Электрические двигатели и генераторы

Однофазные двигатели с экранированными полюсами  

Однофазные двигатели с экранированными полюсами получили в последние годы широкое распространение. Они обычно выполняются на малые мощности (0,5 – 30 Вт) и применяются в тех случаях, где не требуется большой начальный вращающий момент.

По устройству они являются одними из наиболее простых электродвигателей (рис. 3-97): их статорная (главная) обмотка состоит из катушек, надетых на полюсы; ротор имеет короткозамкнутую обмотку в виде клетки.

Рис. 3-97. Однофазный двигатель с экранированными полюсами.
1 и 2 – обмотки статора и ротора; K – короткозамкнутый виток; Ш – магнитный шунт.

Для создания пускового момента на статоре помещается вспомогательная обмотка в виде короткозамкнутых витков, охватывающих части полюсов.

Магнитные потоки под этими частями оказываются сдвинутыми по фазе (во времени) и в пространстве относительно потоков под основными частями полюсов, вследствие чего под полюсами возникают бегущие магнитные поля, которые, взаимодействуя с наведенными ими в обмотке ротора токами, создают пусковой вращающий момент.

Направление вращения двигателя указано на рис. 3-97. Оно будет таким же, как направление вращения поля в зазоре от основной части полюса к его экранированной части.

Двигатели имеют относительно низкие значения Мнач, Мм и к.п.д. Некоторое улучшение их пусковых и рабочих характеристик удается получить путем применения магнитных шунтов, которые выполняются из стальных пластинок и помещаются между полюсными наконечниками (рис. 3-97).

Асинхронные исполнительные двигатели

Для осуществления автоматического управления, регулирования или контроля во многих случаях требуется преобразование «электрического сигнала» в механическое вращение. При этом применяются исполнительные двигатели, в качестве которых часто используются асинхронные двигатели с двумя обмотками на статоре и короткозамкнутым ротором. Обмотки в пазах статора размещаются так же, как в однофазном двигателе, имеющем главную и вспомогательную фазы.

Обычные схемы включения асинхронных исполнительных двигателей приведены на рис. 3-98.

Рис. 3-98. Схемы включения асинхронных исполнительных двигателей.

Здесь одна из фаз статора называется обмоткой возбуждения (В), а другая фаза – обмоткой управления (У). Такие схемы позволяют пускать в ход и останавливать двигатель и регулировать его частоту вращения путем изменения напряжения UУ на обмотке управления; при этом обмотка возбуждения остается приключенной к сети.

В отличие от обычных асинхронных двигателей к исполнительным асинхронным двигателям предъявляется ряд особых требований:

отсутствие «самохода» (вращения двигателя после снятия сигнала управления);

изменение частоты вращения двигателя в широких пределах при изменении напряжения управления UУ по величине и фазе;

устойчивость работы при всех частотах вращения;

большой начальный пусковой момент;

линейность регулировочных и механических характеристик;

малая мощность управления;

быстродействие.

Под самоходом двигателя понимается его вращение после снятия сигнала (напряжения) с обмотки управления. Такого вращения (самохода) не должно быть. Двигатель должен быстро останавливаться после отключения обмотки управления. В противном случае он перестает быть управляемым. Для устранения самохода двигателя необходимо, чтобы обмотка его ротора имела большое активное сопротивление.

Обратимся к рис. 3-99, где показаны кривые моментов однофазного двигателя (включена только одна обмотка В): от прямого поля М', от обратного поля М" и результирующего М; здесь же показана кривая момента Mg двухфазного двигателя (включены обе обмотки В и У).

Рис. 3-99. Кривые моментов двигателя при различных активных сопротивлениях роторной обмотки.
а – при малом сопротивлении; б – при большом сопротивлении.

Из рис. 3-99,а следует, что при отключении обмотки У работа двигателя переходит с кривой Mg на кривую М и двигатель будет продолжать вращаться в направлении вращения прямого поля, если момент М равен тормозящему моменту на его валу. Следовательно, в этом случае имеем самоход двигателя. Кривые тех же моментов двигателя, обмотка ротора которого имеет большое активное сопротивление, показаны на рис. 3-99,б. Из этого рисунка следует, что здесь самохода не будет, так как при отключении обмотки У работа двигателя переходит с кривой Mg (при скольжении ротора относительно прямого поля sпр < l) на кривую М и двигатель быстро тормозится.

Активное сопротивление роторной обмотки выбирается таким образом, чтобы критическое скольжение двигателя в однофазном режиме было больше единицы; обычно sк = 24.

Большое сопротивление обмотки ротора исполнительного двигателя в то же время обеспечивает его устойчивую работу при широких пределах изменения напряжения на обмотке управления.

Линейность регулировочных характеристик [п = f(Uу) при Mg = const] и механических характеристик [n = f(Mg) при Uу = const] также в значительной степени обеспечивается при большом активном сопротивлении обмотки ротора; при этом под линейностью характеристик здесь понимается их приближение к пропорциональным зависимостям.

Из схем включения асинхронных исполнительных двигателей следует предпочесть схему на рис. 3-98,б, так как при этой схеме вследствие компенсации индуктивного сопротивления обмотки У емкостью заметно снижается мощность управления и в то же время возрастает начальный пусковой момент.

Быстродействие двигателя будет определяться практически только моментом инерции его вращающихся частей, так как электромагнитные процессы здесь затухают весьма быстро из-за относительно больших активных сопротивлений его обмоток. Наибольшее быстродействие имеет двигатель с немагнитным полым ротором.

Асинхронный исполнительный двигатель с немагнитным полым ротором наиболее часто применяется как исполнительный двигатель переменного тока в различных схемах автоматических устройств. Мощность его колеблется от десятых долей ватта до нескольких сотен ватт при частоте вращения от 1 500 до 30 000 об/мин.

Конструкция двигателя представлена на рис. 3-100, и схемы включения его обмоток – на рис. 3-101.

Рис. 3-100. Двигатель с немагнитным полым ротором.
1 – внешний статор; 2 – внутренний статор; 3 – полый ротор; 4 – корпус; 5 – подшипниковые щиты; 6 – обмотки; 7 – вал.

Рис. 3-101. Схемы включения обмоток статора.
а – раздельная; б – мостовая.

Внешний статор 1 собирается из тонких лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,2  0,5 мм (при частоте тока соответственно 500 – 50 Гц). В пазах статора помещаются обмотки 6 – возбуждения и управления. Они могут быть выполнены или в виде двух отдельных обмоток, изолированных одна от другой, или в виде обмоток, соединенных по мостовой схеме (рис. 3-101). Последняя схема применяется сравнительно редко, несмотря на то, что электрические потери здесь будут меньше, чем при двух раздельных обмотках. К недостаткам ее следует отнести электрическую связь между цепями возбуждения и управления и увеличенное число проводников для обмоток из-за наличия параллельных ветвей.

Внутренний статор 2 также собирается из лакированных листов электротехнической стали и служит для уменьшения магнитного сопротивления главному потоку, проходящему через зазор. Он насаживается на цилиндрический выступ щита.

Полый ротор 3 представляет собой тонкостенный стакан, выполняемый обычно из алюминиевого сплава. Дно стакана жестко укрепляется на валу 7. Толщина его стенки колеблется от 0,2 до 1 мм. Такой ротор имеет очень небольшой момент инерции, что во многих случаях и требуется от исполнительного двигателя.

Зазором в двигателе следует считать зазор между внешним и внутренним статорами. Он относительно велик: 0,5 – 1,5 мм. Вследствие этого возрастают намагничивающие токи обмоток, что приводит к увеличению электрических потерь в них. Кроме того, большие электрические потери возникают в роторе. Поэтому к.п.д. рассматриваемого двигателя имеет низкие значения. Из-за больших потерь приходится увеличивать размеры двигателя, чтобы получились достаточные поверхности охлаждения.

На главную