3.8.6. Синхронный реактивный двигатель

Синхронный двигатель – это двигатель переменного тока, ротор которого вращается с синхронной скоростью, т. е. со скоростью вращения первой гармоники МДС обмотки статора. На роторе синхронного двигателя размещается обмотка возбуждения, по которой проходит постоянный ток, и взаимодействие магнитного поля обмотки возбуждения с вращающимся магнитным полем обмотки статора приводит к образованию вращающего момента. В синхронном реактивном двигателе отсутствует обмотка возбуждения на роторе, но зато ротор выполняется явнополюсным и имеет разную магнитную проводимость по продольной и по поперечной осям.

Конструктивная схема такого двигателя представлена на рис. 3.11. В пазах по расточке статора 1 расположены фазы и двухфазной обмотки. Числа витков фаз одинаковы, оси фаз взаимно перпендикулярны и в фазах протекают синусоидальные токи с одинаковыми действующими значениями = и = , но сдвинутые во времени друг относительно друга на угол . Такая симметричная двухфазная обмотка, как и симметричная трёхфазная обмотка, создаёт вращающееся магнитное поле. Ротор 2 имеет явнополюсную конструкцию. Для полярной координаты по расточке статора выберем начало отсчёта = на оси фазы .

При повороте ротора будут изменяться как собственные индуктивности фаз обмотки статора и , так и их взаимная индуктивность . При этом собственная индуктивность каждой фазы будет изменяться от некоторого максимального значения при совпадении оси ротора с осью рассматриваемой фазы (угол = ) до минимального значения, когда ось ротора перпендикулярна оси фазы ( = ). Это значит, что коэффициент самоиндукции фазы имеет постоянную и переменную составляющие. Первая гармоника переменной составляющей амплитуды будет изменяться в функции угла . И тогда для фазы получим

= + (3.124)

Так как ось фазы перпендикулярна оси фазы , то коэффициент самоиндукции фазы будет минимальным при максимальном значении коэффициента самоиндукции фазы (угол = ), и наоборот. Поэтому для текущего значения коэффициента самоиндукции фазы имеем следующее выражение

= – (3.125)

Следует иметь в виду, что коэффициент самоиндукции всегда положительный, и поэтому < . Зависимость коэффициента взаимной индукции фаз обмотки статора и от угла поворота ротора также не синусоидальна и из разложения этой зависимости в ряд Фурье, обозначая через амплитудное значение взаимной индуктивности, получим следующее выражение для первой гармоники коэффициента взаимной индукции фаз обмотки статора

= (3.126)

Как и переменная составляющая собственных индуктивностей фаз обмотки статора их взаимная индуктивность является функцией двойного угла . Как следует из (3.126) коэффициент взаимной индукции фаз равен нулю, когда оси фаз взаимно перпендикулярны и достигает наибольшей величины при = . Коэффициент взаимной индукции фаз является знакопеременным. Из сравнения выражений (3.124) и (3.125) с (3.126) следует, что, если = , то собственная индуктивность одной из фаз максимальна, а другая при этом имеет минимальное значение.

Для системы из двух контуров с токами (в данном случае имеем две обмотки на статоре) электромагнитный момент определяется выражением

= + + (3.127)

Слагаемые в правой части выражения (3.127) с учётом (3.124) – (3.126) после несложных преобразований примут вид

= –

=

= –

Подставив эти выражения в (3.127), получим

= – + – =

= – (3.128)

Конструктивным путём, т. е. при надлежащем выборе геометрии ротора можно обеспечить равенство = и тогда на основании (3.128) получим

= (3.129)

Из (3.129) видно, что электромагнитный момент устройства, представленного на рис. 3.11, зависит как от углового положения ротора , так и от момента времени . Следовательно, момент будет отличен от нуля, если = , т.е. изменение углового положения ротора должно быть согласовано с изменением тока в обмотках статора. Формально это означает, что ротор должен вращаться с синхронной скоростью, т. е. со скоростью вращения первой гармоники МДС обмотки статора. При выполнении этого условия выражение (3.129) примет вид

= (3.130)

Двигатели, работающие на этом принципе, называются синхронными реактивными и широко используются в системах автоматики, в специальном приводе и в ряде других случаев, когда необходимо иметь постоянную скорость вращения ротора независимо от величины тормозного момента на валу.

В выражении (3.130) представляет собой угол между продольной осью ротора и вектором результирующей МДС обмотки статора и называется углом нагрузки. Увеличение тормозного момента на валу двигателя сопровождается возрастанием угла нагрузки , что обусловливает соответствующее повышение электромагнитного момента двигателя.

Обозначим через = максимальный электромагнитный момент реактивного двигателя и тогда выражение (3.130) примет вид

= (3.131)

На рис. 3.12 графически представлена зависимость, определяемая выражением (3.131). Из рис. 3.12 видно, что увеличение угла нагрузки сопровождается повышением развиваемого двигателем электромагнитного момента . При значении угла нагрузки =

Электромагнитный момент достигает наиболшей величины при сохранении скорости вращения равной синхронной = . При дальнейшем увеличении угла нагрузки электромагнитный момент уменьшается. Это значит, что если тормозной момент на валу двигателя превзойдёт , то двигатель остановится.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………. 3