16.2 Синхронные двигатели с постоянными магнитами

Синхронный двигатель с постоянными магнитами отличается от двигателя с обмоткой возбуждения тем, что магнитное поле ротора создается здесь за счет постоянных магнитов. Двигатель не имеет скользящих контактов, не требует источника питания постоянного тока и в то же время по своим пусковым и рабочим свойствам весьма близок к двигателю с обмоткой возбуждения постоянного тока.

Роторы двигателей с постоянными магнитами сочетают в себе элементы синхронных двигателей (постоянные магниты) и элементы асинхронных двигателей (короткозамкнутую обмотку, выполненную в виде беличьей клетки).

В настоящее время получили распространение две конструкции роторов с постоянными магнитами: в первой из них (рис. 16.1, а) постоянный магнит 1 и шихтованный сердечник 2 с короткозамкнутой обмоткой располагаются в расточке статора 3 радиально; во второй (рис. 16.1, б)— аксиально. Роторы последней конструкции обычно применяют для многополюсных машин с малым внутренним диаметром статора в тех случаях, когда выполнение лучшей в электромагнитном отношении первой конструкции затруднительно.

Рис. 16.1. Роторы синхронных двигателей с постоянными магнитами

При пуске двигатель работает как асинхронный — его момент создается за счет взаимодействия вращающегося поля с наведенными им токами в короткозамкнутой обмотке ротора. При частоте вращения, близкой к синхронной, ротор за счет взаимодействия поля постоянных магнитов с вращающимся магнитным полем статора втягивается в синхронизм и в дальнейшем работает с синхронной частотой вращения.

Особенность процесса пуска в ход двигателей состоит в том, что они пускаются в возбужденном состоянии, в то время как при пуске в ход двигателей с электромагнитным возбуждением обмотку возбуждения отключают от источника постоянного тока (см. л.№15, АЭМ).

В процессе разгона ротора (под действием асинхронного момента) магнитное поле постоянных магнитов наводит в обмотках статора ЭДС, которая не уравновешивается напряжением источника питания, так как ее частота при n₂<n₁ не равна частоте источника . Под действием этой ЭДС в цепи обмотки статора возникают токи, которые взаимодействуют с полем ротора и создают тормозной (генераторный) момент M_T, направленный встречно полезному асинхронному моменту М_а. Это несколько ухудшает пусковые свойства двигателей с постоянными магнитами (рис. 16.2) и требует особого внимания при проектировании — правильного выбора параметров двигателя и прежде всего степени возбужденности постоянных магнитов.

Рис. 16.2. Механические характеристики синхронного двигателя с постоянными магнитами в асинхронном режиме

Дело в том, что увеличение возбужденности постоянных магнитов, с одной стороны, способствует повышению момента (а следовательно, и механической мощности) в синхронном режиме, а с другой, — способствует возрастанию тормозного момента при пуске, то есть ухудшению пусковых свойств. При неправильном выборе степени возбужденности двигатель либо не будет пускаться (вследствие большого тормозного момента), либо не будет развивать должной механической мощности в синхронном режиме.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами получили довольно широкое распространение вследствие хороших пусковых и рабочих свойств. Эти двигатели надежны в работе, имеют постоянную мгновенную частоту вращения (за один оборот), высокие КПД и cosφ .