливается на экипаже вблизи от рельса (полосы), который играет роль короткозамкнутого якоря многофазного двигателя. Полоса может быть выполнена из стали и латуни или другого металла, и в ней для экономии массы и регулирования тока проделаны отверстия (перфорации) различной ширины - для обеспечения пуска экипажа и т. п. Магниты (индукторы) могут быть установлены над или под полосой для увеличения сцепления или частичной компенсации массы экипажа. Они могут быть расположены с противоположных сторон полосы, либо электромагнит (индуктор) может быть расположен с одной стороны полосы, а шихтованный пакет стали - с другой. Устройство может быть таким, что силы уравновешиваются или не уравновешиваются. В случае лифта, например, индукторы направлены наружу для взаимодействия с двумя направляющими полосами".
    Первые работы по созданию линейного двигателя начались одновременно в Германии,Франции и России еще в начале XX века. В 1910 году во Франции была построена первая модель вагона на магнитном подвесе. Практически в это же время, в 1911 году Б. П. Вайнберг, профессор Томского технологического института, сконструировал поезд на магнитной подушке, который приводился в движение синхронным линейным электродвигателем. В том же году профессор Вайнберг построил и экспериментальную стендовую модель с макетом вагона весом 10 кг. Опыты, проведенные в России и во Франции в 1911-1913 годах, оказались успешными и доказали практическую возможность использования линейных двигателей в транспортных системах, при том, что силовой полупроводниковой электроники в те времена еще не существовало. Недостатками первых прототипов систем прямого привода были низкая мощность и большой расход электроэнергии, связанные с низким качеством элементной базы. Это делало неоправданно дорогим их массовое применение. Одним из первых линейных асинхронных электроприводов со значительным поступательным перемещением и большой, хотя и кратковременно, реализуемой мощностью следует считать систему разгона самолетов, разработанную в 1945 г. фирмой "Вестингауз" для флота США. Первичная часть двигателя укреплялась на тележке, на которой устанавливался разгоняемый самолет. К тележке подводилось трехфазное питание с одной заземленной фазой. Неподвижная вторичная часть имела в длину несколько сотен метров и представляла собой набранный из стальных пластин магнитопровод с короткозамкнутой клеткой из медного сплава ( большим сопротивлением по краям пути и меньшим в середине пути). Двигатель развивал силу тяги 75 кН при скоростях от 0 до 100 м/с, то есть имел мощность порядка 7500 кВт. Реактивный самолет массой 4,5.103 кг разгонялся на полосе длиной 165 за 4,2 с до скорости 50 м/с (а=12 м/с2, F=ma=55 кН, остальные 20 кН тратились на преодоление сопротивления воздуха и для подъема).
    Линейные асинхронные двигатели имеют ряд преимуществ и недостатков, обуславливающих их область применения. К преимуществам можно отнести невысокую стоимость комплектующих, отсутствие необходимости наличия датчика для движения, достижимость высоких значений скоростей и ускорений. К недостаткам: необходимость небольшого воздушного зазора, низкий КПД (невозможность работы из-за значительных потерь во вторичной части на низких скоростях и в режиме поддержания силы). Отсюда и область его применений - транспортные задачи, требующие больших скоростей и ускорений, плавности хода, но не требующие высокой точности. Первый современный вариант двигателя прямого привода был запатентован американским инженером Брюсом Сойером (Bruce Sawyer) в 1969 году. В патентной заявке на «магнитное устройство позиционирования» («Magnetic Positioning Device) был описан вариант двухкоординатного планарного привода на магнитовоздушной подушке, принципиальная схема которого впоследствии была признана классической. Устройство Брюса Сойера предназначалось для использования в полиграфии — при производстве клише, в качестве метчика или копировального станка. По своим техническим параметрам система превосходила распространенные тогда устройства на шаговых двигателях, но цена ее оказалась слишком высокой. Неудачный выбор предполагаемой области использования (полиграфия) и сложная система управления приостановили процесс продвижения инновационного решения почти на десять лет.