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

Рис. 15. К принципу дей­ ствия синхронного реак­ тивного микроэлектродви­ гателя

положении, когда магнитное сопротивление минимально. Только

вслучае асимметрии магнитной цепи, когда ротор имеет явно выраженные полюсы и его ось симметрии не совпадает с осью магнитного поля, возникает реактивный момент. Вращение ро­ тора соответствует синхронной скорости поля и при совпадении оси полюсов с осью магнитного потока. При идеальном холо­ стом ходе нагрузка равна нулю, и продольная ось ротора сов­ падает с осью магнитного поля статора. Реактивный момент при этом равен нулю, так как магнитные силовые линии рас­ пределены симметрично относительно оси полюсов. При нагрузке электродвигателя ось полюсов отклонится от оси потока статора

всторону отставания. Допустим, что ротор отстает на некоторый угол 0а от оси магнитного поля (рис. 15). Появление реактивного момента в этом случае можно условно представить себе как следствие тяжения магнитных силовых линий, которые стремятся повернуть ротор в исходное положение, соответствующее мак­ симальной проводимости воздушного зазора. В синхронной электрической машине без возбуждения (Е0 = 0) с цилиндриче­ ским ротором из мягкой стали реактивный момент не возникает, так как положение ротора в этом случае безразлично по отно­ шению к полю статора. Магнитное поле синхронной реактивной электрической машины создается за счет магнитного -потока

40

родвигатели однофазного и трехфазного тока работают обычно в системах с постоянной частотой питающей сети (50, 400, 500 и 1000 гц). На частотах 50 и 400 гц эти микродвигатели исполь­ зуются как трехфазные и однофазные — конденсаторные, а на частоты 500 и 1000 гц — только трехфазные со скоростью вра­ щения ротора не более 24000 -т- 30000 од/мин.

Использование переменного тока и отсутствие скользящих контактов — факторы возможности применения этих микродви­ гателей в тех случаях, когда необходима синхронная скорость вращения при относительно небольшом вращающем моменте. Большие значения cos <Рі можно получить включением конденса­ тора в обмотку статора синхронного реактивного микроэлектро­ двигателя (конденсаторный синхронный реактивный микродви­ гатель).

В целом ряде схем синхронные реактивные микродвигатели заменяют нерегулируемые асинхронные микродвигатели. Их преимущество над асинхронными особенно заметно при весьма малых мощностях (до 200 вт) и больших частотах (до 1000 гц) вследствие очень малых значений к. п. д. (tj) и коэффициента мощности (cos еру) асинхронных микродвигателей.

§ 2,2. Эквивалентные схемы н основные уравнения симметричного m-фазного синхронного реактивного микродвигателя

Эквивалентная схема симметричного m-фазного синхронного реактивного микроэлектродвигателя в синхронном режиме пред­ ставляет собой Г-образный пассивный четырехполюсник, состоя­ щий из последовательной цепи — статора и из двух параллельных ветвей (рис. 16). Одна из параллельных ветвей имеет полное сопротивление Zm — rm + Jx^ и соответствует намагничиваю­ щему контуру, а вторая ветвь, имеющая сопротивление

42

Отличие выражения комплекса Z0 от комплекса для асин-

/ г2

хронных машин Z 2 = -j- + Jx2 состоит лишь в том, что актив­

ная составляющая полного сопротивления Z0 зависит от tg Ѳ„ определяющегося величиной угла смещения оси ротора 0 „, а ак­ тивная составляющая полного сопротивления Z 2 зависит от скольжения s, определяющегося скоростью вращения ротора. Однако здесь имеется полная аналогия сравниваемых выражений при учете, что в асинхронном электродвигателе при изменении нагрузки изменяется скорость вращения ротора п2, а в синхрон­ ном электродвигателе в аналогичных условиях изменяется ве­ личина угла смещения оси полюсов ротора относительно оси магнитного поля Ѳа. При холостом ходе Ѳа — 0 и tg Ѳа = 0, актив­ ное сопротивление ветви ротора равно бесконечности гв =

= ^ -0 - = оо и параллельная вторичная цепь оказывается разомк­

нутой и ток в ней равен нулю Ів = 0. Когда угол Ѳа достигает

л

равенства Ѳа = ± — активное сопротивление обращается в нуль,

и ток в ветви ротора Ів равен максимальной величине. При асин­ хронном режиме симметричного /и-фазного синхронного реак­ тивного микроэлектродвигателя происходит следующее. Как известно, пуск ротора во вращение синхронного реактивного микродвигателя осуществляется непосредственно включением в сеть переменного тока. Так как ротор снабжен короткозамкну­ той клеткой, процесс пуска почти что происходит как и у асин­ хронного электродвигателя.

Токи, индуктируемые в короткозамкнутом роторе взаимодей­ ствуют с результирующим вращающимся магнитным потоком и создается электромагнитный вращающий момент, который, преодолевая момент нагрузки на валу, увлекает ротор в сторону вращения поля. При малых скольжениях и правильно выбранных параметров ротор синхронного реактивного электродвигателя автоматически втягивается в синхронизм.

Несмотря на то, что процессы пуска синхронного реактивного и асинхронного электродвигателей имеют много общего, их не следует отождествлять, так как имеются и существенные особенности асинхронного режима синхронного реактивного электродвигателя. К существенным особенностям относится влияние неравенства параметров по его продольной и попереч­ ной оясм. Здесь в общем случае необходимо учитывать как маг­

нитную асимметрию, вызываемую неравномерной проводимо­ стью воздушного зазора, так и электрическую.

Магнитная асимметрия ротора оказывает значительное влия­ ние, вызывая появление обратно вращающееся магнитное поле, что приводит к возникновению пульсации вращающего момента и к искажению кривой момента при половине синхронной ско­ рости вращения. Магнитную асимметрию можно учесть наиболее просто при переходе от трехфазной системы напряжений к двух­ фазной, с осями d и q, пользуясь теорией двух реакций Блонделя. Исходя из этого можно составить эквивалентные схемы заме­ щения симметричного /и-фазного синхронного реактивного мик­ родвигателя для оси d и q в асинхронном режиме (рис. 17а и б).

а)

Рис. 17. Эквивалентные схемы симметричного m-фазного синхронного реактивного микроэлектродвнгателя в асинхронном режиме:

а — для оси : б — для оси .

Согласно второму закону Кирхгофа для синхронного реактив­ ного микроэлектродвигателя при установившемся режиме (и = const) уравнение равновесия э. д. с. и напряжений в статоре будет иметь такой же вид, что и для синхронного явнополюсного электродвигателя с электромагнитным возбуждением (э. м. в.), но при Е0 = 0:

44-

— Е6 — — Èa = Ua— результирующая или действительная э. д. с., обуславленная результирующим магнит­ ным потоком воздушного зазора, т. е._ в

данном случае потоком реакции якоря Ф„.

В синхронном реактивном электродвигателе результирующий магнитный поток воздушного зазора Фі равен потоку реакции якоря Фа (Ф6 = Ф„) и следовательно результирующая м. д. с. воздушного зазора F6 равна м. д. с. реакции якоря Fa (Fs = Fa), так как при отсутствии обмотки возбуждения ток возбуждения равен нулю Ів = 0, поток возбуждения холостого хода Ф0 = О,

и э. д. с. È0 = 0.

Рис. 18. Векторная диаграмма синхронного реактивного мик­ роэлектродвигателя

Векторная диаграмма синхронной реактивной микромашины (рис. 18) представляет из себя диаграмму обычной синхронной машины электромагнитного возбуждения с явнополюсным ро­ тором, но без э. д. с., индуктированной в статоре потоком воз­ буждения (Е0 = 0). Пользуясь теорией двух реакций Блонделя, из векторной диаграммы определяем ток в обмотке статора:

45

Воспользовавшись схемой замещения симметричного m-фазного синхронного реактивного микроэлектродвигателя в синхронном режиме (рис. 16), получим следующее аналитическое выражение электромагнитного вращающего момента [27]:

где С, — постоянная четырехполюсника или коэффициент схемы замещения;

у/ ( г1 + гтУ + (*« + xad)2

^md

а — аргумент комплекса с ,;

х„гт —

а = arctg (

+ гjrm+ Х'Хаі

46

Рис. 19. Угловые характеристики симметричного /и-фазного син­ хронного реактивного микроэлек­ тродвигателя (для 0, = 40°)

/ — электромагнитный вращающий момент Му —/(0,)“; 2 — удельный синхронизирую­ щий момент Мп = /(0,)

Уравнение электромагнитного вращающего момента или уравнение угловой характеристики в синхронном режиме имеет следующий вид [27]:

нм или дж;

Ѳа— временной угол, определяющий величину пространст­ венного угла смещения оси полюсов ротора относи­ тельно оси магнитного потока в электрических гра­ дусах;

Ѳк — критический пространственный угол смещения, соот­ ветствующий максимальному электромагнитному мо­ менту вращения Мы;

47

Уравнение удельного синхронизирующего момента, удерживаю­ щего ротор синхронного реактивного микроэлектродвигателя в синхронизме [27], равно:

(2 + NK)(tg2 0 , - t g 2 Ѳа) Мыtg 0, 2 10

( , )

cos2 0O(tg2 0X+ tg2 0O+ Nx tg 0« • tg 0fl)2

В режиме холостого хода (0а = 0) удельный синхронизирующий момент почти в три раза больше максимального электромагнит­ ного момента (рис. 19).

§ 2,3. Свойства, эквивалентные схемы н основные уравнения однофазного синхронного реактивного микродвигателя

Однофазным синхронным реактивным микроэлектродвигателем называется синхронный реактивный микродвигатель, пи­ тающийся от однофазной сети переменного тока.

Синхронные реактивные микроэлектродвигатели чаще всего рассчитываются для питания отоднофазной сети переменного тока. Исходя из этого, они выполняются или как однофазные, или как конденсаторные. Обмотка статора однофазного син­ хронного реактивного электродвигателя обычно выполняется распределенная, заполняющая 2/3 всех пазов статора. Конст­ руктивно она аналогична трехфазной обмотки, у,- которой две фазы соединены между собой последовательно и включены в

48