Книги / элмех2000

242 Синхронные машины Ч. V

вращении ротора в обмотке статора индуктируется э.д.с. действующее значение которой

Pn

E 4,44fWкобФ 4,44WkобФ 60 cn

пропорционально скорости вращения n .

В синхронном тахогенераторе зависимость выходного напряжения Uвых от скорости вращения является нелинейной. Фи-

зически это объясняется тем, что при изменении скорости вращения изменяется частота выходной э.д.с., в результате чего сильно изменяются реактивные сопротивления обмотки статора и нагрузки.

7.3Реактивный двигатель

Реактивным двигателем называется синхронный двигатель с явнополюсным ротором без обмотки возбуждения и без постоянных магнитов, у которого магнитный поток создается реактивным током, протекающим по обмотке статора. Вращающий момент в таком двигателе возникает из-за различия в магнитных проводимостях по продольной и поперечной осям. При этом явно выраженные полюса ротора стремятся ориентироваться относительно поля так, чтобы магнитное сопротивление для силовых линий поля было бы минимальным, вследствие чего появляются тангенциальные силы Ft , образующие вращающий момент, и ро-

тор вращается в том же направлении и с той же скоростью n0 ,

что и поле статора.

Ротор двигателя может иметь различное конструктивное выполнение. Наиболее распространены роторы со впадинами из сплошного ферромагнитного материала с соответствующими вырезами и секционированный. Ротор со впадинами собирается из стальных листов, имеющих специальный профиль; для пуска в ход двигателя в роторе предусмотрена короткозамкнутая обмотка типа беличьей клетки. Ротор из сплошного ферромагнитного материала применяют в двигателях, предназначенных для пуска в ход без нагрузки. Пусковой обмотки такой двигатель не имеет, но в нем создается небольшой пусковой момент в результате взаимодействия вращающегося статора с вихревыми токами, индуктированными в роторе. Секционированный ротор выполняется из алюминия, пластмассы или другого немагнитного материала, в который закладываются стальные секции (полосы). В роторе со

впадинами отношение xd 2 и максимальный момент двигателя

xq

небольшой. В секционированном роторе xd 2 3.5, благодаря xq

чему максимальный момент возрастает. Однако это достигается существенные усложнением конструкции ротора, вследствие чего стоимость машины увеличивается. Двигатели такой конструкции применяются главным образом в схемах синхронной связи. В последнее время появились реактивные двигатели, у которых разность магнитных сопротивлений по продольной и поперечной осям машины создается не за счет междуполюсных впадин в роторе, а в результате выполнения в роторе овальных пазов. Эти двигатели имеют больший к.п.д. и несколько меньшие габаритные размеры, чем реактивные двигатели других типов.

Электромагнитный момент реактивного синхронного двигателя может быть определен по общей формуле для синхронной машины при условии работы ее с током возбуждения, равным нулю. В этом случае э.д.с. E 0 примет вид

Реактивные двигатели проще по конструкции, надежнее в работе и дешевле по сравнению с синхронными двигателями с обмоткой возбуждения на роторе; для них не требуется иметь источник постоянного тока для питания цепи возбуждения. Основными недостатками реактивного двигателя являются сравнительно небольшой максимальный момент и низкий cos , не пре-

вышающий обычно 0,5. Последнее объясняется тем, что магнитный поток в этом двигателе создается только за счет реактивного тока обмотки якоря, величина которого из-за повышенного сопротивления магнитной цепи машины (наличия впадин на роторе, внутренних овальных пазов или вставок из немагнитного материала) довольна велика. По этим же причинам к.п.д. и габаритные размеры у этих машин больше, чем у одинаковых по мощности и скорости вращения синхронных и асинхронных двигателей. В двигателях мощностью несколько десятков ватт к.п.д. составляет 0,3-0,4, а мощностью до 10 вт - менее 0,2. Другими недостатками этого двигателя являются большая чувствительность к колебаниям питающего напряжения (электромагнитный момент у

них пропорционален U2 ) и склонность к качаниям ротора при

резких изменениях нагрузочного момента на валу или скорости вращения магнитного поля.

7.4Гистерезисный двигатель

Гистерезисным двигателем называется синхронный двигатель, у которого вращающий момент создается за счет явления гистерезиса при перемагничивании ферромагнитного материала. Статор в гистерезисном двигателе выполняется так же, как и в обычной машине переменного тока; обмотка статора может быть трехфазной или двухфазной (с конденсатором в одной из фаз). Ротор двигателя представляет собой стальной ци-

линдр из магнитотвердого материала (имеющего широкую петлю гистерезиса) без обмотки. Применение достаточно большой электромагнитный момент, поэтому используют специальные магнитотвердые сплавы, например викаллой. С целью экономии дорогих специальных сплавов роторы гистерезисных двигателей выполняют сборными: в виде массивного или шихтованного (из отдельных изолированных платан) кольца, из указанного сплаве, насаженного на стальную или алюминиевую втулку.

В гистерезисном двигателе ротор, вращающийся с синхронной скоростью, представляет собой постоянный магнит. В таком магните из-за явления гистерезиса (молекулярного трения) ось намагничивания отстает от оси вращающегося магнитного поля статора на некоторый угол r гистерезисного сдвига,

вследствие чего возникают тангенциальные составляющие сил взаимодействия между полюсами ротора и потоком статора. Поскольку для данной машины угол r определяется только свой-

ствами материала ротора, то тангенциальные составляющие и создаваемый ими гистерезисный момент не зависят от скорости вращения. Чем больше ширина петли гистерезиса ферромагнит-

ного материала ротора, тем больше угол r и тем больше мо-

мент M.

Преимущества и недостатки.

Достоинствами гистерезисных двигателей являются: простота конструкции, надежность в работе, малый пусковой ток (In 1,27 1,5 ), плавность есть входа в синхронизм, бесшумность

и сравнительно высокий к.п.д. - до 60%. К недостаткам относятся: повышенная стоимость из-за значительной стоимости магнитотвердых сплавов и трудности их обработки, низкий (0,4-0,5) и склонность к качаниям при резких изменениях нагрузки. Гистерезисные двигатели выпускаются на мощность до 2000 Вт и чистоту L 0, 400 и 500 гц в трехфазном исполнениях.

7.5Индукторные машины

Внекоторых устройствах (гироскопические и радиолокационные привода и т.д.) установки, системы следящего привода и т.д. применяются однофазный ток повышенной частоты - 40030000 Гц. Синхронные генераторы нормальной конструкции, час-

тота которых f P n2 , не подходят для получения таких частот,

60

так как увеличение скорости вращения у них ограничено механической прочностью ротора, а значительное увеличение числа полюсов 2p невозможно по услови-

ям размещения обмоток. Поэтому для генерирова-

0,5), чем обычные синхронные генераторы; это объясняется значительным увеличением добавочных потерь мощности в стали и в обмотке якоря из-за высокой частоты перемагничивания.

7.6Редукторные (индукторные) двигатели

Трехфазные и двухфазные индукторные машины широко применяются не только в качестве генераторов, но и в качестве двигателей. Синхронная скорость вращения индукторных двигателей

60f n2 Z2

в то время как скорость вращения магнитного поля статора

60f n0 P

Отношение

n0 Z2 kред n2 P

называется коэффициентом редукции; он показывает, во сколько раз скорость вращения ротора меньше скорости вращения магнитного поля, поэтому индукторные двигатели часто называются редукторными. Редукторные двигатели могут выполняться с возбуждением на статоре или роторе, с постоянными магнитами или без возбуждения (реактивные).

В зависимости от расположения обмотки возбуждения или постоянных магнитов различают двигатели с осевым и радиальным возбуждением.

7.7Шаговые (импульсные) двигатели

Шаговые (импульсные ) двигатели представляют собой синхронные микродвигатели, в которых питание обмоток статора осуществляется путем подачи импульсов напряжения от потенциального или электронного коммутатора. Под воздействием каждого такого импульса ротор двигателя совершает определенное угловое перемещение, называемое шагом. Коммутатор преобразует заданную последовательность управляющих импульсов в m - фазную систему однополярных или разнополярных прямоугольных импульсов напряжения.

В качестве шаговых двигателей обычно применяются синхронные микромашины без обмотки возбуждения на роторе: дви-

гатели с постоянными магнитами, реактивные и индукторные двигатели (с подмагничиванием). Имеются и специальные виды импульсных двигателей, сконструированных для выполнения особых технологических операций. Применение шагового двигателя целесообразно для привода механизмов, имеющих старт-стопное движение, или механизмов с непрерывным движением, если управляющий сигнал задан в виде последовательности импульсов или может быть преобразован в эту форму (лентопротяжные устройства для ввода и вывода ин-

формации, счетчики, приводы с программным управлением и т.д.).

Приложение