4. Асинхронные двигатели с полым ферромагнитным ротором
В системах автоматики иногда в качестве исполнительных, а также силовых применяют двигатели с полым (а иногда и с массивным) ферромагнитным ротором. Статоры таких двигателей ничем не отличаются от статоров обычных двухфазных асинхронных машин, а роторы изготовляются в виде полых ферромагнитных цилиндров с толщиной стенок от 0,3 до 3 мм (рис.28). Так как ротор ферромагнитный, то магнитный поток замыкается непосредственно по ротору. Таким образом, в отличие от двигателя с полым немагнитным ротором здесь нет необходимости в наличии внутреннего статора. Воздушный зазор между ротором и статором в этих двигателях небольшой (0,2...0,3 мм), поэтому его намагничивающая сила невелика. В этом отношении двигатель с ферромагнитным ротором выгодно отличается от двигателя с немагнитным ротором. Однако суммарная магнитодвижущая сила, а следовательно, и намагничивающий ток (Iμ) двигателя практически не отличается от МДС и Iμ двигателя с полым немагнитным ротором. Причиной этого является то, что магнитная проводимость полого ферромагнитного ротора вследствие его малой толщины весьма незначительна.
Как результат наличия большого намагничивающего тока, коэффициент мощности двигателя с полым ферромагнитным ротором практически такой же, как у двигателя с полым немагнитным ротором (cosφ = 0,3...0,5), причем значение его уменьшается при увеличении частоты питающей сети.
Рис.28. Полый ферромагнитный ротор с двумя торцевыми пробками (а) и с одной пробкой, имеющей вентиляционные отверстия (б)
Активное сопротивление полого ферромагнитного ротора весьма значительно. Это объясняется, во-первых, тем, что ферромагнитные материалы, из которых изготовляется ротор, обладают значительно большим удельным сопротивлением, чем медь и алюминий, а во-вторых, тем, что при работе машины вследствие эффекта вытеснения ток ротора протекает лишь по небольшому поверхностному слою, толщина которого зависит от материала и частоты тока.
Вследствие большого активного сопротивления ротора критическое скольжение двигателей с полым ферромагнитным ротором значительно больше единицы, поэтому эти двигатели не имеют самохода и устойчиво работают во всем диапазоне скоростей — от нуля до синхронной. По этой же причине механические и регулировочные характеристики двигателей с полым ферромагнитным ротором весьма близки к линейным, т.е. они более линейны, чем характеристики двигателей с полым немагнитным и обычным короткозамкнутым роторами. Линейность характеристик двигателя увеличивается с увеличением частоты питающей сети.
У некоторых двигателей вследствие большого активного сопротивления ротора уменьшается КПД. С целью уменьшения активного сопротивления производят омеднение ротора, т.е. цилиндрическую поверхность ротора гальваническим путем покрывают слоем меди толщиной 0,05...0,1 мм, что способствует увеличению момента и мощности на валу двигателя. Омеднение торцевых поверхностей ротора более эффективно. Оно способствует увеличению не только момента и мощности на валу двигателя, но и его КПД. Исполнительные двигатели с полым и массивным ферромагнитным роторами иногда используются при высоких температурах окружающей среды, особенно при необходимости обеспечения высоких и сверхвысоких (60000... 100000 об/мин) частот вращения.