Синхронные машины и специальные типы синхронных машин. Реактивный двигатель. Шаговый двигатель?

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Принцип действия и устройство. Реактивным двигателем называют синхронный двигатель с явнополюсным ротором без обмотки возбуждения и постоянных магнитов, у которого магнитный поток создается реактивным током, проходящим по обмотке статора. Вращающий момент в таком двигателе возникает из-за различия магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям. При этом явновыраженные полюсы ротора стремятся ориентироваться относительно поля так, чтобы магнитное сопротивление для силовых линий поля было минимальным. Вследствие этого появляются тангенциальные силы f _т (рис. 7.5), образующие вращающий момент, и ротор вращается в том же направлении и с той же частотой вращения n ₁, что и поле статора.

Обмотка статора в двигателях общего применения распределенная, трех- или двухфазная с конденсатором в одной из фаз; она создает вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя может иметь различные конструктивные исполнения. На рис. 7.6, а приведено наиболее простое устройство ротора; его собирают из стальных листов аналогично роторам асинхронных двигателей; листы имеют впадины, обеспечивающие различные индуктивные сопротивления по осям d и q. Для пуска в ход двигателя на роторе предусмотрена короткозамкнутая обмотка типа «беличья клетка». Однако двигатели с роторами этой конструкции имеют низкие технико-экономические показатели.

Более высокие показатели получены при использовании современных усовершенствованных конструкций ротора (рис. 7.6, б и в), в которых пазы или вырубки в листах заливают алюминием. Реактивные двигатели с роторами новой конструкции имеют приблизительно такие же технико-экономические показатели, как и другие типы синхронных и асинхронных микродвигателей.

Рис. 7.5. Схема возникновения реактивного момента

 

Рис. 7.6. Роторы реактивных двигателей: 1 — пакет ротора; 2 — обмотка типа «беличья клетка»; 3 — вырезы, залитые алюминиевым сплавом

Электромагнитный момент и угловые характеристики. Электромагнитный момент реактивного синхронного двигателя можно определить по общей формуле (6.36) для синхронной машины, при работе с током возбуждения, равным нулю. В этом случае ЭДС Е ₀ = 0 и (6.36) принимает вид

(7.4)

М = Р эм /ω 1 = [mU ^2 /(2ω 1 )] (1/X q + 1/X d ) sin2θ.

Однако при выводе (6.36) не учтены потери мощности Δ P _эл1 в обмотке якоря и принято, что электромагнитная мощность Р _эм равна мощности P _эл, поступающей в обмотку якоря (в двигателе) или отдаваемой ею (в генераторе). В машинах большой и средней мощности это допущение не вносит заметных погрешностей в основные положения теории работы синхронных машин, так как активное сопротивление R _a обмотки якоря у них значительно меньше реактивных сопротивлений X _d и Х _q. В микромашинах при Р _ном < 0,5 кВт активное сопротивление R _a имеет такой же порядок, как и реактивные сопротивления, вследствие чего потери мощности в нем оказывают влияние на электромагнитный момент, а следовательно, и угловую характеристику. Из векторной

Рис. 7.7. Векторная диаграмма реактивного двигателя (а),его угловые характеристики при различных значениях R а / X d (б)

диаграммы (рис. 7.7, а) синхронного двигателя, работающего без возбуждения при Е ₀ = 0 и учете активного сопротивления якоря R _a (она может быть построена на основании диаграммы, приведенной на рис. 6.37,б), можно получить формулу для определения электромагнитного момента:

(7.5)

M =	P эм	=	mU ^2 (X d - X q )	[(X d X q - R a^2 )sin ^2 θ - 2R a (X d - X q )sin ^2 θ + 2R a X q ].
ω 1	2ω 1 (X d X q + R a^2 )

С увеличением R _a максимальный момент М _max уменьшается, и угловая характеристика (рис. 7.7, б) сдвигается в область меньших углов θ. Максимальный момент реактивного двигателя соответствует углу θ = 25 ÷ 45°.

Устойчивость работы двигателя зависит от значения удельного синхронизирующего момента М _сн.уд — электромагнитного момента, приходящегося на один градус угла θ. Этот момент обычно определяют при значениях θ, близких нулю, т. е. при М _сн.уд = (dM/dθ)θ = 0. Значения удельного синхронизирующего момента М _сн.уд зависят от приложенного напряжения U и отношения X _q /X _d.

Начальный пусковой момент у реактивных двигателей, так же как и у синхронных двигателей с обмоткой возбуждения. и постоянными магнитами, равен нулю. Следовательно, peaктивные двигатели должны иметь пусковую обмотку типа «беличья клетка» для асинхронного пуска. Эта обмотка является одновременно демпферной, которая способствует быстрому затуханию колебаний ротора.

Преимущества и недостатки реактивного двигателя. Реактивные двигатели проще по конструкции, надежнее в работе и дешевле по сравнению с синхронными двигателями с обмоткой возбуждения на роторе; при их использовании не требуется иметь источник постоянного тока для питания цепи возбуждения. Основными недостатками реактивного двигателя являются сравнительно небольшой пусковой момент и низкий cos φ, не превышающий обычно 0,5. Это объясняется тем, что магнитный поток создается только за счет реактивного тока обмотки якоря, значение которого из-за повышенного сопротивления магнитной цепи машины довольно велико.

Шаговые (импульсные) двигатели (ШД) – представляют собой синхронные микродвигатели, у которых питание фаз обмотки якоря осуществляется путём подачи импульсов напряжения от какого либо коммутатора, например, электронного. Под воздействием каждого такого импульса ротор двигателя совершает определённое угловое перемещение, называемое шагом. В качестве ШД обычно применяют синхронные двигатели без обмотки возбуждения на роторе: с постоянными магнитами, реактивные и индукторные (с подмагничиванием). Наибольшее применение ШД получили в электроприводах с программным управлением.