3.2. Реактивный двигатель

Реактивным двигателем называется синхронный двигатель без обмотки возбуждения и без постоянных магнитов. Вращающий момент в таких двигателях возникает вследствие различия магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям машины (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Схема, иллюстрирующая возникновение реактивного момента.

Явно выраженные полюса ротора синхронного реактивного двигателя стремятся занять такое положение, чтобы магнитное сопротивление для силовых магнитных линий было минимальным. Вследствие этого появляется тангенциальная составляющая силы f_Т, которая заставляет вращаться ротор машины в направлении вращения поля и со скоростью его вращения.

Статор синхронной реактивной машины выполняется, так же как и статор обычной машины переменного тока.

Рис.3.11. Конструкции ротора

Ротор собирается из стальных листов специального профиля (рис.3.11). На его валу расположена короткозамкнутая обмотка для асинхронного пуска синхронного реактивного двигателя.

Электромагнитный момент синхронного реактивного двигателя выражается следующей зависимостью:

, (3.2.1)

где

x_d и x_q – синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям машины.

Начальный пусковой момент у этих двигателей равен 0. Поэтому в них применяется асинхронный способ пуска, для чего используется короткозамкнутая обмотка на роторе.

Реактивные двигатели проще по конструкции, дешевле и надежнее в эксплуатации, чем обычные синхронные машины с обмоткой возбуждения на роторе.

Основные недостатки двигателей: низкий cosφ и КПД, большие размеры, малая величина максимального момента. В двигателе мощностью несколько десятков ватт КПД составляет 0,3…0,4, а мощностью до 10 ватт – менее 0,2.

Так как момент двигателя пропорционален U², то двигатель чувствителен к колебаниям питающего напряжения.

Угловая характеристика реактивного двигателя изображена на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Угловая характеристика реактивного двигателя.

3.3. Гистерезисный двигатель

Гистерезисным двигателем называется синхронный двигатель, в котором вращающий момент создается за счет явления гистерезиса при перемагничивания ферромагнитного материала ротора. Статор гистерезисного двигателя подобен статору обычной машины переменного тока. Ротор представляет собой стальной цилиндр из ферромагнитного магнитотвердого материала (имеющего широкую петлю гистерезиса) без обмотки. С целью удешевления ротор делают сборным: кольцо из ферромагнитного материала и немагнитная или магнитомягкая втулка (рис.3.13.а).

а) б)

Рис. 3.13. Устройство гистерезисного двигателя (а) и схема, иллюстрирующая возникновение гистерезисного момента (б).

В гистерезисном двигателе ротор, вращающийся с синхронной скоростью, представляет собой постоянный магнит. Ось магнита из-за явления гистерезиса отстает от оси вращающегося магнитного поля на угол θ_г гистерезисного сдвига, вследствие чего возникает тангенциальная составляющая f_г сил взаимодействия между полюсами ротора и потоком статора (рис. 3.13б). Величина силы f_г и создаваемый ею момент не зависят от скорости вращения, а определяются шириной петли гистерезиса ферромагнитного материала.

0

Рис.3.14. Зависимость моментов гистерезисного двигателя от скольжения.

Если нагрузочный момент больше М_г (рис.3.14), то двигатель перейдет в асинхронный режим работы, т.е. появится дополнительный асинхронный момент М_а. Асинхронный момент М_а есть результат взаимодействия вращающегося магнитного поля с вихревыми токами, которые индуктируются этим полем в сердечнике ротора. Т к. ротор имеет большое активное сопротивление, то характеристика М_а=f(s) практически линейна и асинхронный гистерезисный момент максимален при s=1.

(3.3.1)

; (3.3.2)

, (3.3.3)

где

П_2Н – потери на перемагничивание ротора при неподвижном роторе;

П_вихр.Н – потери на вихревые токи при неподвижном роторе;

Гистерезисные двигатели могут работать как в асинхронном, так и в синхронном режиме. Однако, в асинхронном режиме КПД двигателя резко уменьшается:

П=П_г+П_вихр=sП_2Н+s²П_{вихр.Н .} (3.3.4)

Достоинства гистерезисного двигателя: простота, надежность, плавность входа в синхронизм, бесшумность, малый пусковой ток, сравнительно высокий КПД (до 60%).

Недостатки: дороговизна, склонность к качаниям при резких изменениях нагрузки.

Мощность до 2000 Вт, частота f=50, 400 и 500 Гц.