Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гистерезисный двигатель

Гистерезисный двигатель

  • Викифицировать статью.
  • Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии.
  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Добавить иллюстрации.

Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

Гистерезисный двигатель (ГД) — вид электрических машин, в основе работы которых лежит эффект магнитного гистерезиса. В гистерезисных двигателях вращающий момент возникает за счёт гистерезиса при перемагничивании ротора из магнитотвёрдого материала полем статора [1] [2] .

Гистерезисное преобразование энергии, в отличие от любого другого электромеханического преобразования, является универсальным, то есть синхронно — асинхронным. В асинхронном режиме оно, как и индукционное преобразование, имеет необходимым условием потери скольжения в подвижном элементе. Однако здесь потери скольжения пропорциональны лишь первой степени частоты, а не второй, как при индукционном преобразовании. Этим фактором обусловлены главным образом особенности характеристик гистерезисного преобразователя в асинхронном режиме.

В отличие от магнитоэлектрического преобразования энергии здесь допускается перемещение намагниченности подвижного элемента относительно его геометрических осей (пространственное перемагничивание). Эта особенность не позволяет распространять на синхронный режим общие закономерности магнитоэлектрического преобразования.

По сравнению с электромагнитным преобразованием отличие состоит в том, что проводимости подвижного элемента (ротора) по его геометрическим осям неоднозначны: они зависят от предыстории магнитного состояния ротора.

Совокупность этих особенностей приводит на практике к принципиальным отличиям в характеристиках, алгоритмах и средствах управления, выделяющим гистерезисный электропривод в самостоятельный класс электроприводов.

Содержание

  • 1 Достоинства
  • 2 Недостатки
  • 3 См. также
  • 4 Примечания
  • 5 Литература

Достоинства

Достоинства гистерезисных двигателей [3] :

  • простота конструкции и надёжность в работе;
  • большой пусковой момент;
  • плавность входа в синхронизм;
  • сравнительно высокий КПД;
  • бесшумность в работе;
  • малое изменение тока от пуска до номинальной нагрузки.

Недостатки

Недостатки гистерезисных двигателей [4] :

  • низкий коэффициент мощности cos ⁡ ( φ ) = 0 , 4 − 0 , 5 ;
  • сравнительно высокая стоимость;
  • при резких колебаниях нагрузки склонны к качаниям, что ограничивает области применения гистерезисных двигателей.

Гистерезисный двигатель

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Ноября 2013 в 12:01, доклад

Описание работы

Гистерезисным двигателем называют синхронный двигатель, вращающий момент которого создаётся за счет явления гистерезиса при перемагничивании ферромагнитного материала ротора.
Впервые предложение об использовании вращающего момента, обусловленного гистерезисом, было сделано ученым-электротехником Чарльзом Штейнметцем в 1900 году.

Файлы: 1 файл

Доклад.docx

Электрическая машина — это электромеханический преобразователь энергии, действие которого основано на использовании явления электромагнитной индукции и законов, определяющих взаимодействие электрических токов и магнитных полей.

Электрические машины, предназначенные для преобразования электрической энергии в механическую называются двигателями (иначе — генераторами).
Гистерезисным двигателем называют синхронный двигатель, вращающий момент которого создаётся за счет явления гистерезиса при перемагничивании ферромагнитного материала ротора.

Впервые предложение об использовании вращающего момента, обусловленного гистерезисом, было сделано ученым- электротехником Чарльзом Штейнметцем в 1900 году.

Первый гистерезисный двигатель был построен в 1911 году.

В 1918-1920 году появились однофазные гистерезисные двигатели мощностью на доли ватта – двигатели Уоррена, использовавшиеся для завода часовых пружин, привода часов, реле и т.д.

В 1936-1937 годах появились трехфазные гистерезисные двигатели мощностью от нескольких Ватт до 100-200 Вт.

В 1937 впервые запатентован гистерезисный двигатель с перевозбуждением.

Устройство гистерезисного двигателя.

Статор в гистерезисном двигателе выполняется так же, как и в других машинах переменного тока; обмотка статора может быть трех- или двухфазной (с конденсатором в одной из фаз). Ротор двигателя представляет собой стальной цилиндр, выполненный из магнитно-твердого материала (имеющего широкую петлю гистерезиса) без обмотки. Применение обычной электротехнической стали для изготовления ротора не позволяет получить достаточно большой электромагнитный момент, поэтому используют специальные магнитно-твердые сплавы. Для экономии дорогих специальных сплавов роторы гистерезисных двигателей выполняют сборными: в виде массивного или шихтованного (из отдельных изолированных пластин) кольца из кобальтовой стали, насаженного на стальную или аллюминиевую втулку.

Принцип действия гистерезисного двигателя.

Ротор гистерезисного двигателя намагничивается под действием магнитного поля статора.

В момент времени, когда вектор вращающегося магнитного потока статора Ф1 занимает положение А, элементарные магнитики ротора ориентируются вдоль этого потока. Силы взаимодействия элементарных магнитиков, например М1 и М2, с потоком статора Fэм направлены вдоль этого потока и вращающего момента не создают. При перемещении потока статора в положение Б в том же направлении будут поворачиваться и элементарные магнитики. Однако вследствие явления гистерезиса магнитики не повернутся на тот же угол, что и поток Ф1, и между ними образуется угол γг — угол гистерезисного запаздывания. При этом силы Fэм будут иметь тангенциальные составляющие Ft, которые и создадут гистерезисный момент асинхронного режима Мга.

Возникающий гистерезисный момент пропорционален модулю векторного произведения пространственных векторов магнитного потока ротора Ф2, образованного элементарными магнитиками, и МДС статора F1, которые вращаются с одинаковой скоростью со сдвигом на угол γг:

где К — конструктивный коэффициент.

Значения F1 и Ф2 при симметричном, например, трехфазном питании от угловой скорости ротора не зависят. Угол γг также не зависит от угловой скорости ротора и определяется коэрцитивной силой материала ротора. Чем больше коэрцитивная сила, тем сильнее должно изменяться внешнее поле, прежде чем начнет изменяться направление поля элементарных магнитиков. Соответственно не зависит от угловой скорости ротора и значение вращающего гистерезисного момента Мга.

В асинхронном режиме ротор вращается с меньшей скоростью, чем поле статора (Ω уменьшается.

Способы перевозбуждения гистерезисного двигателя.

При перевозбуждении ток, потребляемый двигателем из сети, имеет ёмкостную составляющую. Это весьма ценно, поскольку ёмкостный ток компенсирует индуктивные токи, потребляемые из сети другими потребителями (асинхронными двигателями, различного рода катушками и т.п.), и тем самым улучшается коэффициент мощности всей сети. Увеличение же коэффициента мощности означает увеличение КПД двигателя. Рассмотрим некоторые способы перевозбуждения гистерезисного двигателя.

В рабочем синхронном режиме перевозбуждения двигателя можно достичь путём подмагничивания ротора с помощью кратковременного (на 2-3 периода) повышения МДС статора за счёт увеличения подводимого к статору напряжения. Подмагниченный ротор начинает больше участвовать в создании основного магнитного потока и тем самым разгружать обмотку статора от реактивного намагничивающего тока.

Следующий способ был запатентован И. Ф. Мищенко, В. С. Рыбаковым в 1970 году.

Способ перевозбуждения синхронного гистерезисного двигателя при питании его от статического преобразователя частоты, состоит в снижении при пуске двигателя частоты на выходе преобразователя примерно в два раза, которая плавно повышается до номинальной, за счет чего осуществляется перевозбуждение двигателя, вызванное увеличением тока статора.

С целью снижения установленной мощности преобразователя и источника питания в предлагаемом способе пуск двигателя осуществляют до скорости выше номинальной, после чего его скорость уменьшают мгновенным снижением частоты на выходе преобразователя до поминального значения.

При пуске двигателя частота задающего генератора должна быть выше номинальной и определяется параметрами двигателя и его нагрузкой.

При вхождении двигателя в синхронпзм частота задающего генератора мгновенно снижается до номинального значения и двигатель переходит в генераторный режим, при этом его номинальное напряжение возрастает почти до двух раз, что и обеспечивает режим перевозбуждения двигателя.

В 1974 году Н. Н. Фархуллиным, И. И. Васильченко и В. А. Куфа был запатентован следующий способ.

После вхождения двигателя в синхронизм создают дополнительную ЭДС с частотой напряжения питания, действующую встречно приложенному напряжению питания. Предложенный способ перевозбуждения заключается в следующем.

Двигатель запускается и входит в синхронизм непосредственно в обмотке статора создается дополнительная встречная ЭДС, имеющая частоту напряжения питания. ЭДС сохраняется неизменной на время работы в синхронном режиме. В результате действия этой ЭДС уменьшается потребляемый двигателем ток, что соответствует режиму перевозбуждения. Величину ЭДС выбирают в зависимости от параметров двигателя.

Способ осуществляется с помощью простых и удобных устройств, например постоянно магнита на валу двигателя, который создает в обмотке статора ЭДС, направленную встречно напряжению питания.

И, наконец, один из последних способов, предложенный в 2012 году Домненко А. И. – «Способ перевозбуждения синхронного гистерезисного двигателя реакцией якоря».

В способе перевозбуждения синхронного гистерезисного двигателя перевозбуждение осуществляют за счет эффекта «реакции якоря» путем кратковременного перевода ГД в генераторный режим с подключением к его выводам в целом емкостной нагрузки. Ток, протекающий при этом по обмоткам статора ГД, создает магнитное поле, направленное согласно с полем ротора, и дополнительно намагничивает его. После этого ГД вновь подключается к источнику электропитания, при необходимости предварительно произведя синхронизацию напряжений. При этом ввиду наличия дополнительной намагниченности ротора снижается потребление электроэнергии. Напряжение питания может быть снижено ниже номинального с сохранением вращающего момента двигателя. Это приводит к дополнительному уменьшению потребляемой электроэнергии и увеличению эффективности использования ГД.

Из всего вышесказанного следует, что с развитием технологий повышение КПД гистерезисных двигателей становится всё более простой задачей, а значит, и их использование становится более рационально оправданным.

К недостаткам гистерезисных двигателей относятся повышенная стоимость из-за значительной стоимости магнитно-твердых сплавов и трудности их обработки, низкий коэффициент мощности и склонность к качаниям при резких изменениях нагрузки, большой технологический разброс характеристик двигателя, объясняющийся тем, что даже незначительные отклонения от установленного режима термической обработки ведут к значительным изменениям свойств магнитотвердых материалов.

Несмотря на все свои недостатки гистерезисные двигатели находят обширное применение благодаря тому, что обладают рядом ценных качеств. Они развивают большой пусковой момент Мп = Мга. Ротор двигателя входит в синхронизм плавно, без рывков благодаря практически постоянному значению гистерезисного момента весь период разгона. Потребляемый двигателем ток незначительно (на 20-30%) изменяется при изменении режима работы от пуска до холостого хода, что позволяет эффективно использовать гистерезисные двигатели в повторно-кратковременном режиме. Гистерезисные микродвигатели просты по конструкции и надежны в эксплуатации и имеют сравнительно большой КПД – до 60%.

Области применения гистерезисных двигателей: приборный маломощный управляемый электропривод, групповой привод механизмов, гироскопические системы. В авиации гистерезисные двигатели имеют применение в следящих системах, индикаторных и коммутационных устройствах (гироскопы, тахометры и другие), используются в качестве муфт, тахогенераторов, генераторов постоянной частоты и демпферов. Особыми преимуществами они обладают в тех случаях, когда требуется приводить во вращение тела с большими моментами инерции (гироскопы).

Синхронные машины: возбуждение, устройство, принцип работы

Синхронный двигатель

Этот тип двигателя способен работать одновременно и в качестве генератора, и как, собственно, двигатель. Его устройство сродни синхронному генератору. Характерной особенностью двигателя является неизменяемая частота роторного вращения от нагрузки.

Эти виды двигателей широко применяются во многих сферах, например, для электрических проводов, которым необходима постоянная скорость.



Общий принцип действия

По соответствию основному исполнению, статор считается якорем машины и имеет многофазную обмотку, чаще всего, рассчитанную на три фазы. Он выступает в качестве индуктора, обмотка ротора (возбуждения) служит для создания потока магнитной индукции возбуждения, ее питание осуществляется при использовании контактных колец, через щеточный механизм, от источника (якоря возбудителя). Конструктивное исполнение машины, прежде всего, зависит от необходимой частоты вращения, главным образом это сказывается на конструктивных особенностях ротора, он бывает двух основных видов, это явнополюсный и неявнополюсный типы.



Принцип работы синхронного двигателя

В основу его функционирования положено взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей индукторных полюсов. Обычно якорь находится в статоре, а индуктор распологается в роторе. Для мощных моторов используются электрические магниты для полюсов, а для слабых — постоянные.

Принцип работы синхронного двигателя включает в себя (кратковременно) и асинхронный режим, который обычно применяют для разгона до необходимой (то есть номинальной) скорости вращения. В это время индукторные обмотки замыкаются накоротко или посредством реостата. После достижения необходимой скорости индуктор начинают питать постоянным током.

Синхронные машины высокой мощности – конструктивные особенности

Ввиду использования значительной величины мощности, синхронная установка подвергается значительному механическому воздействию, а также электромагнитной нагрузке, вследствие чего происходит существенный нагрев различных частей машин, для чего необходимо выполнить интенсивное охлаждение машины. Чтобы сохранить определенные габаритные размеры, для получения необходимого значения мощности, выполняют машины с различными особенностями, диктующими подразделение машин на несколько типов, это: турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели.

Турбогенераторы

Конструкция машины исполнена с горизонтальной осью и работает за счет использования турбины, ротор обязательно неявнополюсного исполнения. Скорость вращения вала отличается максимально возможным числом оборотов вращения и составляет 3000 об/мин.

За счет того, что в машине всего два полюса, ее конструктивная часть отличается уменьшенными габаритами и весом. При использовании такого агрегата на АЭС, применяют машины с количеством оборотов вала 1500 об/мин, с 4 полюсами, диаметр ротора меньше длины его активной части. Система, используемая для охлаждения, применяет поверхностный и косвенный принудительный обдув, иногда применяют косвенное водородное или водяное и масляное охлаждение.

Гидрогенераторы

Функционирование гидрогенератора осуществляется при использовании гидравлической турбины, обладающей невысоким количеством оборотов вала от 50 до 500 об/мин. Ротор явнополюсного исполнения отличается наличием большого числа пар полюсов. Его диаметр для некоторых типов гидрогенераторов может доходить до 16 м., тогда как длина составляет всего 1,75 м. Его мощность достигает 640 МВ*А.

Вал может располагаться вертикально. Гидрогенератор и турбина объединены одним валом ротора, также на нем может быть установлен возбудитель, подвозбудитель и синхронный генератор, который осуществляет питание электрических двигателей, предназначенных для регулировки турбины. Главное усилие в машине приходится на опорный подшипник, он способен выдержать вес роторов всего оборудования, динамические усилия и давление воды, приложенное к турбинным лопастям. Система охлаждения в устройствах этого типа выполняется с помощью омывания капсулы, в которую заключены объединенные одним валом элементы синхронного агрегата.

Синхронный компенсатор

Машина генерирует реактивную мощность и работает в двигательном режиме холостого хода, использующего активную сетевую нагрузку. Конструкция явнополюсного исполнения обычно присутствует до восьми пар полюсов. Ротор изготовлен облегченным, так как на валу отсутствует какая-либо нагрузка. Часто используется герметизированная конструкция машины, без вывода наружу вала компенсатора, система охлаждения работает за счет использования водорода, закаченного при большом давлении, внутрь.

Дизель-генератор

Машина имеет в своей конструкции явнополюсный ротор и подразумевает горизонтальную установку вала. Особенность – использование одного опорного подшипника, в качестве второй опоры используется подшипник вала генератора. На едином с ними валу установлен возбудитель.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.



Асинхронный двигатель

Данный вид устройста представляет механизм, направленный на трансформацию электрической энергии переменного тока в механическую. Из самого названия «асинхронный» можно сделать вывод, что речь идет о неодновременном процессе. И действительно, частота вращения магнитного поля статора здесь выше роторной всегда. Такое устройство состоит из статора цилиндрической формы и ротора, в зависимости от вида которого асинхронные двигатели короткозамкнутые могут быть и с фазным ротором.

Два вида электродвигателей переменного тока

Асинхронные двигатели — наивная простота

Ротор то догоняет волну, то слегка отстает, потому что синхронно с ней бежать просто не может. Такое явление назвали «скольжением», догнав бегущее магнитное поле, ротор с беличьей клеткой теряет магнитную индукцию и дальше некоторое время просто скользит по инерции. А когда трение или нагрузка вынуждают его отстать от бегущего поля, он опять «почувствует» в себе изменения силовых линий обгоняющего его поля и снова обретет индукцию, а вместе с этим и силы двигаться.

То есть, ротор слегка проскальзывает: то догоняет бегущее равномерно по кругу магнитное поле, то «забывает, зачем бежал» и слегка приотстает, то снова «спохватывается» и опять стремится догнать. Постепенно эти отклонения стабилизируются — в зависимости от трения в подшипниках и величины нагрузки на вал — и асинхронный двигатель начинает работать просто со скоростью вращения, чуть меньшей частоты напряжения на статоре. Эта разница частот и называется частотой скольжения.

Двигатели синхронные: сложное в простом

Для того, чтобы ротор был связан с бегущей волной магнитного поля катушек статора жестким образом, придумали электродвигатель синхронный. А проблема решается просто. В роторе вместо изменяющегося магнитного поля от короткозамкнутых токов беличьей клетки нужно использовать постоянные магниты и их магнитное поле.

Вариантов два. Или это поле от постоянного магнита, закрепленного в роторе, или это поле от электромагнитов, установленных в роторе вместо такого магнита.

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия

Отличие работы двигателей — в роторе. У синхронного типа он заключается в постоянном или электрическом магните. Благодаря притягиванию разноименных полюсов вращающееся поле статора влечет и магнитный ротор. Их скорость получается одинаковой. Отсюда и название — синхронный.


В нем можно добиться, в отличие от асинхронного, даже опережения напряжения по фазам. Тогда устройство, подобно батареям конденсатора, может применяться для увеличения мощности.

Асинхронные двигатели, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является трудность регулировки частоты вращения. Для реверсирования трехфазного асинхронного двигателя (то есть изменения направления его вращения в противоположную сторону) меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, приближающихся к обмотке статора.

Если рассматривать частоту вращения, то имеют и здесь синхронный и асинхронный двигатель отличия. В синхронном типе этот показатель является постоянным, в отличие от асинхронного. Поэтому первый используют там, где необходима постоянная скорость и полная управляемость, например, в насосах, вентиляторах и компрессорах.

Выявить на том или ином устройстве наличие рассматриваемых типов приборов очень просто. На асинхронном двигателе будет не круглое число оборотов (например, девятьсот тридцать в минуту), в то время как на синхронном — круглое (например, тысяча оборотов в минуту).

И те, и другие моторы управляются достаточно сложно. Синхронный тип имеет жесткую характеристику механики: при любой меняющейся нагрузке на вал мотора частота вращения будет одной и той же. При этом нагрузка, конечно, должна меняться с учетом того, чтобы двигатель способен ее выдержать, иначе это приведет к поломке механизма.

Так устроен синхронный и асинхронный двигатель. Отличия обоих видов обуславливают сферу их использования, когда один вид справляется с задачей оптимальным образом, для другого это будет проблематичным. В то же время можно встретить и комбинированные механизмы.

Конструктивные особенности явнополюсного ротора


Явнополюсной ротор
В первом случае, ротор имеет два или более явно выраженных полюса. Стержни (катушки), крепятся в пазах посредством использования клиньев из немагнитного изоляционного материала.

Стержни исполняют функцию обмоток возбуждения. Сердечник изготавливается из электротехнической стали. В полюсных наконечниках располагаются стержни обмотки, предназначенной для пуска, они выполняются из латуни, для которой характерно высокое удельное сопротивление.

Аналогичная обмотка, «беличья клетка», которая имеет в своей конструкции катушки из меди, используется для устройства генераторов, она выполняет демпфирующую роль и выступает успокоителем, потому как способствует снижению неустойчивости ротора, появляющейся во время переходного режима.

Прекращение колебаний происходит после возникновения вихревых токов, появляющихся при замыканиях в роторе с полюсами значительного веса.

Неявнополюсный ротор применяется для конструкций синхронных агрегатов большой мощности. Они отличаются высокими скоростными характеристиками. Число оборотов вала может достигать предела порядка 3000 об/мин.

Этот параметр обуславливает невозможность использования явнополюсного ротора в высокоскоростных машинах в связи с трудностью крепления полюсов и обмоток возбуждения при небольшом количестве пар полюсов.

Магнитопровод ротора изготовлен, как единое целое с валом машины и выполняется из единой поковки. Набор его производится из прочной легированной стали, в пазах осуществляется формирование обмотки из медных с серебряной присадкой проводников, это делается для повышенной термической стойкости.

Видов таких машин очень много, выше была описана конструкция синхронного электродвигателя переменного тока с обмотками возбуждения, как самого распространенного на производстве. Есть и другие типы, такие как:

  • Синхронные двигатели с постоянными магнитами. Это различные электродвигатели, такие как PMSM – permanent magnet synchronous motor, BLDC – Brushless Direct Current и прочие. Отличия, между которыми, состоят в способе управления и форме тока (синусоидальная или трапецивиденая). Их еще называют бесколлекторными или бесщеточными двигателями. Используются в станках, радиоуправляемых моделях, электроинструменте и т.д. Они работают не напрямую от постоянного тока, а через специальный преобразователь.
  • Шаговые двигатели — синхронные бесщеточные двигатели, у которых ротор точно удерживает заданное положение, их используют для позиционирование рабочего инструмента в ЧПУ станках и для управления различными элементами автоматических систем (например, положение дроссельной заслонки в автомобиле). Состоят из статора, в этом случае на нём расположены обмотки возбуждения, и ротора, который выполнен из магнито-мягкого или магнито-твёрдого материала. Конструктивно очень похожи на предыдущие типы.
  • Реактивные.
  • Гистерезисные.
  • Реактивно-гистерезисные.

Последние три типа СД также не имеют щеток, они работают за счет особой конструкции ротора. У реактивных СД различают три их конструкции: поперечно-расслоенный ротор, ротор с явновыраженными полюсами и аксиально-расслоенный ротор. Объяснение принципа их работы достаточно сложно, и займет большой объём, поэтому мы опустим его. Такие электродвигатели на практике вы, скорее всего, встретите нечасто. В основном это маломощные машины, используемые в автоматике.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Двигатели с постоянными магнитами.Синхронные двигатели с постоянными магнитами довольно просты по конструкции, надежны в работе и обладают значительной устойчивостью.

Электромагнитные процессы в машинах с постоянными магнитами протекают так же, как и в генераторах с электромагнитным возбуждением. Однако значительная реакция якоря во время пуска или при коротком замыкании может вызвать необратимое размагничивание постоянных магнитов, в результате чего после снятия размагничивающего действия свойства постоянного магнита не будут полностью восстановлены. Для уменьшения действия реакции якоря на постоянные магниты расстояние между полюсными наконечниками соседних полюсов делают значительно меньше, чем в машинах с электромагнитным возбуждением (см. рис. 5.10). В этом случае поток реакции якоря Фqв значительной степени замыкается через полюсные наконечники, не подвергая размагничиванию постоянные магниты.

Для возможности пуска в полюсных наконечниках располагается пусковая короткозамкнутая обмотка, выполненная по типу «беличьей клетки». То обстоятельство, что поток двигателя с постоянными магнитами нельзя регулировать, не имеет существенного значения при синхронном вращении, но во время пуска оказывает вредное влияние. При разгоне поток постоянных магнитов индуктирует в обмотке якоря э. д. с, которая имеет частоту вращения f = f1(1—s). Вызываемый этой э. д. с. ток замыкается через сеть и создает потери, покрываемые за счет подводимой к ротору механической мощности Рт. В результате на ротор при пуске двигателя действует тормозной момент

величина которого зависит от скольжения s (рис. 5.25). Тормозной момент Мт обычно имеет максимум при скольжении s = 0,9÷0,6.

Полезный пусковой момент Мпдвигателя равен разности асинхронного момента Ми тормозного момента Мт. Вследствие действия тормозного момента Мткривая пускового момента Мпимеет провал (рис. 5.25).

При правильном выборе пусковой обмотки минимальный результирующий пусковой момент Мпминполучается больше номинального Мн.

Реакция якоря при пуске двигателя размагничивает постоянный магнит. Максимальное размагничивание имеет место в момент «противовключения», когда ротор при асинхронном вращении со скоростью, близкой к синхронной, проходит положение, при котором угол θ = 180°. В этот момент размагничивающий ток якоря Iп определяется суммой напряжения сети Uи э. д. с. вращения

В машинах с электромагнитным возбуждением э. д. с. Еопределяется лишь остаточным намагничиванием и имеет величину, не превышающую нескольких процентов. Поэтому

в двигателе с постоянными магнитами ток Iп имеет значительно большую величину.

Вследствие того, что в машинах с постоянными магнитами xd

ном ходе поток якоря, вращающийся относительно ротора, перемагничивает стальной цилиндр. При этом полярность цилиндра как бы поворачивается вслед за полем якоря. Если бы ротор был выполнен из магнитомягкого материала, то вектор, определяющий направление потока в цилиндре ротора, точно совпадал бы с вектором вращающегося потока якоря. Вследствие сильно выраженного гистерезиса имеет место сдвиг векторов на угол θг, вызванный молекулярным трением. Угол θготставания потока в роторе не зависит от частоты перемагничивания, он определяется лишь магнитными свойствами материала цилиндра. Поэтому создающийся в двигателе гистерезисный электромагнитный момент Мгне зависит от скорости вращения двигателя (кривая 2, рис. 5.27).

При пуске и асинхронном вращении ротора в массиве цилиндра возникают вихревые токи. В результате их взаимодействия с потоком машины создается асинхронный момент. Активное сопротивление ротора гистерезисного двигателя велико, поэтому критическое скольжение больше единицы и максимальное значение асинхронный момент имеет при пуске. При синхронном вращении он равен нулю (кривая 3, рис. 5.27). Таким образом, во время пуска помимо гистерезисного момента возникает также асинхронный, вследствие чего при s>0 суммарный момент двигателя возрастает (кривая 1).

У двигателей с шихтованным цилиндром из магнитотвердого материала асинхронный момент практически отсутствует. Двигатели с массивным цилиндром могут работать в синхронном и в асинхронном режимах. В последнем случае их момент увеличивается. Однако при асинхронном режиме перемагничивание кольца, выполненного из магнитотвердого материала, связано с большими потерями, поэтому гистерезисные двигатели обычно работают в синхронном режиме или в асинхронном при небольшом скольжении ротора. Для уменьшения потерь от зубцовых гармоник в двигателях с массивным цилиндром желательно иметь на статоре закрытые пазы.

При синхронном вращении момент двигателя определяется углом θ. С изменением нагрузки угол 0 изменяется, но не может превысить угол θг, определяемый магнитными свойствами материала. В первом приближении можно считать, что при угле θ гистерезисный момент

Если угол θ, соответствующий моменту на валу двигателя, превышает θг, то двигатель переходит в асинхронный режим.

Ток, потребляемый гистерезисным двигателем из сети, сравнительно мало изменяется при разгоне. Поэтому в случае использования одного конденсатора создаются благоприятные условия для создания кругового поля при пуске и синхронном вращении. При

малых нагрузках к. п, д. и cosφ двигателя ухудшаются, так как его ток остается почти неизменным (рис. 5.28).

Существенными преимуществами гистерезисных двигателей по сравнению с синхронными двигателями других типов являются большие моменты, пусковой и входа в синхронизм, плавность входа в синхронизм, малый пусковой ток (1,1÷1,5), простота конструкции, надежность в эксплуатации, бесшумность при работе и высокий к. п. д. (достигающий 65%), малые вес и габариты. Преимущест-

Рис. 5.27. Моментная характеристика гистерезисного двигателя

Рис. 5.28. Рабочие характеристики гистерезисного двигателя: Uн=127b; f1=400 гц; n=12000 об/мин; m=3

вом гистерезисных двигателей по сравнению со всеми другими синхронными двигателями является возможность их выполнения многоскоростными с переключением обмотки статора на различное число полюсов.

К недостаткам гистерезисных двигателей следует отнести склонность ротора к качаниям. Особенно это имеет место, когда цилиндр из магнитотвердого материала выполнен шихтованным, так как токи в стали ротора оказываются малыми, и их демпфирующее действие незначительным. Недостатком гистерезисных двигателей является также малый cosφ, который обычно не превышает 0,5. В асинхронном режиме коэффициент мощности низок вследствие малой магнитной проницаемости ротора, а в синхронном — из-за сравнительно малой м. д. с. цилиндра ротора.

Коэффициент мощности, момент и к. п. д. двигателя могут быть существенно увеличены кратковременным подмагничиванием ротора, что может быть осуществлено повышением на 1÷2периода напряжения, подводимого к статору. Подмагниченный таким образом ротор разгружает обмотку статора от намагничивающего тока. В некоторых случаях после подмагничивания максимальный момент двигателя в синхронном режиме может увеличиться в 4÷6 раз, а ток статора уменьшится вдвое и стать опережающим.

Реактивные двигатели. Реактивные двигатели распространены в аппаратах звукозаписи, звуковоспроизведения, лентопротяжные и других механических системах, в которых требуется строго постоянная скорость вращения при небольших моментах сопротивления на валу.

Реактивный двигатель представляет собой явнополюсную синхронную машину без обмотки возбуждения. Поток двигателя и его вращающий момент создается м. д. с. реакции якоря, отсюда и наз-

Рис. 5.29. Конструкции роторов синхронных реактивных двигателей: а — со впадинами; б — секционированные

вание — реактивный двигатель. Момент двигателя Мд(5.7) возникает за счет дополнительной мощности Рд(5.6), имеющей место вследствие неодинаковой проводимости ротора по осям d и q.Наивыгоднейшим отношением xq/xd можно считать величину, близкую к 0,5.

Роторы, в основном, выполняются двух типов: со впадинами (рис. 5.29, а)и секционированные (рис. 5.29, б). В последнем случае промежутки между магнитопроводящими секциями пластин ротора заполняются слоями алюминия или меди, которые образуют короткозамкнутую пусковую клетку. Секционированный ротор имеет большую магнитную проводимость по продольной оси и меньшее отношение xq/xd, в результате чего увеличивается максимальный реактивный момент двигателя. Ротор со впадинами шихтуется из штампованных стальных листов, имеющих специальный профиль, или в некоторых случаях выфрезеровывается из обычного ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя.

Намагничивающий ток реактивного двигателя, так же как и асинхронного, поступает из сети переменного тока со стороны обмотки статора. На векторной диаграмме (рис. 5.30) реактивного двигателя э. д. с. Е, индуктируемая потоком возбуждения, равна нулю, в остальном диаграмма не отличается от диаграммы, представленной на рис. 5.16, а.

Согласно выражению (5.7) реактивный момент Мддвигателя пропорционален синусу двойного угла θ и имеет максимум при θ = 45°. Подробное исследование реактивного момента с учетом активного сопротивления обмотки статора rа показывает, что, вследствие влияния rа, максимальное значение реактивного момента Мдуменьшается. В этом случае максимум Мдимеет место при угле θ=25÷40° (рис. 5.31).

У реактивных двигателей отсутствует начальный пусковой момент. Поэтому их роторы снабжаются короткозамкнутой пусковой

Рис. 5.30. Векторная диаграмма реактивного двигателя

обмоткой. При синхронном вращении короткозамкнутая обмотка является успокоительной, демпфирующей колебания ротора.

Однофазные реактивные двигатели часто выполняются конденсаторными. Эллиптичность поля приводит к неравномерному вращению двигателей, к появлению шума и вибраций. Поэтому обычно реактивные двигатели проектируют таким образом, чтобы круговое поле имело место при номинальном, синхронном режиме. Для увеличения пускового момента двигатели иногда выполняют с пусковой и рабочей емкостями.

В настоящее время в случаях, когда не требуется строгого постоянства скорости вращения, реактивные двигатели заменяются гистерезисными, которые имеют лучшие пусковые и рабочие свойства. На практике иногда синхронный реактивный двигатель получают из асинхронного. При этом статор оставляют без изменения, а в роторе выфрезеровывают часть стержней короткозамкнутой обмотки (см. рис. 5.29, а). Мощность такого синхронного двигателя составляет 35—40% от асинхронного, его к. п. д. и коэффициент мощности также ухудшаются.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Датчик температуры двигателя сурф
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector