3.6. Компенсация продольного краевого эффекта

В предыдущих разделах было показано, что конечная длина индуктора ЛАД обуславливает появление продольного концевого эффекта, который условно можно разделить на первичный продольный эффект и вторичный концевой эффект. Первичный продольный краевой эффект определяют при отсутствии в зазоре проводящего тела или проводимости тела равно нулю ( или ). В зазоре машины появляется кроме бегущего поля (при 2р — четном) пульсирующее поле, измеряющееся вдоль зазора по закону гиперболического косинуса. Это поле индуктирует во вторичном элементе (проводящей полосе) токи, которые вызывают дополнительные потери мощности, увеличивают индуктивные сопротивления фаз обмотки индуктора и приводя к возникновению несимметричной нагрузки фаз. Это дополнительно вызывает появление обратного поля, что так же увеличивает потери мощности и ухудшает технико-экономические показатели ЛАД.

Во вторичном элементе при работе ЛАД также возникают краевые эффекты, которые оказывают отрицательное действие на главные характеристики машины. В предыдущих разделах было показано, что вторичный краевой эффект проявляется в высокоскоростных я низкоскоростных машинах по-разному; в низкоскоростных он проявляется слабо и даже может создавать при  положительные усилия, в высокоскоростных машинах он проявляется сильно и всегда ухудшает характеристики.

Выше было показано, что пульсирующие поля появляются в результате того, что на концах индуктора действуют пульсирующие МДС .

Идея компенсации пульсирующего поля состоит в том, что на концах индуктора располагают проводники с током, которые создают компенсирующую МДС. Такой же эффект мог бы быть достигнут, если бы на концах индуктора были расположены короткозамкнутые витки из сверхпроводника.

Принцип компенсации пульсирующего поля с помощью дополнительной катушки с током показан на рис. 3.9. Компенсация эффекта может выполняться различными способами, в том числе и с помощью самой обмотки, витки которой на концах индуктора образуют компенсационные элементы. Подробно различные схемы реализации этой идеи рассмотрены в [1, 2].

Рис. 3.9.

B машинах с достаточно большим значением  преобразующие влияние на характеристики оказывает вторичный краевой эффект. В высокоскоростных ЛАД (»1,0) концевой эффект может быть столь значительным, что без принятия специальных мер, ЛАД может оказаться полностью неработоспособным. Ослабить в какой-то мере действие концевого эффекта может правильный выбор числа полюсов машины, проводимости вторичного элемента, величины немагнитного зазора, частоты питания и т.д. Однако в конкретных условиях все эти возможности ограничены и наряду с уменьшением концевого эффекта приводят к ухудшению характеристик ЛАД, и без учета концевого эффекта или, вернее сказать, к ухудшению характеристик ЛАД, в которых концевой эффект проявляется слабо. Компромиссные решения не всегда приводят к желаемым результатам.

Наиболее радикальным способом борьбы с концевым эффектом является его компенсация с помощью специальных обмоток. ЛАД с компенсационными элементами или обмотками называются компенсированными (обычно, это высокоскоростные ЛАД).

При вхождении вторичного элемента с определенными параметрами (например, с определенной величиной ) и определенной скоростью v в индуктор, возникают 2 основные волны концевого эффекта: одна волна перемещается от входного конца индуктора к выходному, другая — от выходного конца к входному. Вторая волна затухает очень быстро и практически не оказывает заметного действия на характеристики ЛАД.

Наоборот, прямая волна затухает медленно и является в проявлении концевого эффекта. Таким образом полная компенсация вторичного концевого эффекта может быть достигнута путем устранения прямой волны поля или ее нейтрализации.

Наиболее простой способ компенсации может быть реализован в ЛАД с двумя обмотками индуктора, числа полюсов которых отличается на 2, а длина обмоток одинакова.

B результате взаимодействия двух электромагнитных полей индуктора возникают биения и обратная волна, компенсирующая прямую волну концевого эффекта. Схема такого ЛАД представлена на рис. 3.10. Такой ЛАД очень неэкономичен, так как с одной стороны имеет неоправданно большой расход меди (две обмотки), с другой стороны скольжения вторичного элемента по отношению к скоростям полей, создаваемых обмотками, различны. Позитивный эффект достигается только при определенном скольжении. При других скольжениях характеристики ЛАД ухудшаются.

Рис. 3.10.

Лучшие характеристики ЛАД получаются при применении специальной компенсационной обмотки, расположенной перед входным концом индуктора. Схема такого ЛАД представлена на рис. 3.11.

Рис. 3.11.

Компенсационная обмотка имеет 2р = 2 и ее общая длина  намного меньше длины обмотки основного индуктора . Эффективность применения такой компенсационной обмотки зависит от правильного (оптимального для данного режима работы) выбора величины полюсного деления компенсационной обмотки . При  компенсационная обмотка при  работает в генераторном режиме, при  — в двигательном во всем диапазоне .

Выбор величины  должен определяться конкретным расчетом. Для компенсации прямой волны вторичного концевого эффекта необходима как амплитудная, так и фазовая компенсация. С этой целью компенсационная обмотка, отодвигается от индуктора на некоторое расстояние, образующее зону задержки и настройки фазы. Такой ЛАД показан на рис. 3.12.

Современные высокоскоростные (и низкоскоростные с малым числом полюсов) ЛАД должны рассчитываться с учетом концевых эффектов и при применениях компенсационных обмоток. Подробно методы таких расчетов приводятся в специальной литературе и здесь не обсуждаются.

Рис. 3.12.