Лекция №11 АСИНХРОННЫЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И АСИНХРОННЫЕ ТАХОГЕНЕРАТОРЫ
11.1 Устройство асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором
Двигатели с полым немагнитным ротором в настоящее время являются весьма распространенными исполнительными двигателями переменного тока. Основное достоинство их — малоинерционность, что достигается особой конструкцией ротора.
Полый немагнитный ротор выполняется в виде тонкостенного алюминиевого стакана и не имеет сердечника. Такая конструкция обладает малым моментом инерции и обеспечивает весьма ценное свойство — быстродействие.
Двигатели с полым немагнитным ротором выпускаются мощностью от долей до сотен Ватт как на промышленную частоту 50 Гц, так и на повышенные частоты — 400, 500, 800 и 1000 Гц.
Конструкция двигателя с полым немагнитным ротором представлена на рис. 11.1.
Рис. 11.1 Асинхронный двигатель с полым немагнитным ротором
1- внешний статор; 2- внутренний статор; 3- обмотки статора; 4- полый ротор; 5- подшипниковый щит; 6- вал
Принцип действия этого двигателя состоит и следующем: переменный ток, протекая по обмоткам статора 3, создает вращающейся (в общем случае эллиптическое) магнитное поле, которое, пересекая полый ротор 4, наводит в нем вихревые токи. В результате взаимодействия этих токов с вращающимся магнитным полем возникает вращающий момент, который, действуя на ротор, увлекает его в сторону поля. Внешний статор 1 ничем не отличается от статора асинхронного двигателя обычной конструкции. Он набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. В пазах статора располагают обмотки 3 управления и возбуждения, сдвинутые в пространстве на 90 эл. град. Эти обмотки выполняют разделенными (рис. 11.2, а), либо соединенными по мостиковой схеме (рис. 11.2, б).
Рис. 11.2 Схемы обмоток статора асинхронного исполнительного двигателя
а) разделенные обмотки; б) обмотки, соединенные по мостиковой схеме
Мостиковая схема представляет собой замкнутую обмотку с пайками через 90 эл. град. Она позволяет сравнительно просто осуществить пространственный сдвиг обмоток точно на 90 эл. град. и способствует лучшему распределению токов и потерь в обмотке. Однако из-за наличия электрической связи цепей возбуждения и управления, а также из-за большого числа отпаек при большом числе пар полюсов (2р) мостиковая схема применяется реже.
Внутренний статор 2 (см. рис. 11.1) набирают из листов электротехнической стали на цилиндрическом выступе одного из подшипниковых щитов 5. Он служит для уменьшения магнитного сопротивления на пути основного (рабочего) магнитного потока.
Полый ротор двигателя 4 выполняют в виде тонкостенного стакана из немагнитного материала — чаще всего сплавов алюминия. Ротор жестко укреплен на валу 6, который свободно вращается в подшипниках. Толщина стенок ротора зависит от мощности двигателя и составляет 0,2÷1 мм. Уменьшение толщины стенок связано с технологической сложностью изготовления стакана ротора.
Между стенками ротора и внешним и внутренним статорам имеются воздушные зазоры, величины которых обычно не превосходят 0,1÷0,25 мм.
В двигателях мощностью менее 1,5 Вт обмотки возбуждения и управления часто размещают в пазах внутреннего статора. При этом внешний статор не имеет пазов и служит лишь для уменьшения магнитного сопротивления. Такая конструкция значительно облегчает процесс укладки обмоток в пазы, что особенно важно при малых диаметрах расточки статора, и несколько повышает вращающий момент. При этом диаметр ротора для увеличения обмоточного пространства на внутреннем статоре приходится несколько увеличивать, что приводит к некоторому возрастанию момента инерции ротора. Для частичного уменьшения последнего иногда одну из обмоток размещают на внутреннем, а другую — на наружном статоре.
Характерная особенность двигателя с полым немагнитным ротором —большой немагнитный промежуток на пути потока который состоит из двух воздушных зазоров (между внешним статором и ротором; между ротором и внутренним статором) и толщины стенки немагнитного стакана ротора. Таким образом, общая величина немагнитного промежутка между внешним и внутренним статорами составляет 0,4÷1,5 мм.
Вследствие большого немагнитного зазора двигатели с полым немагнитным ротором имеют большой намагничивающий ток (0,8÷0,9 от номинального тока) и низкий коэффициент мощности. Последний недостаток у двигателей с конденсаторным сдвигом фаз практически мало ощущается, но большая величина намагничивающего тока всегда приводит к большим электрическим потерям в обмотках двигателя и значительно снижает его КПД. В отличие от всех типов роторов, применяемых в асинхронных исполнительных двигателях, полый немагнитный ротор при большом активном сопротивлении r2 обладает весьма незначительным индуктивным сопротивлением х2. Это свойство ротора способствует значительному повышению качества механических и регулировочных характеристик, двигателей.