книги из ГПНТБ / Мещеряков, В. В. Микроэлектродвигатели электронных устройств учеб. пособие

шается устойчивость работы его при малых скоростях. Кроме того, уменьшается величина полной мощности и тока управления. У исполнительного микродвигателя с одним конденсатором по сравнению с амплитудным управлением при увеличении скорости вращения ротора напряжение управления Uy остается постоян­ ным, а напряжение возбуждения UB и напряжение конденсатора 1/с увеличивается. В результате у конденсаторного микродвига­ теля (рис. 4 в) магнитный поток при увеличении скорости враще­ ния несколько возрастает, что и приводит к некоторому увели­ чению вращающего момента микродвигателя по сравнению с моментом при амплитудном управлении. У исполнительного микроэлектродвигателя с амплитудно-фазовым управлением (рис. 4 в, г.) при увеличении скорости вращения ротора пд мощ­ ность управления падает, а мощность возбуждения растет. При­ чем мощность управления падает быстрей, чем растет мощность возбуждения. Поэтому суммарная мощность, потребляемая микооэлектродвигателем при увеличении скорости вращения умень­ шается, хотя и медленней, чем у микродвигателя с амплитудным j правлением (рис. 4 а).

Наибольшая механическая мощность при малой мощности управления у конденсаторного микроэлектродвигателя. Далее следует микродвигатель с амплитудным управлением, максималь­ ная мощность которого при малых коэффициентах сигнала равна максимальной мощности исполнительного конденсаторного мик­ родвигателя. Наименьшая механическая мощность при малых коэффициентах сигнала создается у микродвигателя с фазовым управлением. У микроэлектродвигателей с амплитудным управ­ лением при постоянном коэффициенте сигнала ос, с увеличением скорости вращения ротора пд мощности управления и возбужде­ ния уменьшаются. Относительные величины механических ха­

30

Из всех регулировочных характеристик управляемого микро­ двигателя переменного тока (рис. II) больше приближаются к линейным зависимостям характеристики у микроэлектродви­ гателя с фазовым управлением (рис. 11 б). Коэффициент сигнала трогания ротора микроэлектродвигателя с амплитудным управ­

ротора микродвигателя с амплитудно-фазовым управлением

К положительным свойствам исполнительного двухфазного асинхронного микроэлектродвигателя с полым немагнитным ротором относятся следующие факторы:

1.малый момент инерции (первый фактор быстродействия):

2.большая кратность пускового момента (второй фактор быстродействия):

3.сравнительно хорошее приближение механических и регу­

лировочных характеристик к линейным зависимостям:

4.широкий диапазон регулирования скорости вращения ро­

тора:

=100 Ч- 200;

Пммм

5.быстрое изменение направления вращения ротора путем

сдвига фазы напряжения управления на 180°:

6.плавность и бесшумность вращения ротора, вследствие отсутствия в нем пазов:

7.стабильность характеристик при значительном изменении температуры окружающей среды и микроэлектродвигателя:

8.способность ротора микроэлектродвигателя к самотор­ можению (отсутствие электромеханического самохода):

9.малый момент трения, отсутствие источника радиопомех, надежность в эксплуатации, что обусловленно конструкцией без скользящих контактов.

31

малый коэффициент мощности cos <ри, (за исключением

По габаритам асинхронный малоинерционный микроэлектро­ двигатель больше исполнительных микродвигателей постоян­ ного тока и обычных асинхронных микроэлектродвигателей широкого применения той же мощности и скорости вращения примерно в 2 т 4 раза. Уменьшить габариты и вес исполнитель­ ного асинхронного микроэлектродвигателя можно посредством применения повышенной частоты 300 -г 1000 гц и более. Анали­ зируя механические и регулировочные характеристики, мощности

с полым немагнитным ротором при различных способах управ­ ления, следует, что наилучшим является конденсаторный мик­ роэлектродвигатель с амплитудно-фазовым управлением (с одним конденсатором, рис. 4в).

1 ік

32

Глава 11.

СИНХРОННЫЕ РЕАКТИВНЫЕ МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

§ 2,1. Особенности конструкции, принцип действия и области применения синхронных реактивных микродвигателей

Синхронным реактивным микроэлектродвигателем называется

(Е0 = 0). Этот синхронный микродвигатель без обмотки воз­ буждения или без постоянных магнитов (рис. 12 и рис. 11-1 при­ ложения). Он относится к классу бесконтактных электрических машин.

Синхронные реактивные микродвигатели в конструктивном отношении бывают разнообразных типов и выполняются одно,- двух и трехфазные при частотах 50 -г- 1000 гц, мощностью от долей ватта до нескольких сотен ватт (до 600 вт). При мощностях от долей ватта до нескольких десятков ватт изготовляются преимущественно однофазными. Конструкция статоров синхрон­

деленными трехфазной или двумя отдельными однофазными обмотками:

2) явнополюсный статор с одной обмоткой и короткозамкну­ тыми витками на полюсах или несколькими обмотками.

Конструкции роторов синхронных реактивных микродвига­ телей могут быть в виде:

33

+d,

ЫА

Рис. 12. Схема трехфазного двух­ полюсного синхронного реак­ тивного микроэлектродвигателя обыкновенной формы (/>ң = 3:

2V = 2).

/ — статор: 2 — явнопблюсный ротор: J — вал

34

Рис. 14. Специальный явнополюсный ротор синхронного реактивного микроэлектродвигателя

а — четырехполюсный ротор с беличьей клеткой (2р = 4): б —двухполюсный секционированный ротор (2р —2); в — четырсхполюснын секционированный ротор (2р = 4): / — сталь; 2 — алюми­ ний; 3 — вал

Явнополюсный ротор может быть получен из обычного короткозамкнутого ротора посредством впадин-вырезов на ци­ линдрической поверхности, из которых образовываются явно выраженные полюсы (рис. 14а). Для обеспечения достаточного начального или пускового момента в пазах полюсных наконеч­ ников устраиваются провода короткозамкнутой обмотки. Полюс­ ная дуга ротора в, принимается равной половине полюсного деления т,: в,« 0,5т2.

Секционированный явнополюсный ротор (рис. 146 и в) со­ бирается из отдельных пластин электрической стали, между которыми прокладываются немагнитные вставки (алюминий, дюралюминий, медь или пластмасса). Слои пластин электротех­ нической стали с весьма большой магнитной проницаемостью ориентированы по продольной оси. Немагнитные слои образую! короткозамкнутую клетку.

Эта конструкция позволяет увеличить полюсную дугу ротора, а следовательно, магнитную проводимость для продольного потока реакции якоря и значительно уменьшить магнитную проводимость для его поперечного потока, и заметно, повысить качество характеристикмикроэлектродвигателя. В этом случае увеличивается использование синхронного реактивного, микро­ двигателя, т. е. увеличивается кратность максимального момента

.3 5

К ,

по отношению к номинальному Км м а ' характеризующая

перегрузочную способность электродвигателя по моменту, и повышается его полезная (выходная) мощность Р2. Это объяс­ няется уменьшением отношения синхронных индуктивных со­

полюсным ротором обычной формы это отношение в среднем равно:

Если определить магнитные проводимости путей замыкания продольного и поперечного потоков реакции якоря с учетом па­ дения магнитного потенциала по поперечной оси, то отношение индуктивных сопротивлений обмотки статора по поперечной и продольной оси реакции якоря при секционированном роторе равно:

36

его пакета (рис. 13). На внутренней поверхности расточки ротора равномерно распределены зубцы, число которых определяется скоростью вращения ротора. Наружная поверхность статора снабжена зубцами такой же формы и с таким шагом, что и на роторе. Для облегчения технологии изготовления путем штам­ повки зубцов из листовой электротехнической стали и последую­ щей обработки их пакетов, скрепляемых заклепками, статор и ротор микроэлектродвигателя выполняются шихтованными. Относительно большой диаметр кольца ротора создает доста­ точную механическую инерционность, обеспечивающую воз­ можность синхронного вращения ротора под воиянием периоди­ ческого магнитного притяжения его зубцов зубцами статора. Пуск во вращение ротора производится путем толчка от руки, так как в этом типе электродвигателя отсутствует пусковой мо­ мент. Синхронная скорость вращения этого реактивного микроэлектродвигателя определяется по следующей формуле:

Синхронные реактивные микродвигатели могут быть как горизонтального, так и вертикального исполнения. Все синхрон­ ные реактивные микродвигатели выполняются и закрытыми не­ вентилируемыми и закрытыми с внешним обдувом. В обычных асинхронных и синхронных электрических машинах закрытие пазов вредно отражается на характеристиках, вызывая умень­ шение коэффициента мощности (cos срх) и к. п. д. (rj) вследствие увеличения магнитных потоков рассеяния. Однако в синхронных реактивных электродвигателях при закрытых пазах значительно увеличивается электромагнитный момент вращения (примерно

На;;;73./'о)-

Высшие гармоники в кривой магнитной индукции вызывают дополнительные пульсационные потери в роторе и тормозные моменты в асинхронном режиме, создающие провалы в кривой момента и нарушение устойчивой работы микроэлектродвига­ теля в асинхронном режиме. Дополнительные потери от высших гармоник заметно снижают к. п. д. (полезную мощность) микро­ двигателя и повышают его нагрев. В воздушном зазоре в кривой

37

зубцовых гармоник определяется амплитудой основной волны, относительным распределением паза и величиной воздушного зазора. Во-вторых, наличие раскрытия паза создает еще и тор­ мозные моменты, обусловленные поверхностными потерями.

При выборе величины воздушного зазора учитывается не только стремление уменьшить реактивный ток и повысить cos <рг, но и ограничение дополнительных потерь в роторе, которые возрастают с уменьшением воздушного зазора <5. При переделке трехфазного асинхронного микродвигателя с короткозамкнутым ротором в виде беличьей клетки в трехфазный синхронный реак­ тивный микродвигатель путем фрезеровки на поверхности ро­ тора междуполюсных пространств необходимо учитывать умень­ шение мощности в 2 -г- 2,5 раза. Для получения же заданной мощ­ ности трехфазного синхронного реактивного микродвигателя следует использовать габариты статора трехфазного асинхрон­ ного микродвигателя в 2 -Р 2,5 раза большей мощности. В слу­ чае однофазного асинхронного микроэлектродвигателя с запол­ нением основной (рабочей) обмотки примерно 2/3 пазов статора, а других — вспомогательной (пусковой) мощность при одина­ ковых габаритах и значения индукции Вв и линейной нагрузки /IS! составляет около 40% мощности трехфазного при выклю­ ченной вспомогательной обмотке в рабочем режиме электродви­ гателя.

При пересчете трехфазного асинхронного микродвигателя с беличьей клеткой в роторе в однофазный конденсаторный син­ хронный реактивный микродвигатель с постоянно включенной вспомогательной обмоткой возможно уменьшение мощности примерно в 3 раза.

Принцип действия синхронного реактивного микроэлектродви­ гателя состоит в следующем. Переменный ток, протекая по трех­ фазной или двухфазной обмотке статора, создаёт вращающееся магнитное поле. Это поле индуктирует токи в явнополюсном

,.роторе. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора, с индуктированными токами явнополюсного ро­ тора возникает электромагнитный вращающий момент, который увлекает ротор со скоростью поля (рис. 15). Неравенство магнит-

,ных проводимостей в различных направлениях явнополюснбго ротора является причиной создания электромагнитного вращаю-

,щего момента. . Ротор синхронного реактивного электродвига-

. теля приводится во вращение методом асинхронного пуска. Втягивание ротора в синхронизм происходит Посредством реактцвцого момента, возникающего вследствие тбго, что вращаю­ щееся магнитное поле стремится удерживать ротор ‘в таком

39