Получение вращающегося магнитного поля в каналах ИЕ

Наличие больших магнитных полей рассеяния в области каналов позволило предложить два способа [6.2, 6.3] и несколько устройств [6.4, 6.5, 6.6, 6.7] позволяющих получить эффективное вращательное движение расплава практически не изменяя геометрию ИЕ. На рисунке 6.2 показана дополнительная катушка, выполненная в виде двух секций 5, расположенных поверх обмотки индуктора и соединенных встречно. При подключении дополнительной катушки к источнику переменного напряжения, фаза которого сдвинута по отношению к фазе напряжения, приложенного к обмотке индуктора, создается магнитный поток , показанный на рисунке 6.2 пунктирной линией. Наложение двух магнитных потоков , и , сдвинутых в пространстве и по фазе, образует в области канала с расплавом вращающееся магнитное поле, создающее вращающий электромагнитный момент. При этом часть энергии потребляемой ИЕ преобразуется в механическую энергию вращающегося металла. Принцип преобразования аналогичен работе двухфазного асинхронного двигателя. Рассмотрим его подробнее.

Предположим, что ток в дополнительной катушке 5 отсутствует. Тогда канал с металлом находится в области только пульсирующего магнитного потока рассеяния . Как известно из теории электрических машин [4.1] пульсирующий магнитный поток можно разложить на два противоположно вращающихся магнитных потока. Если металл рассматривать как абсолютно твердое тело, то зависимость относительного вращающего электромагнитного момента

, (6.1)

от относительной угловой скорости его вращения показана на рисунке 6.3. Здесь – угловая частота пульсирующего потока; – радиус металла; – базисная мощность. Пунктирными линиями показаны зависимости от для первой гармоники прямовращающегося потока , обратновращающегося потока Если скорость вращения металла равна нулю , то моменты от гармоник и равны по величине и противоположны по направлению и результирующий вращающий момент отсутствует , рисунок 6.3,а.

а	б

Рисунок 6.3. Зависимости относительного электромагнитного момента
от угловой скорости вращения металла

При подключении дополнительной катушки к источнику напряжения, фаза которого сдвинута по отношению к фазе напряжения питающего основную обмотку индуктора, образуется дополнительное вращающееся магнитное поле. Если направление его вращения совпадает с направлением , то электромагнитный момент от гармоники возрастает, а момент от гармоники убывает (рисунок 6.3,б). Появляется пусковой электромагнитный момент при и металл приводится во вращение. Рассмотренные характеристики справедливы, если вращающийся металл является твердым телом. Для жидкого металла циркуляция в каналах имеет более сложный вид. На рисунке 6.4 изображено вихревое движение при различных значениях отношений величины токов дополнительной и основной катушек. При в канале наблюдаются два симметричных вихря металла, (рисунок 6.4,а), при этом результирующий момент тангенциальных сил по окружности канала равен нулю. При небольшой величине тока в дополнительной катушке (например, (рисунок 6.4,б), один из вихрей, направление вращения которого совпадает с вращением магнитного поля, начинает преобладать и занимает большее пространство в канале. Однако небольшой вихрь обратного течения сохраняется. С увеличением величины тока в дополнительной катушке (например, , рисунок 6.4,в) циркуляция металла в канале становится одновихревой, с осью вращения совпадающей с геометрической осью цилиндрического канала.

a

б

в

Рисунок 6.4. Движение жидкого металла в канальной части

В этом случае приведенные выше характеристики для вращающегося твердого металла, в большей мере справедливы и для ИЕ с жидким расплавом в каналах. Практически важно рассмотреть именно такие скорости вращения, поэтому при оценке эффективности устройств электромагнитных вращателей можно рассматривать металл в каналах как абсолютно твердое тело. При необходимости, например, изучения вопросов коагуляции неметаллических включений, электромагнитные процессы в канальной части необходимо рассматривать совместно с гидродинамическими процессами.

Таким образом, ИЕ с электромагнитным вращателем представляет собой особый класс электрических машин, соединяющих свойства трансформаторов и асинхронных машин.