§ 23.2. Синхронные реактивные двигатели

Отличительная особенность синхронных реактивных двигате­лей (СРД) — отсутствие у них возбуждения со стороны ротора. Основной магнитный поток в этом двигателе создается исключи­тельно за счет МДС обмотки статора. В двух- и в трехфазных СРД эта МДС является вращающейся.

Для выяснения принципа действия СРД обратимся к выраже­нию электромагнитного момента явнополюсной синхронной ма­шины [см. (21.10)], из которого следует, что если отключить об­мотку возбуждения ( = 0), то основная составляющая момента становится равной нулю и на ротор машины продолжает действо­вать лишь реактивная составляющая момента [см. (21.12)]

Принцип действия СРД заключается в следующем. При вклю­чении обмотки статора в сеть возникает вращающееся магнитное

Рис.23.4. Принцип действия синхронного реактивного двигателя

поле. Как только ось этого поля займет положение в про­странстве расточки статора, при котором она будет смещена относительно продольной оси невозбужденных полюсов ротора на угол в сторону вращения (рис. 23.4, а), между полюсами этого поля и выступающими полюсами невозбужденного ротора возникнет реактивная сила магнитного притяжения полюса ротора к полюсу вращающегося поля статора . Вектор этой силы смещен относительно продольной оси ротора также на угол , поэтому сила имеет две составляющие: нормальную , направленную по продольной оси ротора, и тангенциальную , на­правленную перпендикулярно продольной оси полюсов ротора. Совокупность тангенциальных составляющих реактивных сил на всех полюсах невозбужденного ротора создаст вращающий ре­активный момент , который будет вращать ротор с синхронной частотой . С ростом механической нагрузки на вал СРД угол увеличивается и момент М_ррастет.

§ 23.3. Гистерезисные двигатели

Работа гистерезисного двигателя основана на действии гистерезисного момента. На рис. 23.6, а показаны два полюса постоянного магнита (поле статора); между ними расположен цилиндр (ротор) из магнитно-твердого материала. Под действием внешнего магнитного поля ротор намагничивается. На стороне обращенной к северному полюсу постоянного магнита, возбуждается южный полюс, а на стороне ротора, обращенной к южному полюсу постоянного магнита, - северный полюс. На ротор начинают действовать силы , направленные радиально к его поверхности. Если полюсы постоянного магнита вращать вокруг ротора, то вследствие явления магнитного запаздывания (гистерезиса) активная часть ротора не будет перемагничиваться одновременно с изменением направления вращающегося магнитного поля и ме­жду осью поля ротора и осью внешнего поля появится угол .

Рис. 23.6. К понятию о гистерезисном моменте

Силы , действующие на ротор, также изменят свое направление на угол , а тангенциальные составляющие этих сил , создадут гистерезисный момент М_г(рис. 23.6, б).

Явление магнитного запаздывания заключается в том, что частицы ферромагнитного материала (помещенного во внешнее магнитное поле), представляющие собой элементарные магниты, стремятся ориентироваться в соответствии с направлением внешнего поля. Если внешнее поле изменит свое направление, то элементарные частицы меняют свою ориентацию. Однако повороту элементарных частиц препятствуют в магнитно-твердых материалах внутренние силы молекулярного трения. Для изменения направления этих частиц необходима определенная МДС, вследствие чего перемагничивание ротора несколько отстает от измене­нии направления внешнего поля. Это отставание (магнитное запаздывание) характеризуется углом гистерезисного сдвига между вектором магнитного потока ротора и вектором магнитного потока обмотки статора , (рис. 23.6, в). Этот угол зависит исключительно от магнитных свойств материала ротора.

На преодоление сил молекулярного трения расходуется часть подводимой мощности, которая составляет потери на гистерезис. Величина этих потерь зависит от частоты перемагничивания ротора , а следовательно, от скольжения:

(23.2)

где — потери на гистерезис при неподвижном роторе (при =1),

т. е. в режиме к. з.

Так как электромагнитная мощность, передаваемая ротору, равна потерям в роторе, деленным на скольжение [см. (13.5)]:

, (23-3)

а вращающий момент — электромагнитной мощности, деленной на синхронную угловую скорость:

(23.4)

то, очевидно, величина гистерезисного момента не зависит от час­тоты вращения ротора (скольжения). График М_г= представ­ляет собой прямую, параллельную оси абсцисс (рис. 23.7).

Угол гистерезисного сдвига зависит от ширины петли гисте­резиса: чем шире петля гистерезиса магнитного материала, тем больше угол гистерезисного сдвига. На рис. 23.8, а представлены две петли гистерезиса: обычной стали (кривая 2) и сплава викаллой (кривая 1).

Рис. 23.7. Механические характеристики гистерезисного двигателя

Рис. 23.8. Петли гистерезиса обычной электротехнической стали

и сплава викаллой (а) и устройство сборного ротор;

гистерезисного двигателя (б)

Применение обычной стали для изготовления ротора не обес­печивает гистерезисного момента достаточной величины. Только магнитно-твердые материалы, например такие, как

викаллой, дают возможность получить большой гистерезисный момент. Роторы гистерезисных двигателей обычно делают сборными. Магнитно-твердая часть выполняется в виде шихтованного или массивного кольца 1, размещенного на втулке 2 (рис. 23.8, б). Последняя же­стко посажена на вал 3.