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

Полные мощности фазы А и фазы В равны между собой, согласно

(2,15) и (2,17):

Яы = и лі л и S1B = Uglд = и л К '!+ = и лі л,

Мощность, потребляемая микроэлектродвигателем из сети при учете соотношений (2,19) и (2,21), равна выражению:

Рх = UlI l cos <pi = UA—г—— sin 2<рА = 2UAIA • cos <рА. (2,25) sm (рл

Из равенства (2,24) следует, что с увеличением коэффициента мощности cos <рл возрастает реактивная мощность микроэлектро­ двигателя. Полная мощность Sj стремится к бесконечеости при cos <рА близком к единице, поэтому в конденсаторных электро­ двигателях в отличие от других типов электродвигателей не рекомендуется чрезмерно увеличивать значение коэффициента мощности фазы обмотки. При заданной частоте размеры конден­ сатора зависят в основном от величины реактивной мощности конденсатора Qc-

Qc = UсІв

Согласно выражениям (2,15) и (2,22) емкостная мощность кон­ денсатора равна:-

откуда следует, что реактивная мощность емкостного характера Qc равна полной мощности S] конденсаторного синхронного реактивного микроэлектродвигателя.

60

В общем случае, когда режим работы отличается от уравно­ вешенного, фазовые напряжения и токи образуют несимметрич­ ную двухфазную систему. Для анализа работы конденсаторного синхронного реактивного микродвигателя в неуравновешенном режиме также можно применить метод симметричных составляю­ щих. В результате разложения получается система векторов прямой последовательности и система векторов обратной после­ довательности. Система векторов прямой последовательности имеет такое же чередование фаз, как у исходной несимметричной, и векторы токов (приведенных к фазе В) образую прямо вращаюся м. д. с. Система векторов токов обратной последовательности создает обратно вращающуюся м. д. с. Так как ротор вращает­ ся синхронно с прямо вращающемся магнитном поле (s = 0)

Xft

IX»

Ряс. 26: Эквивалентные схемы для синхронного режима работы кон­ денсаторного синхронного реактивного мнкроэлектродвнгатсяя:

а — схема с учетом вращающегося магнитного ноля прямой я обратной последовательности вспомогательной обмотки; 6 — для прямой последомгедьяосгя вспомогательной обмотки: в — дли обратной посдедомтелыюстн вспомогательной обмотп (асинхронный тормозной режим прн я — 0); г — для прямой посмяомтельиости осноаной обмотка; д — для обратной послсдомтедыюста осноаной обмотки (асинхронный тормозной режим прн з — 0)

бі

и в том же направлении, имея скольжение SB — 2 — S = 2 по отно­ шению к обратно вращающемуся полю, то можно схемы заме­ щения составить отдельно для каждой системы последователь­ ности (рис. 26 а, б, в, г). При асинхронном режиме конденсатор­ ного синхронного реактивного микроэлектродвигателя изменяют­ ся значения параметров микроэлектромашины. В этом случае метод разложения на симметричные составляющие также имеет полное применение й следовательно справедливы уравнения для токов. Однако наиболее полный процесс пуска ротора во вра­ щение может быть проанализирован при учете неравномерной проводимости воздушного зазора между статором и ротором.

/

Гів . ОСZB

S '

Рис. 27. Эквивалентные схемы для асинхронного режима работы конденсаторного синхронного реактивного микроэлектродвигателя

а — схема с учетом вращающегося магнитного поля прямоП и обратной последователь­ ности вспомогательной обмотки; б — для прямой ік$слсдовательности вспомогательной обмотки; в — для обратной последовательности вспомогательной обмотки (асинхронный тормозной режим пріі 5 Ф 0); г — для прямой последовательности основной обмотки; д — для обратной последовательности основной обмотки (асинхронный тормозной режим

при s Ф 0)

62

Искажение кривой асинхронного момента учитывается нерав­ номерностью параметров электромашины по осям J и q. Под влиянием несимметрии м. д. с. и магнитной асимметрии ротора создаются провалы в кривой пускового момента, являющиеся характерной особенностью конденсаторных синхронных реак­ тивных электродвигателей. Принято считать, что вращающий момент в процессе пуска имеет две составлякшще. Одна — основная составляющая равна асинхронному моменту, который возникает в электродвигателе при условии, что его параметры по осям d и q равны между собой и соответствуют средним зна­ чениям. Вторая составляющая является переменной и возникает в результате зависимости параметров от пространственного положения ротора (угла Ѳа). Здесь с достаточной точностью можно учесть влияние переменной составляющей при s = 1. Следова­ тельно пусковые характеристики конденсаторного синхронного реактивного двигателя определяются из схемы замещения для

где системе прямой последовательности соответствует схема замещения симметричного синхронного микроэлектродвигателя, при асинхронном режиме обе эквивалентные схемы как для пря­ мой, так и для обратной последовательностей имеют такую же структуру, что и для асинхронных электродвигателей. Следует иметь в виду, что индуктивное сопротивление х'2д, соответствую­ щее потоку рассеяния ротора, значительно меньше индуктивного сопротивления х0, величина которого определяется проводимосттю для главной гармоники потока взаимоиндукции по осям d и q. Приведенное активное сопротивление ротора г2в тоже значительно отличается от активного сопротивления г0 в

ми при синхронном режиме вызывает заметное увеличение асимметрии токов, так как величина емкости и коэффициент трансформации выбираются из условия обеспечения уравнове­ шенного режима работы при синхронизме. Поэтому тормозной момент, пропорциональный мощности Рэ2, может резко воз­ расти и пусковые характеристики электродвигателя не будут удовлетворять. предъявляемым требованиям.

;>■ При изменении емкости конденсатора и коэффициента транс­ формации можно получить уравновешенный или близкий к нему режим в процессе пуска. Однако,в этом случае уменьшится к. п. д. Электродвигателя и его максимальный момент при синхронном

63

вращении. Для получения хороших пусковых характеристик обычно включают на период пуска дополнительную емкость, которую при скорости вращения близкой к синхронной затем выключают. Коммутацию емкости часто выполняют посредством центробежного выключателя, позволяющего автоматически про­ изводить изменение емкости. Схемы замещения для неподвиж­ ного ротора (рис. 28) тождественны, так как s = 1 и активные сопротивления ротора для прямой и обратной последователь­ ности равны друг другу.

Гс

Рис. 28. Эквивалентная схема конденсаторного синхронного реактивного микроэлектродвигателя при неподвижном роторе

Пользуясь схемой замещения (рис. 26 а, б, в), уравнение элек­ тромагнитного вращающего момента для синхронного режима конденсаторного синхронного реактивного микроэлектродвига­ теля можно представить, как и для однофазного синхронного реактивного электродвигателя, в виде (2,14). Величины и пара­ метры уравнения электромагнитного момента вращения tg Ѳ„ Мэы, Nt, Мз2, tg ftH, а, и а„ определяются с учетом емкостного сопротивления х с вспомогательной обмотки В. Напряжения прямой и обратной последовательности в относительных еди­ ницах (К и1 и К и2) рассчитываются с учетом приведения пара­ метров основной обмотки А к вспомогательной В. Здесь при круговом двухфазном вращающемся магнитном поле угол у = 90°, К ы1 — 1 и Кы2 — 0 (обычно при номинальной нагрузке), а при эллиптическом вращающемся поле у Ф 90° и у = Ѵаг

64

Глава III.

СИНХРОННЫЕ ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

§3,1. Особенности конструкции, принцип действия и области применения синхронных гистерезисных микродвигателей

Синхронным гистерезисным микроэлектродвигателем называет­ ся синхронный микроэлектродвигатель с неявнополюсным глад­ ким ротором без обмотки возбуждения, изготовленным из маг­ нитно-твердого материала с большими гистерезисными поте­ рями (рис. 29). Конструкция статора синхронных гистерезисных электродвигателей различается двух типов:

Рис. 29. Схема синхронного реак­ тивного гистерезисного электро­ двигателя (ш, = 3 ; 2р = 2) нор­ мального исполнения1

1) обыкновенный неявнополюсный статор с пазами и распре­ деленными трехфазной или двумя отдельными однофазными обмотками;

66

В настоящее время синхронные гистерезисные микродвигатели выпускаются с массивными и шихтованными (набранными из листов) роторами. С целью экономии дорогостоящего магнитно­ твердого материала роторы часто делаются сборными. Они состоят из втулки и наружного массивного или шихтованного кольца из магнитно-твердого материала (рис. 30). В зависимости

Рве. 30. Ротор синхронного гистерезисного электродвигателя:

I — втулка; 2 — шихтованное гольио из магнитно-твердого материала; 3 — запорное кольцо: 4 — вал; а — ротор с магнитной атулкой; 6 — ротор с немагнитной втулкой

ти от свойств материала втулка ротора выполняется или из магнитного материала (обычно мягкой стали — рис. 30), если магнитно-твердый материал кольца имеет малую относительную магнитную проницаемость д , или из немагнитного материала (обычно латуни — рис. 30 б), если магнитно-твердый материал

втулкой, во втором — с немагнитной втулкой.

У синхронного гистерезисного электродвигателя с шихтован­ ным ротором потери на вихревые токи практически равны нулю. На практике получил наибольшее распространение гистерезисный микроэлектродвигатель с ротором, представляющим собой мас­ сивный цилиндр с впрессованным гистерезисным материалом (рис. 30): На цилиндрический ротор(обЫчнО в виде массивной втулки) насаживается, кольцо из1гистерезисного материала. Это кольцо изготавливается из магнитно-твердого материала с боль­ шими гистерезисными потерями.' ' ' ‘‘ "

67

Из всех встречающихся магнитно-твердых материалов наи­ более широкое распространение для изготовления роторов гистерезисных электродвигателей во „многих случаях получил сплав викаллой марки 52 КФ, представляющий собой сплав ста­ ли, кобальта и ванадия (35—37%Fe, 52% С0, 11—13%V). Тол­ щина листов от 0,2 • 10-3 до 1,35 • 10 ~3 м размерами 0,14 х 0,5 м. Викаллой относится к группе высокоэрцитивных сплавов с хо­ рошими магнитными характеристиками и механически сравни­ тельно легко поддается штамповке и резке. Для получения опре­ деленных магнитных свойств викаллой должен подвергаться об­ жигу при температурах нагрева от 540 до 610° С.

Материал активного слоя ротора должен иметь большие удельные потери на гистерезис при малых значениях напряжен­ ности поля Ны и индукции Вм, так как м. д. с. статора вследствие ограниченной величины не может перемагничивать материал с большими значениями Нм и Вы. С увеличением номинальной мощности микроэлектромашины возрастают оптимальные зна­ чения линейной нагрузки ASt и магнитной индукции в воздушном зазоре Ва, следовательно, увеличиваются и допустимые значе­ ния # м и Вы. Поэтому для микроэлектромашин большей мощ­ ности применяются более твердые магнитные материалы. Гис­ терезисный материал характеризуется следующими парамет­

68