Материал: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник

Реактивные двигатели могут выполняться как для трехфазной сети, так и для однофазной. В последнем случае обмотка статора вы­ полняется двухфазной, и в одну из фаз включается фазосмещающий элемент, как было указано в § 31-1. Обычно включается конденсатор, так как это обеспечивает большой пусковой момент и повышает коэф­ фициент мощности двигателя. Возможно также применение расщеп­ ленных полюсов для создания вращающегося поля, хотя такие дви­ гатели обладают очень малым пусковым моментом, низким к. п. д.

и cos ср.

Эллиптическое вращающееся поле в реактивных двигателях приводит к увеличению шума и вибраций и часто нарушает равномер­ ное вращение ротора.

При неудачном соотношении между размерами полюсной дуги и междуполюсного пространства и малой емкости конденсатора эллип­

емкостному сопротивлению конденсатора.

В некоторых случаях применяются однофазные синхронные дви­ гатели с пульсирующим магнитным потоком. Схематическое устрой­ ство такого двигателя показано на рис. 39-10. Статор 1 имеет только два явновыраженных полюса и собирается из листовой электротехни­ ческой стали. Ротор 2 выполняется из стали и имеет число полюсов, определяемое необходимой скоростью вращения и частотой сети. Пульсирующий магнитный поток создается переменным током, про­ текающим в катушке 3. Под действием магнитных сил ротор стре­ мится занять такое положение, при котором магнитная проводимость была бы наибольшей.

Если довести ротор до синхронной скорости посторонним уси­ лием, то затем ротор будет поворачиваться магнитными силами в ука­ занное выше положение (чтобы оси полюсов ротора и статора совпа­ дали), но по инерции будет проходить это положение, чему будет спо­ собствовать также ослабление магнитного потока вследствие умень­ шения тока в катушке. В дальнейшем при возрастании тока в ка­ тушке и соответственно магнитного потока будет притягиваться уже следующая пара полюсов и т. д. Таким образом, в этом двигателе вращающий момент пульсирует с двойной частотой сети, и для полу­ чения равномерного вращения ротора необходимо увеличивать его момент инерции. Большим недостатком таких двигателей является ограниченная мощность, не более 1,5 вт.

466

Для увеличения вращающего момента на статоре делаются не два полюса, а столько же, сколько и на роторе. Тогда силы магнитного притяжения действуют одновременно между всеми полюсами. Обычно такие двигатели выполняются на небольшие скорости вращения; только в этом случае удается обеспечить равномерность вращения. Подобные двигатели применялись для электропроигрывателей мощ­ ностью 0,8 вт при скорости вращения 78 об/мин.

Недостатками двигателей являются: отсутствие пускового момен­ та, склонность к качаниям и низкие к. и. д. и cos ф.

В настоящее время разработаны синхронные двигатели, в кото­ рых скорость вращения ротора составляет определенную (сравни­ тельно небольшую) часть скорости вращающегося магнитного поля. На рис. 39-11 представлена магнитная система такого двигателя.

В общем случае обмотка статора может иметь р пар полюсов;

П= —-г;— ---- Д об мин.

Р

В таком исполнении получается сочетание двигателя, у которого скорость вращения поля n1 = Q0f/p и редуктора с передаточным числом Z2/(Z2 — Zx).

Достоинством двигателя является постоянство скорости в тече­ ние одного оборота, т. е. равномерность вращения.

Для значительного уменьшения скорости вращения или для-полу- чения двух различных скоростей вращения ротор может быть выпол­ нен в виде кольца с внутренними зубцами и с обмоткой, внутри ко­ торого помещается еще один зубчатый ротор.

467

39-10. Гистерезисные двигатели

Если внутри статора, обмотка которого создает вращающееся магнитное поле, поместить цилиндр из магнитного материала, то такой ротор будет вращаться и сможет преодолевать нагрузочный мо­ мент на валу. Вращение ротора с синхронной скоростью происходит под действием гистерезисного момента, природу которого можно по­ яснить следующим образом. Пусть в рассматриваемый момент вре­ мени поле двухполюсного статора направлено по вертикальному диаметру и ротор вращается без нагрузки и трения в подшипниках. Тогда элементарные магнитики ротора ориентированы так, как по­ казано на рис. 39-12, а, и между статором и ротором существуют толь­ ко радиальные силы F магнитного притяжения. На поверхности ро­ тора появляется зафиксированная полярность, и перемагничивание материала ротора не происходит.

Рис. 39-12. Гистерезисный двигатель: а — при холостом ходе, 6 — при нагрузке

Если теперь приложить к ротору нагрузочный момент, то для про­ должения вращения ротора с синхронной скоростью должна поя­ виться касательная составляющая FKсил магнитного притяжения, т. е. магнитная ось ротора должна отстать от поля статора на угол 0 (рис. 39-12, б). Это возможно в том случае, когда под влиянием коэр­ цитивной силы будет сохраняться намагниченность ротора (прежняя ориентация элементарных магнитиков). По мере роста нагрузки на валу угол 0 будет увеличиваться, так как М = М тsin Ѳ.

Величина наибольшего вращающего момента М т зависит от ма­ териала ротора (ширины петли гистерезиса), магнитной индукции в зазоре и не зависит от скорости вращения (скольжения). Гистере­ зисная петля обычной электротехнической стали узкая (1 на рис. 39-13) и поэтому гистерезисный момент незначителен, хотя иногда под влиянием этого момента наблюдается вращение ротора асинхронного двигателя при разомкнутой фазной обмотке. Для уве­ личения гистерезисного момента применяются в роторе специальные сплавы с широкой гистерезисной петлей (2 на рис. 39-13), например викаллой.

468

Внастоящее время гистерезисные двигатели выпускаются с двумя типами роторов: массивным и шихтованным. С целью экономии активная часть ротора выполняется в виде тонкостенного цилиндра, насаженного на втулку.

Вдвигателях с массивным ротором, кроме гистерезисного момента Мг, при скорости вращения, отличной от синхронной, возникает также асинхронный момент Ма в результате взаимодействия вращаю­ щегося поля с вихревыми токами в материале ротора. Вследствие большого удельного сопротивления материала ротора этот момент достигает максимума при неподвижном роторе или даже в области sm > 1, а при синхронной скорости он равен нулю и становится отри­

цательным при скорости выше синхронной. Приближенно можно

считать, что этот момент в режиме двигателя пропорционален сколь­ жению, т. е.

смассивным ротором

М= Мг + Ма = Мг + Ma.us.

Двигатель с массивным ротором может также работать и в асин­ хронном режиме; однако вследствие перемагничивания ротора по­ лучаются довольно значительные потери, особенно при больших скольжениях; поэтому в асинхронном режиме гистерезисные двига­ тели используются редко.

Положительными качествами гистерезисных двигателей являются большой пусковой момент и момент входа в синхронизм, плавность входа в синхронизм, сравнительно высокий к. п. д., низкий уровень шума и возможность изменения скорости вращения путем переклю­ чения числа пар полюсов обмотки статора.

К недостаткам гистерезисных двигателей следует отнести низкий коэффициент мощности и склонность к качаниям.

Наибольший вращающий момент, коэффициент мощности cos ф и к. п. д. т) могут быть значительно повышены в результате кратко­

469