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Linearer Asynchronelektromotor
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Die Erfindung bezieht sich auf einen linearen Asynchronelektromotor
und betrifft allgemein elektrische Wechselstrommaschinen.
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)ie Erfindung kann man für Antriebe von Oberflachen-"chnellverkehrsmitteln
sowie für andere Transporteinrichtungen benutzen.
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In industriell entwickelten Ländern wird gegenwärtig intensiv an
der Entwicklung von Traktionsantrieben für Transportmittel mit kontaktloser Zugkraftübertragung
durch elektromagnetische Wechselwirkung von Elementen linearer Elektromotoren gearbeitet.
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Für lineare Traktionsantriebe verwelldet man weitgehend die bekn.nnten
linearen Asynchronmotoren in verschiedenenen Ausführungen.
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Es ist ein linearer Asynchronelektromotor bekannt (vgl. z.B. SU-Urheberschein
Nr. 425277) der einen Induktor mit Mehrphasenwicklung sowie einen Sekundärteil enthält.
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Der Sekundarteil besteht aus einer ferromagnetischen Flachbahn, auf
deren ganzen Länge entlang dieser Flachbahn ein nichtferromagnetischer elektrisch
leitender $treifen angeordnet ist, der eine aus einzelnen Spulen bestehende Hilfswicklung
trägt. Die Hilfswicklung ist zur Regelung der Motorzugkraft durch Kurzschliessen
oder Auftrennen dieser Wicklung bei Hin- oder Herbewegung des Antriebs bestimmt.
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Nachteilig bei diesem linearen Asynchronmotor sind seine niedrigen
Traktions- und Energiekennwerte infolge grosser Blindleistung und der Entmagnetisierungswirkung
des in der Phase der Sekundär-EMK nacheilenden Sekundarstromes sowie vielen der
Beeinflussung durch den transversalen Randeffekt.
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Ein anderer bekannter linearer Asynchronmotor (vgl.
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z.B. DE-OS 2316679) enthält einen auf der ßahn angeordneten
Induktor
mit einer Wicklung sowie einen geschichteten Sekundärteil mit Quernuten, in denen
mindestens eine rnehrphasige Wicklung mit regelbarem Widerstandswert liegt.
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Dieser lineare Asynchronmotor weist ebenfalls niedrige Energiekennwerte
inFolge grosser Slindleistunkr, der Entmagnetisierungswirkung des Sekundärstromes
und des transversalen Randeffekts auf.
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Die Erfindung bezweckt die 43eseiti.,,ung der erwähnten Mängel.
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Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energiekennwerte des
linearen Asynchronmotors durch änderung der Phase des Sekundärstromes in Bezug auf
die Sekundär-EMK zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem im linearen Asynchronelektromotor,
der einen Induktor mit m-phasiger Wicklung sowie einen mit dem Induktor elektromagnetisch
gekoppelten und als Magnetleiter mit Quernuten ausgeführten Sekundärteil enthält,
in dessen akuten wenigstens eine m-phasige isolierte Wicklung liegt, die m-phasige
isolierte Wicklung des Sekundärteils erfindungsgemäss in elektrisch isolierte Wicklungseinheiten
eingeteilt und in jede Phase dieser Wicklungseinheiten wenigstens ein Kondensator
eingeschaltet wird.
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Bei dieser schaltungstechnischen Ausführung der Wicklung des Sekundärteils
im linearen Asynchronmotor werden die Energiekennwerte des Motors verbessert, da
dabei die Möglichkeit gegeben wird, die Blindleistung des linearen Asynchronmotors
bei geeignet gewählter Länge des mit dem Induktor in Wechselwirkung stehenden Abschnitts
des Sekundärteils sekundärseitig zu kompensieren und die Induktion im Luftspalt
durch Ausnutzung der Magnetisierungswirkung der Blindkomponente des Sekundärstromes
zu erhöhen, welcher der Sekundär-EMK voreilt.
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Es ist zweckmässig, an der dem Induktor abgewandten Seite des Magnetleiters
des Sekundärteils Längs
nuten auszuführen, in denen die Wicklungskopfteile
der Wicklung angeordnet werden, deren Verbindung mit den aktiven Teilen der Wicklung
durch Offnungen im Bodenteil der Quernuten erfolgt.
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Bei dieser konstruktiven Ausführung des Sekundärteils werden die
Energiekennvlerte des linearen .synchromotors verbessert, da die Wirkung des transversalen
Randeffekts in der aktiven Zone beseitigt wird und eine kleinere Länge der Wicklunsköpfe
erreicht v.ird, wobei auch die Zuverlässigkeit des Sekundärteils infolge der verdeckten
Anordnung der Wicklungsköpfe steigt.
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Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen und anhand
der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. hierbei zeigen Fig: 1 eine schematische
Darstellung des linearen Asynchronelektromotors gemass der Erfindung; Fig. 2 ein
Prinzipschema der Verbindung von Wicklungen der Wicklungseinheiten und von Kondensatoren
im Sekundärteil gemäss der Erfindung; Fig. 3 eine konstruktive Ausführung des Sekundärteils
gemäss der Erfindung; Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles B in Fig. 3; Yig.
5 eine Ansicht des Sekundärteils in axonometrischer Projektion; Sig, 6 einen isolierten
elektrisch leitenden Wicklungsstab des Sekundärteils gemäss der Erfindung; Fig.
7 ein l'rinzipschaltbild der Dreiphasenwicklung des Sekundärteils gemäss der Erfindung.
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er lineare .tsynchronelektromotor enthält erfindungsgemäss einen
Induktor 1 (Fig. 1) mit einer m-phasigen Wicklung sowie einen mit dem Tnduktor 1
elektromagnetisch gekoppelten Sekundärteil 2, der als Magnetleiter 3 mit Quernuten
ausgeführt ist, in denen eine m-phasige isolierte Wicklung 4 liegt. )ie Wicklung
4 des Sekundärteils 2 ist in elektrisch unabhängige Wicklungseinheiten 5 mit erforderlicher
(optimaler) Länge eineteilt,
wobei in jede Phase dieser Wicklungseinheiten
5 Kondensatoren 6 (Fig. 2) eingeschaltet sind. i)ie Nondensatoren 6 sind nämlich
an die Anfänge C1, C2, C3 der Wicklung 4 angeschlossen, während die Enden C4, C5,
C6 der Wicklung 4 zusammengeschaltet sind. Mit dem Pfeil A in Fig. 1 ist die Bewegungsrichtung
des Induktors 1 bei unbeweglichem Sekundärteil 2 angedeutet, wobei auch die umgekehrte
Ausführung des linearen Asynchronmotors (mit unbeweglichem Induktor möglich ist.
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Der lineare Asynchronelektromotor arbeitet in der folgenden Weise:
Beim Einschalten der Speisespannung für die m-phasige Wicklung des Induktors 1 des
linearen Asynchronmotors wird in den Wicklungseinheiten 5 der Wicklung 4 des mit
dem Induktor 1 augenblicklich elektromegnetisch gekoppelten Sekundärteils 2 eine
F.K induziert und erscheinen Ströme, deren Wechselwirkung mit dem resultierenden
Magnetfluss eine Zugkraft erzeugt, die den Induktor 1 in Bewegung setzt. Infolge
des grossen Luftspaltes (15 bis 35 mm) weist der lineare Asynchronnotor eine bedeutende
Blindleistung auf. Aber die in der Wicklung 4 des Sekundärteils 2 liegenden Kondensatoren
6 (Fig. 2) kompensieren die Blindleistung und ändern die Phase des Sekundärstromes
in ezu3; auf tie EMK-Phase so, dass die letztere nun nacheilt, wobei eine Magnetisierungswirkung
des Blindanteils dieses Stromes erreicht wird und dadurch sich höhere Energie- und
Traktionskennwerte des linearen Asynchronmotors ergeben.
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Wird die Wicklung 4 des Sekundärteils 2 (Fig. 1) als verteilte oder
konzentrierte Wicklung ausgeführt, so ergeben sich schlechtere Energiekennwerte
des linearen Asynchronmotors wegen der Einwirkung des transversalen Randeffekts
auf die Magnetfeldverteilung über die Breite des Induktors 1, wobei auch die Betriebszuverlässigkeit
der Wicklung 4 infolge offener Anordnung er
Wicklungsköpfe herabgesetzt
wird.
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Es erscheint deswegen ein Aufbau des Sekundärteils 2 vorteilhaft,
bei dem in die Quernuten des Magnetleiters 3 (Fig. 3) isolierte elektrisch leitende
Stäbe 7 gelegt und an der dem Induktor 1 abgewandten Seite Längsnuten 8 (Fig.3)
ausgeführt werden.
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In diesen Nuten 8 werden die Kopfteile 9 (Fig.4) der Wicklung 4 des
Sekundärteils 2 angeordnet. Die Enden der isolierten Stäbe 7 werden abgebogen und
durch Öffnungen 10 im Boden der Quernuten gesteckt. Alle in drei verschiedenen Riveaus
ausgeführten Öffnungen 10 treten in Längsnuten 8 heraus.
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Der Magnetleiter 3 (Fig. 3, 4 und 5) kann geschichtet oder ganzteilig
aus ferromagnetischem Pulver mit nichtmagnetischen Zusätzen oder aus einer schwachmagnetischen
Legierung hergestellt sein.
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Jeder elektrisch leitende Stab 'I weist eine Isolation 11 (Fig. 6)
auf, die sich über die ganze otablänge, ausgenommen die technologisch bedingten
Enden mit den Abmessungen "B", erstreckt. Die Wicklung 4 (Fig. 7) des Sekundärteils
2 stellt eine dreiphasige (oder m--phasige) Stabwicklung dar und enthält einen Stab
7 in jeder ilut.
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Die Kopfteile 9 (Fig. 4) der Wicklung 4 sind als isolierte Verbindungsbrücken
ausgeführt, die in den Längsnuten 8 an der Oberfläche "C" (Fig. 5) liegen.
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Die Wirkungsweise des nach Fig. 3, 4, 9, 6 und 7 aufgebauten Sekundärteils
besteht in folgendem.
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Beim Stromfluss durch die Wicklungsköpfe 9 der zum Sekündarteil 2
gehörenden Wicklung 4 entstehen an der dem Induktor 1 abgewandten Seite Streuflüsse,
wobei an der dem Induktor 1 zugewandten Oberfläche des Sekundärteils 2 die Querkomponente
des Magnetfeldes fehlt und das Magnetfeld sich iiber die Breite trapezförrnig verteilt,
ohne dass die für die üblichen Ausführungen der Sekundärteile kennzeichnende Induktionslücke
in der mittleren
Zone und der Induktionsanstieg in den Ranizonen
entstehen. Die Homogenisierung er Magnetfeldkonfiguration über die Breite und die
Verkürzung der kopfteile 9 der Wicklung 4 führen zu besseren Energiekennwerten des
linearen Asynchronmotors.
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Die beschriebenen technischen Lösungen verbessern die Traktions-
und Energiekenwerte des linearen Asynchronmotors und erhöhen seine Zuverlässigkeit.
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Nach durchgeführter Berechnung kann der Energiekennwert (Produkt
aus dem Wirkungsgrad und dem Leistungsfaktor) die Grösse von 0,7 bis 0,8 anstelle
des bi.sherigen Wertes von 0,3 ... 0,4 erreichten, wobei die Zugkraft anstelle von
1,0...1,5 104 N/m² auf 4...6 104 N/m² erhöht wird.
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