Решетчатая схема замещения линейного асинхронного двигателя транспортного устройства горнорудного оборудования

Все большее распространение в горной промышленности получают линейные асинхронные двигатели, в которых движущаяся часть (так называемый вторичный элемент) изготавливается в виде сплошной биметаллической полосы. Один слой биметаллической полосы – это тонкий проводящий лист, играющий роль короткозамкнутой обмотки. Второй слой – лист из ферромагнитного материала, в котором замыкаются силовые линии магнитного поля. Функционально он аналогичен ярму ротора традиционной электрической машины. Электромагнитному полю таких двигателей присущи особенности, нетипичные для поля вращающихся электрических машин. Большая плотность тока возбуждения, сильное насыщение зубцов статора и ферромагнитного слоя вторичного элемента не позволяют рассчитывать поле линейного асинхронного двигателя в линейной постановке. Представлена нелинейная решетчатая схема замещения для расчета электромагнитного поля линейного асинхронного двигателя, при синтезе которой введены следующие упрощения. Не учитывается неравномерность поля на торцах и по ширине двигателя, поле рассчитывается как плоскопараллельное на двойном полюсном делении. Не учитывается зависимость магнитной проницаемости ферромагнетика от температуры. Не учитываются вихревые токи в статоре и в ферромагнитном слое вторичного элемента. Синтез решетчатой схемы замещения осуществлен в программе для схемотехнического моделирования Micro-Cap 7, тестовые численные расчеты – в программе Femm 4.2, реализующей метод конечных элементов. Сравнение результатов моделирования линейного асинхронного двигателя с численными расчетами свидетельствует о правильности и довольно высокой точности разработанной расчетной модели.

Бланк А. В. Решетчатая схема замещения линейного асинхронного двигателя транспортного устройства горнорудного оборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 2. – С. 157–169. DOI: 10.25018/0236_1493_ 2025_2_0_157.

Бланк Алексей Валерьевич — канд. техн. наук, доцент, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: alblances@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0003-0582-1257.

1. Сарапулов Ф. Н., Смольянов И. А. Исследование тягового линейного асинхронного двигателя конвейерного поезда // Известия вузов. Электромеханика. — 2019. — Т. 62. — № 1. — С. 39—43. DOI: 10.17213/0136-3360-2019-1-39-43.

2. Симонов Б. Ф., Вовк В. С., Погарский Ю. В., Кадышев А. И. Электромагнитные молоты для морского нефтегазопромыслового строительства // Proнефть. Профессионально о нефти. — 2019. — № 2(12). — С. 59—65. DOI: 10.24887/2587-7399-2019-2-59-65.

3. Васин К. А., Едыгенов Е. К., Алдияров Н. У., Воронин В. В. Методика цифрового измерения динамических и энергетических характеристик породоразрушающей машины для безвзрывного разрушения горных пород // Вестник ТОГУ. — 2019. — № 3 (54). — С. 9—16.

4. Едыгенов Е. К. Горные машины с линейным электромагнитным двигателем // Современные проблемы теории машин. — 2019. — № 8. — С. 81—84. DOI: 10.26160/2307-342X-2019-881-84.

5. Симонов Б. Ф., Кордубайло А. О., Нейман В. Ю., Полищук А. Е. Рабочие процессы в импульсном линейном электромагнитном приводе скважинного виброисточника // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2018. — № 1. — С. 71—78. DOI: 10.15372/FTPRPI20180109.

6. Леуткин А. А. Повышение эффективности системы питания и управления скважинного виброисточника / Наука. Технологии. Инновации. Сборник научных трудов XVI Всероссийской научной конференции молодых ученых. Т. 6. — 2022. —С. 35—38.

7. Кордубайло А. О., Симонов Б. Ф. Исследование конструкций скважинного электромагнитного импульсного виброисточника // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — № 5. — С. 146—153. DOI: 10.15372/FTPRPI20200517.

8. Турпак А. М. Регистрация конечного положения штока при косвенном векторном управлении погружного линейного двигателя / Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. Т. 1. — 2017. — С. 138—144.

9. Конев К. А., Фурина А. О., Коротаев А. Д., Чабанов Е. А. Цилиндрический линейный вентильный двигатель для добычи нефти бесштанговым методом // Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. — 2021. — № 39. — С. 150—168. DOI: 10.15593/2224-9397/2021.3.08.

10. Артыкаева Э. М., Васильева Л. Н. Линейный цилиндрический вентильный двигатель для добычи нефти // Вестник Чувашского университета. — 2023. — № 2. — С. 18—23. DOI: 10.47026/1810-1909-2023-2-18-23.

11. Elmorshedy M. F., Xu W., Liu Y., Allam S. M., Ali M. M., Dong M. Sensorless direct thrust control of a linear induction motor based on MRAS / 12th International Symposium on Linear Drives

for Industry Applications (LDIA), Neuchatel, Switzerland. 2019, pp. 1—6. DOI: 10.1109/LDIA.2019. 8770984.

12. Accetta A., Cirrincione M., Pucci M., Sferlazza A. State space-vector model of linear induction motors including end-effects and iron losses. Part I: Theoretical analysis // IEEE Transactions on Industry Applications. 2020, vol. 56, no. 1, pp. 235—244. DOI: 10.1109/TIA.2019.2952031.

13. Sun Z., Xu L., Zhao W., Du K. Comparison between linear induction motor and linear primary permanent magnet vernier motor for railway transportation / 13th International Symposium on Linear Drives for Industry Applications (LDIA), Wuhan, China. 2021, pp. 1—6. DOI: 10.1109/LDIA49489. 2021.9505835.

14. Li Z., Zhou S., Xiao Y., Wang L. Sensorless vector control of permanent magnet synchronous linear motor based on self-adaptive super-twisting sliding mode controller // IEEE Access. 2019, vol. 7, pp. 44998—45011. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2909308.

15. Jiang D., Yu W., Wang J., Zhao Y., Li Y., Lu Y. A speed disturbance control method based on sliding mode control of permanent magnet synchronous linear motor // IEEE Access. 2019, vol. 7,

pp. 82424—82433. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2922765.

16. Lv G., Zhang Z., Liu Y., Zhou T. Analysis of forces in linear synchronous motor with propulsion, levitation and guidance for high-speed maglev // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. 2022, vol. 10, no. 3, pp. 2903—2911. DOI: 10.1109/JESTPE.2021.3065459.

17. Poltschak F., Thalhammer R. Winding layout for active bearing force reduction in tubular linear motors / 12th International Symposium on Linear Drives for Industry Applications (LDIA), Neuchatel, Switzerland. 2019, pp. 1—6. DOI: 10.1109/LDIA.2019.8771022.

18. Tan Q., Huang X., Li L., Wang M. Analysis of flux linkage and detent force for a modular tubular permanent magnet synchronous linear motor with large slots // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2019, vol. 34, pp. 3, pp. 1532—1541. DOI: 10.1109/TEC.2019.2912873.

19. Consolo V., Musolino A., Rizzo R., Sani L. Design of a dual Halbach array tubular linear motor for long stroke and large force / International Conference on Electrical Machines (ICEM), Gothenburg, Sweden. 2020, pp. 647—653. DOI: 10.1109/ICEM49940.2020.9270700.

20. Бланк А. В. Моделирование рудничного двигателя посредством решетчатой схемы замещения с синусоидальными источниками тока // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 58—69. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_58.