Линейный электропривод
Лине́йный электропри́вод, привод, применяемый для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию прямолинейного и возвратно-поступательного движения без промежуточной механической передачи. В начале 20 в. работы над созданием линейных электроприводов различного назначения велись в Германии, Великобритании, России. В 1911 г. в Томском технологическом институте (ныне Томский политехнический университет) разработан проект поезда на магнитной подушке, который приводился в движение синхронным линейным электродвигателем. Исследования систем с линейным электроприводом в СССР были предприняты в 1949 г. в Уральском индустриальном институте (ныне Уральский технологический университет). Создание нового поколения линейных электроприводов в 1960-е гг. связано с разработкой бесколёсных систем транспорта (монорельсовых железных дорог) и с развитием высокоскоростного наземного транспорта. В линейных электроприводах используются линейные электродвигатели переменного тока, питающиеся от промышленной сети, или двигатели постоянного тока, которые получают питание от преобразователей тяговой подстанции. Наиболее перспективными являются линейные электроприводы низкого ускорения, предназначенные для использования в средствах общественного транспорта, а также в различных механизмах, осуществляющих дискретные перемещения. Конструктивные особенности линейных электроприводов позволяют использовать их для создания силы тяги и торможения железнодорожного подвижного состава. На железной дороге движение поездов с линейным электроприводом осуществляется с помощью бесконтактной электромагнитной системы. Подвижная часть линейного электродвигателя – магнитопровод (индуктор), который создаёт бегущее электромагнитное поле, – расположена на подвижном составе; реактивная ферромагнитная полоса (рельс), выполняющая роль короткозамкнутого якоря двигателя, проложена вдоль пути. Обмотки магнитопровода получают питание по контактному рельсу, проложенному вдоль трассы; между этими элементами устраивается воздушный промежуток. Для таких магистралей создаётся специальная инфраструктура, в которую входит монорельс для перемещения подвижного состава, обычно расположенный на опорах, а также системы электроснабжения и управления движением. Регулирование скорости осуществляется устройствами автоматики путём изменения частоты, напряжения или силы тока в обмотках индуктора. Благодаря воздушному промежутку между ходовой (транспортной) частью и монорельсом из-за отсутствия трения созданы условия для увеличения силы тяги и обеспечения более высоких ускорений. Основные преимущества линейных электроприводов: возможность достижения скоростей движения до 400–500 км/ч, плавность хода, практически мгновенная остановка при торможении, реверсирование. Применение системы с линейным электроприводом, позволившей осуществлять бесколёсное движение, изменило сам характер взаимодействия железнодорожных транспортных средств с дорогой: отпала необходимость в сооружении земляного полотна и прокладке рельсовой колеи, устройстве контактной подвески, что упростило строительство дороги. Кроме того, уменьшился вес поезда, увеличился ресурс технических устройств; при этом сократилось время на обслуживание подвижного состава и облегчилась его эксплуатация.
Параллельно с созданием транспортных систем с 1980-х гг. формировались направления проектирования линейных электроприводов различных модификаций в других областях техники. В частности, в металлургии разработаны магнитогидродинамические устройства для управления процессами получения и обработки расплавов (например, в процессе кристаллизации), для транспортировки жидкого металла и др. В различных системах находят применение линейные электроприводы низкого ускорения. Например, они обеспечивают заданный автоматический ритм движения в низкоскоростных подъёмно-транспортных средствах (конвейерах, эскалаторах и движущихся тротуарах, лифтах, грузоподъёмных устройствах и др.), в автоматизированных сборочных линиях, многофункциональных манипуляторах и роботах. В металлорежущих станках, требующих высокой точности позиционирования и большой скорости обработки при перемещении под нагрузкой, линейные электроприводы осуществляют дискретную подачу инструмента (главным образом на станках с числовым программным управлением, автоматизированных многокоординатных станках и обрабатывающих центрах, прецизионных фрезерных, сверлильных, шлифовальных станках и др.); они применяются в сварочном оборудовании, при лазерной резке и др. Одним из перспективных направлений является использование линейных электроприводов, развивающих высокие ускорения: например, для запуска реактивных снарядов, взлёта самолётов, вывода на орбиту космических объектов. В таких системах линейный электропривод сообщает первоначальный импульс и осуществляет последующий разгон объекта до необходимой скорости.