книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

Решая эту систему уравнений относительно симме­ тричных составляющих напряжений U\ и с7г, получим

Рис. 23.7. Несимметричная система напряжений (а), эллиптическое поле (б) и симметричные составляющие напряжений (в)

Под влиянием прямой симметричной системы напря­ жений в обмотках статора возникает такая же система токов и, следовательно, прямое круговое поле, вращаю­ щееся в направлении чередования фаз. Это поле, наводя в роторе вихревые токи, создает вращающий момент, действующий в направлении вращения ротора. Под влиянием обратной системы напряжений создается об­ ратное круговое поле, вращающееся в противоположном направлении и с той же частотой, что и прямое. Обрат­ ное поле, наводя токи в полом роторе, создает вращаю­ щий момент, действующий против вращения и тормозя­ щий ротор двигателя.

Если несимметрия системы напряжений увеличивает­ ся, то будет увеличиваться тормозящее действие обрат-

520

ного поля. Если же одно из напряжений станет равным нулю, то ротор остановится, а при изменении фазы од­ ного из напряжений на 180° ротор машины начнет вра­ щаться в противоположную сторону. Остановка ротора при обесточенной одной из обмоток обусловлена тем,

~ у

Рис. 23.9. Схема фазового управления двухфаз­ ным двигателем

При таком скольжении двигатели не могут работать в однофазном режиме и, следовательно, будет отсутство­ вать самоход при снятии сигнала.

Управление двигателем с полым ротором может быть

521

напряжение управления VY регулируется по амплитуде. При фазовом управлении напряжения UB и Uy по вели­

когда осуществляется амплитудное управление Uy =

и обратной последовательности, приведенные к обмотке возбуждения, определяются

ми витков, то напряжение управления приводится к об­ мотке возбуждения через коэффициент трансформации

где kB, wB, ky, Wy — обмоточные коэффициенты и числа витков обмоток возбуждения и управления. Соответст­ венно этому вводят эффективный коэффициент сигнала

Шу

Скольжения для прямого и обратного полей соответ­ ственно определяются так:

и обратной последовательностей, определяются так же, как и момент (на фазу) симметричного трехфазного дви­ гателя. Поскольку полый немагнитный ротор обладает весьма малым индуктивным сопротивлением [х2 = = (0,05—0,1)г2 ], то вращающие моменты выразятся сле­ дующими соотношениями:

522

^ 2 ^ 2 _ ^ ( V ) 2 ( 2 - s )

Результирующий вращающий момент двигателя ра­ вен разности моментов прямого и обратного полей:

M = M. — Mi =

2шгт2 [(1+а)25-(1-а)2(2-5)]. (23.9)

При анализе свойств двигателя в большинстве слу­ чаев удобнее пользоваться относительным моментом т—• =М/МП и относительной частотой вращения v = n/n0 . Связь между скольжением s и v определяется выраже­ нием

Пусковой момент, развиваемый двигателем при а = 1, равен

2U2

Мп=-4. (23.11)

Разделив (23.9) на (23.11) и учтя (23.10), получ-им вращающий момент в относительных единицах:

от-а-Ц>-%. (23.12)

Это выражение дает возможность построить механи­ ческие и регулировочные характеристики двухфазного двигателя с полым немагнитным ротором при амплитуд­ ном управлении. На рис. 23.10 изображены эти харак­ теристики. Механические и регулировочные характери­ стики исполнительных асинхронных двигателей для фа­ зового (коэффициент сигнала sin р) управления пред­ ставлены на рис. 23.11. Анализ этих характеристик по­ казывает, что наиболее линейными являются характе­ ристики при фазовом управлении, причем жесткость ха­ рактеристик практически не меняется при изменении коэффициента сигнала. При всех способах управления

523

с уменьшением коэффициента сигнала характеристики смещаются в сторону меньшихмоментов и частот вра­ щения.

Рис. 23.10. Механические (а) и регулировочные (б) характе­ ристики двухфазного двигателя при амплитудном управлении

Характерной особенностью двигателя с полым немаг­ нитным ротором является малый момент инерции, что

Рис. 23.11. Механические (а) и регулировочные (б) характеристики двухфазного двигателя при фазовом управлении

существенно для его быстродействия. Кроме "того, вы­ полнение ротора из алюминия обеспечивает высокие пу­ сковые качества электродвигателя и хорошую его меха­ ническую характеристику. Электродвигатель имеет плав-

524

ный и бесшумный ход. Существенным недостатком та­ кого двигателя является большой воздушный зазор, что приводит к увеличению намагничивающей силы тока [/о= (0,8н-0,9)/н ]. Такая сила тока вызывает увеличение потерь и снижение к. п. д. двигателя.

Двухфазные асинхронные двигатели с полым немаг­ нитным ротором обычно выпускаются мощностью от 0,1 до 75 Вт. В табл. 23.2 приведены данные некоторых та­ ких двигателей. Машины типов АДП и ЭМ, по существу,

печивающем работу при температуре от —60 до +50° С.

§ 23.4. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ КОЛЛЕКТОРНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

Под универсальными коллекторными электродвига­ телями понимаются электродвигатели, рассчитанные на работу как от сети постоянного тока, так и от сети пере-

525

менного тока. На рис. 23.12 изображена схема универ­ сального коллекторного электродвигателя. По устрой­ ству и принципу работы он аналогичен электродвига­ телю постоянного тока последовательного возбуждения. Отличие между ними состоит лишь в том, что вся маг­ нитная система (и станина) универсального двигателя выполняется шихтованной и обмотка возбуждения де­

лается секционированной. Первое уменьшает потери в стали при работе двигателя на переменном токе, а вто-

рое дает возможность изменять числа витков обмотки возбуждения с целью сближения характеристик при ра­ боте двигателя от различных сетей.

Характеристики универсального коллекторного элек­ тродвигателя принципиально не отличаются от характе­ ристик двигателя последовательного возбуждения. Но при работе от сети постоянного тока характеристики двигателя несколько лучше, чем при работе от сети пе­ ременного тока. В частности, при питании двигателя от сети переменного тока его вращающий момент равен

*

щественное влияние на силу тока и сдвиг фаз оказывает индуктивное сопротивление обмоток якоря и возбужде­ ния. Это влияние сказывается, например, в том, что при работе от сети переменного тока механическая характе­ ристика делается несколько мягче (рис. 23.13). С целью сближения характеристик, как отмечалось выше, обмот­ ка возбуждения выполняется секционированной. При ра­ боте двигателя от сети переменного тока включается меньше витков обмотки возбуждения, чем при работе от сети постоянного тока.

Универсальные коллекторные электродвигатели до­ вольно широко применяются в технике. Объясняется это тем, что они: а) работают от источников как постоянно­ го, так и переменного тока; б) допускают широкую и плавную регулировку частоты вращения якоря; в) при питании от сети переменного тока промышленной ча­ стоты позволяют получать частоту вращения якоря до 20 000 об/мин, которая невозможна у асинхронных дви­ гателей при той же частоте тока.

Таблица 23.3

527

Промышленностью выпускаются универсальные дви­ гатели нормальной и повышенной частоты вращения. В табл. 23.3 приведены технические данные некоторых универсальных электродвигателей повышенной частоты вращения.

§ 23.5. СИНХРОННЫЕ РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Синхронным реактивным двигателем называют син­ хронный двигатель с явнополюсным ротором без обмот­ ки возбуждения и без постоянных магнитов, магнитное поле которого создается м. д. с. ста­

тора.

фаз между токами обмоток и, следовательно, образова­ ния вращающегося магнитного поля.

Ротор, схематически изображенный на рис. 23.14, от­ личается от короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя наличием впадин и выступов, которые обра­ зуют явновыраженные полюса, необходимые для работы реактивного двигателя в синхронном режиме. На рис. 23.15 изображен в разобранном виде однофазный синхронный реактивный двигатель с ротором подобного типа.

Принцип работы реактивного двигателя состоит в следующем. При пуске вращающееся магнитное поле статора, пересекая короткозамкнутую обмотку ротора, наводит в ней э. д. с. и токи. В результате создается

528

вращающий момент и двигатель начинает работать как асинхронный. Когда частота вращения двигателя будет близка к синхронной п= (0,95 н- 0,97) пи ротор втягивает­ ся в синхронизм за счет взаимодействия явновыраженных полюсов ротора с полем статора, т. е. начинает вра­ щаться с частотой вращения поля. При этом вращаю-

Рис. 23.15. Синхронный гистерезисный микродвигатель:

/ — станина; 2 — ротор; 3 — подшипниковые щиты

щееся поле уже не будет пересекать короткозамкнутую обмотку ротора и токи в ней будут равны нулю.

При синхронной частоте вращения ротора вращаю­ щий момент реактивного двигателя можно определить из выражения (20.23) электромагнитного момента явнополюсной машины. Действительно, если машина не воз­ буждена, то £о = 0 и, следовательно, первое слагаемое момента гоже равно нулю. Тогда на ротор двигателя действует только реактивный момент

(23.14)

где щ —число фаз обмотки статора; Ux — фазовое напряжение;

529