Zagryadtskiy_elektr_mashiny_2
.pdf
Двигатели первой группы используются в общественном транспорте (монорельсовая дорога, метрополитен), двигатели второй группы, весьма небольшие по длине, применяются для разгона объекта до высокой скорости (пусковые установки, оружие).
Линейные двигатели обеспечивают точность движения до 0,0335 мм на 1 м перемещения.
Рис. 3.4. Дуговой двигатель:
1- ротор;
2- статор
Линейные двигатели выпускаются в диапазоне мощностей 5…1000 кВт, со скоростями движения 1,4…42 м/c.
Разновидностью линейных двигателей является дуговой двигатель (рис. 3.4). Как видно из рисунка, конструктивно статор двигателя выполнен незамкнутым. Характерная особенность двигателя – зависимость частоты вращения ротора 1 от длины дуги статора 2. Она равна
n = 602απp f .
Выбирая различные центральные углы α, можно выполнять дуговые двигатели с различными частотами вращения
Пример 18. Цилиндрический двигатель имеет следующие данные: число пазов статора Z1 = 72, синхронное число оборотов магнитно-
го поля статора n1 = 750мин−1 , частота питающего напряже-
ния 50 Гц.
Определить число оборотов дугостаторного четырехполюсного двигателя на базе цилиндрического двигателя и занимающего 24 паза, т.е. треть окружности статора.
Решение:
Синхронное число оборотов вращающегося магнитного поля дугостаторного двигателя равно
n = |
60α f |
= |
60 |
2π 50 |
= 500мин−1. |
|
2πp |
3 |
2π 2 |
||||
|
|
|
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите признаки, по которым линейные двигатели отличаются от обычных цилиндрических двигателей.
130
2.Объясните принцип действия линейных двигателей.
3.В чем Вы видите преимущества линейных двигателей?
4.Какие Вы знаете конструктивные схемы линейных двигателей?
5.Чем дуговой двигатель отличается от линейного двигателя?
3.7. Двигатель с внешним ротором
Наряду с обычными асинхронными двигателями в ряде отраслей техники широко используются обращенные двигатели – двигатели с внешним ротором. Они применяются в канальных вентиляторах: приточных, вытяжных, крышных. В таких устройствах на внешнем роторе располагается рабочее колесо вентилятора. В деревообрабатывающих станках на роторе укреплен режущий инструмент, например, пила. Двигатели с внешним ротором размещаются в колесе
транспортных средств и т.д. |
|||
|
В обращенном асинхрон- |
||
ном двигателе ротор распо- |
|||
ложен не внутри статора как |
|||
в |
обычном |
двигателе, |
|
а |
снаружи, |
кольцеобразно |
|
охватывая статор. |
|
||
|
Рассмотрим |
более |
|
подробно |
принципиальную |
||
конструкцию |
двигателя |
||
с |
внешним |
ротором, |
|
сконструированную |
для |
|
привода колесных пар трам- |
|
|
вая (рис. 3.5). |
|
Рис. 3.5. Двигатель с внешним ротором |
Статор двигателя состоит |
|
|
из неподвижного полого вала 1, шихтованного магнитопровода 2, обмотки 3, уложенной в наружных пазах магнитопровода. Выводы обмотки через полый вал выведены наружу и соединены с клеммной коробкой. Полый вал 1 может быть зафиксирован в механизме различными способами. Обмотка статора в двигателях небольшой мощности охлаждается наружным воздухом, в двигателях большей мощности (например, мощностью 35 кВт) – жидкостью, которая подводится через полый вал.
Конструкцию ротора образуют труба корпуса 4 с внутренними пазами, стержни 5 и короткозамыкающие кольца 6 обмотки. С обеих
131
сторон труба корпуса закрывается подшипниковыми щитами 7, которые крепятся к ней с помощью винтов. Щиты базируются на неподвижном валу 1 с помощью подшипников 8. На наружной поверхности трубы 4 размещается колесо трамвая.
Двигатели с внешним ротором, встроенные в производственные механизмы, позволяют выполнить компактную конструкцию машины
сминимальным количеством деталей. Двигатели такого типа могут быть выполнены как на обычную частоту 50 Гц, так и на повышенную. В последнем случае высокоскоростной электропривод может быть с успехом применен для устройств высокой производительности.
3.8.Двигатели с распределенными параметрами ротора
Кдвигателям с распределенными параметрами ротора относятся машины с массивным ротором, с полым ротором и др.
Простейший двигатель с массивным ротором имеет сплошной гладкий ферромагнитный цилиндр ротора без обмотки на нем. Такой двигатель отличается от обычного двигателя тем, что вращающееся магнитное поле наводит ЭДС не в обмотке, а в теле ротора. Под действием ЭДС возникают вихревые токи. Токи взаимодействуют
смагнитным полем и создают вращающий момент. Такой двигатель, наряду с положительными качествами – высокий пусковой момент, низкая кратность пускового тока и т.д., имеет целый ряд недостатков. К ним относятся – низкие КПД и коэффициент мощности, повышенное скольжение и др. Однако, как показали сравнительно недавние исследования, их энергетические показатели могут быть доведены до уровня, соответствующего лучшим образцам асинхронных двигателей с обмотанными роторами.
У двигателя имеется несомненное преимущество, это простота и повышенная надежность Его ротор – это ротор, обладающий высокой механической прочностью. Поэтому двигатель с таким ротором является единственно возможной конструкцией в высокоскоростных электроприводах.
Стремление улучшить показатели двигателя привели к разработке различных модификаций роторов: с пазами, омедненных, с торцовыми кольцами, с беличьей клеткой.
132
В автоматических устройствах широкое применение нашли малоинерционные исполнительные двигатели с полым немагнитным ротором. Как правило это двухфазные машины. Одна из обмоток,
обычно называемая обмоткой возбуж- |
|
|
дения ОВ, подключается к сети пере- |
|
|
менного тока с постоянно действующим |
|
|
значением напряжения. Ко второй |
|
|
обмотке, называемой обмоткой управ- |
|
|
ления ОУ, подводится напряжение от |
|
|
управляющего устройства УУ (рис. 3.6). |
|
|
Высокое быстродействие двигателя |
|
|
можно получить, выполнив его с малым |
|
|
моментом инерции вращающихся частей. |
Рис. 3.6. Схема двухфазного |
|
На рис. 3.7 схематично представлена |
||
конструкция такого двигателя. Он имеет |
управляемого электродвигателя |
|
обыкновенный внешний статор 1 с паза- |
|
|
ми, в которых расположены две однофаз- |
|
|
ные обмотки – |
возбуждения и управле- |
|
ния (см. п. 1.16), внутренний неподвиж- |
|
|
ный статор 2, набираемый из листов |
|
|
электротехнической стали. Внутренний |
|
|
статор укреплен на одном из щитов 5 и |
|
|
служит для уменьшения магнитного со- |
|
|
противления на пути основного магнит- |
|
|
ного потока, проходящего через воздуш- |
|
|
ный зазор. Внутренний статор не имеет |
Рис. 3.7. Принципиальная схема |
|
обмотки. Ротор |
в виде тонкостенного |
малоинерционного двигателя |
немагнитного стакана 3 своим дном жестко укрепляется на валу двигателя 4 и вращается в воздушном зазоре между расточкой наружного статора и наружной поверхностью внутреннего статора.
С целью получения минимального момента инерции вращающийся тонкостенный цилиндр выполняется небольшого диаметра из алюминия или бронзы толщиной 0,3…0,8 мм, дно – 1…2 мм. Воздушный зазор составляет 0,15…0,25 мм.
Диапазон мощностей двигателей составляет от долей ватта до
сотен ватт, число оборотов до 20000 мин−1 частота 400 и 1000 Гц. Регулировать частоту вращения исполнительного двигателя
можно следующими способами: путем изменения величины напря-
133
жения управления при постоянстве его фазы – амплитудное управление; изменением фазы постоянного по амплитуде напряжения – фазовое управление. Применяется также и комбинированное амплитуднофазовое управление двигателя при одновременном изменении величины и фазы напряжения управления относительно напряжения возбуждения.
Выбор способа управления определяется условиями работы электропривода и требованиями, предъявляемыми к исполнительному двигателю.
Вопросы для самоконтроля
1.Расскажите о принципе действия двигателя с массивным рото-
ром.
2.Каковы достоинства и недостатки двигателя с массивным ротором?
3.Для чего применяется внутренний неподвижный статор в исполнительном двигателе?
3.9. Торцовые электродвигатели
Торцовым асинхронным двигателем называют электродвигатель переменного тока, который имеет плоские рабочие поверхности магнитопроводов статора и ротора. Магнитопровод ротора имеет короткозамкнутую обмотку в виде плоской клетки.
Принцип действия торцового силового асинхронного двигателя с одним диском статора и ротора, как и традиционного асинхронного двигателя, основан на взаимодействии между вращающимся магнитным полем статора (магнитными полями дисков статора) и током ротора (токами дисков ротора).
Эти машины наилучшим образом приспособлены к применению в качестве встроенного оборудования. Так, объединение в едином корпусе одноступенчатого центробежного насоса и торцового асинхронного двигателя позволяет существенно сократить осевые габариты агрегата, уменьшить его массу, улучшить условия работы подшипников и тем самым повысить надежность и ресурс долговечности установки, снизить себестоимость ее изготовления, упростить наладку и техническое обслуживание.
134
Асинхронные торцовые двигатели оказались целесообразными при использовании в центрифугах, разнообразных типах насосов, транспорте и т.д. Они, по сравнению с электродвигателями цилиндрической формы исполнения, имеют следующие преимущества:
-меньшую осевую длину машины;
-меньшую массу;
-более благоприятные условия теплоотдачи;
-упрощение и удешевление обмоточных работ;
-лучшую приспособляемость в качестве встроенного оборудования и т.д.
Однако в настоящее время эти преимущества используются далеко не полностью. Большого опыта создания и эксплуатации силовых асинхронных торцовых машин нет. Это происходит по ряду причин: относительная сложность изготовления магнитопроводов, наличие нескомпенсированных электромагнитных сил взаимного притяжения магнитопроводов в двигателе с однодисковыми статором и ротором, недостаточно полное развитие расчетно-теоретических основ проектирования машин этого типа с оптимальными техническими характеристиками и т.д.
В зависимости от конструкции торцовые электродвигатели бывают:
-с одним диском статора и ротора;
-с двумя дисками статора и одним
диском ротора, расположенным между дисками статора;
-с двумя дисками ротора и одним диском статора, расположенным между дисками ротора;
-с несколькими дисками статора
инесколькими дисками ротора. Принципиальная схема торцового
двигателя с одним диском статора и одним диском ротора приведена на рис. 3.8. Торцовый двигатель содержит витые дисковые магнитопроводы статора 1 и ротора 4. В пазах магнитопровода статора расположена плоская m – фазная первичная обмотка 2, а в пазах магнитопровода 4 ротора – стержни корот-
Рис. 3.8. Торцовый электродвигатель
135
козамкнутой обмотки 5, соединенные с внутренним 6 и наружным 7 короткозамыкающими кольцами. Магнитопровод статора 1 закреплен в крышке 3, магнитопровод ротора – на валу 9. Вал двигателя базируется в подшипниках 8.
При подаче напряжения на обмотку статора образуется вращающееся магнитное поле, перемещающееся вдоль плоской поверхности статора. В результате воздействия магнитного поля на проводники короткозамкнутой обмотки ротора, ротор приходит во вращение.
Перспективны торцовые двигатели с двумя дисками статора
иодним диском ротора. Они являются дальнейшим развитием машин с однодисковыми статором и ротором. Двигатели имеют следующие преимущества:
-в двигателе с двумя дисками статора происходит практически полная компенсация сил притяжения ротора к дискам статора, что чрезвычайно важно для машин средней и большой мощности,
-двигатели имеют развитые поверхности охлаждения статора
иротора, что позволяет иметь более высокие электромагнитные нагрузки.
В качестве недостатка следует отметить наличие двух воздушных зазоров и усложнение конструкции.
Торцовые двигатели в наибольшей степени подходят для привода таких устройств, как дымососы, гребные винты судов и т.д., где требуются большие моменты и относительно небольшие частоты вращения.
Вторцовых двигателях может применяться как обычная, так
икольцевая обмотка. Использование кольцевой обмотки в торцовом двигателе позволяет выполнить электрическую машину на число пар полюсов 10 и более (тихоходную), что трудно сделать в машине цилиндрической формы исполнения.
Перспективно применение торцовых электродвигателей в совмещенных электромеханических агрегатах таких как планетарный мо- тор-редуктор, моноблочные насосы различных типов, электровентиляторы и пр. Такие устройства имеют следующие характерные особенности: наличие общих узлов совмещаемых блоков, плотная пространственная и объемная компановка, улучшенный эстетический вид.
Таким образом, область применения каждого двигателя определяется особенностями исполнительного механизма и его назначением, а также условиями работы и другими требованиями.
136
Вопросы для самоконтроля
1.Какие конструкции торцовых двигателей Вы знаете?
2.Где применяются торцовые двигатели?
3.Преимущества и недостатки торцовых двигателей.
137
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1.Копылов, И.П. Электрические машины: учебник для вузов / И.П. Копылов. – 2 изд., перераб. – М.: Высшая школа, Логос. 2000. – 607 с.
2.Радин, В.И. Электрические машины: Асинхронные машины: учебник для электромех. спец. вузов / В.И. Радин, Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович; под ред. И.П. Копылова. – М.: Высшая школа, 1988.
–328 с.
3.Вольдек, А.И. Электрические машины: учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений /А.И. Вольдек. – Изд. 2-е, перераб.
и доп. – Л.: «Энергия», 1974. – 840 с.
4.Проектирование электрических машин: учеб. для вузов / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; под ред. И.П. Копылова. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2002. – 757 с.
5.Гольдберг, О.Д. Проектирование электрических машин: учеб. для втузов / О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко; под ред. О.Д. Гольдберга. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2001. – 430 с.
Дополнительная
6.Счастливый, Г.Г. Погружные асинхронные электродвигатели: монография / Г.Г. Счастливый, В.Г. Семак, Г.М. Федоренко. – М.: Энергоатомиздат. 1983. –168 с.
7.Харитонов, А.Н. Многоскоростные двигатели в промышленных приводах: монография /А.Н. Харитонов. – М.: Энергия. 1971. – 90 с.
8.Шаров, И.С. Высокочастотные и сверхвысокочастотные электрические машины: монография /И.С. Шаров. – М.: Энергия. 1973. – 248 с.
9.Взрывозащищенные асинхронные двигатели: монография / В.А. Яковенко, Н.Н. Волкова и др.; под редакцией В.А. Яковенко. –
М.: Энергия, 1977. – 312 с.
10.Асинхронные электродвигатели общего применения: монография / Е.П. Бойко, Ю.В. Гаинцев, Ю.М. и др.; под ред. В.М. Петрова и А.Э. Кравчика. – М.: Энергия, 1980. – 488 с.
11.Лищенко, А.И. Асинхронные машины с массивным ферромагнитным ротором: монография /А.И. Лищенко, В.А. Лесник. – Киев: Наукова Думка, 1984. – 168 с.
138
12.Загрядцкий, В.И. Комбайновые электродвигатели: монография /В.И. Загрядцкий, Л.Б. Ландкоф, Б.В. Савин. – Кишинев: Шти-
инца, 1986. – 134 с.
13.Справочник по электрическим машинам. В 2-х т. /под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 1989. Т.1 – 456 с.; Т.2. – 668 с.
14.Веселовский, О.Н. Линейные асинхронные электродвигатели: монография /О.Н. Веселовский, А.Ю. Коняев, Ф.Н. Сарапулов. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 256 с.
15.Электротехнический справочник: в 4 т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства /под общ. ред. проф. МЭИ В.Г. Герасимова
идр.; (гл. ред. И.Н. Орлов). – М.: Издательство МЭИ, 2003. – 518 с.
16.Зимин, В.К. Обмотки электрических машин: монография / В.К. Зимин, М.Я. Каплан, А.М. Палей. – Л., Энергия, 1970. – 472с.
17.Гольдберг, О.Д. Качество и надежность асинхронных двигателей: монография / О.Д. Гольдберг. – М.: Энергия, 1968. – 176 с.
139