12. Тихоходные двигатели

В технике часто возникает потребность в двигателях с низкими скоростями вращения (от единиц до нескольких десятков оборотов в минуту) без использования механических редукторов. Применение редукторов нежелательно по причинам их повышенного шума, значительных масс и габаритов, люфтов и ряда других отрицательных последствий. Малые скорости вращения микродвигателей можно получить следующими принципиально разными способами:

1)выполнением дробных обмоток, т.е. обмоток с числом пазов на полюс и фазу ;

2)использованием принципа электромагнитной редукции;

3)выполнением двигателей с катящимся или волновым ротором.

12.1. Дробные обмотки

Получение малых скоростей путем увеличения числа пар полюсов (при ) в микромашинах невозможно из–за ограниченных габаритов последних. Это тем более затруднительно, что во многих случаях они выполняются на повышенные частоты (200, 400 и более герц). Использование обмоток с позволяет решить задачу. Однако не всякое значение q даст положительный результат.

В нашем случае число пазов на полюс и фазу можно записать в виде

, (6.1)

где: – число пазов статора;– число пар полюсов;– число фаз;и– положительные числа.

Для того чтобы получить удовлетворительные обмотки, надо выполнить ряд условий:

1) идолжны быть несократимыми числами;

2)знаменатель дроби не должен быть кратным числу фаз. Другими словами, для трехфазных обмотокне должно быть кратным 3, а для двухфазных – четным числом;

3) исвязаны соотношением , где– целое число.

Иногда возникает задача выполнить обмотку с максимальным числом пар полюсов в статоре с заданным числом пазов . Тогда

. (6.2)

В этом случае числитель дроби выбирается из условия

(6.3)

Кривая НС обмоток с дробным содержит большое число высших гармоник. Причем, чем ближек предельному значению, тем ярче выражены эти гармоники. Поэтому значительная часть момента двигателя теряется на преодоление тормозных составляющих. Энергетические показатели таких двигателей, как правило, невысокие.

В качестве примера выполним двухфазную обмотку с числом пазов и максимально возможным числом пар полюсов.

Решая (6.2), получаем

.

Из условия (6.3) находим числитель дроби :

, т.е. .

Следовательно .

Шаг обмотки по пазам

Рис. 6.1. Звезда пазовых ЭДС

Находим угол сдвига пазовых ЭДС в электрических градусах

.

Строим звезду пазовых ЭДС (рис. 6.1) и разбиваем ее на фазные зоны (в нашем случае на

4) Рисуем пазы, указываем направление токов, приняв, что в зонах Y, A они текут вверх, а в зонах B, X – вниз (рис. 6.2)

Рис. 6.2. Схема дробной обмотки ()

Наконец соединяем катушки наиболее короткими перемычками и получаем нужную обмотку.

На рис. 6.3 для момента времени, когда ток в фазах А и Y равен , построена диаграмма НС. Видно, что кривая намагничивающих сил далеко не синусоидальная, т.е. она содержит большое число ярко выраженных гармоник. Однако обмотка все–таки создает магнитное поле с 10 полюсами.

Задачи:

1) Построить кривую НС для момента времени, когда ток в фазе А максимальный, а в фазе В равен нулю.

2) Перечислить все возможные значения дробного , если , . При каком гармонический состав поля будет наиболее благоприятным?

Рис. 6.3. Кривая намагничивающих сил дробной обмотки ()