Синхронные реактивные двигатели

Отличительная особенность синхронных реактивных двигате­лей (СРД) —отсутствие у них возбуждения со стороны ротора. Основной магнитный поток в этом двигателе создается исклю­чительно за счет МДС обмотки статора. В двух- и в трехфазных СРД эта МДС является вращающейся.

Для выяснения принципа действия СРД обратимся к выраже­нию электромагнитного момента явнополюсной синхронной ма­шины [см. (21.10)], из которого следует, что если отключить об­мотку возбуждения (Е0 — 0), то основная составляющая момен­та становится равной нулю и на ротор машины продолжает дей­ствовать лишь реактивная составляющая момента [см. (21.12)]

Мр=(m1U²₁) (2ω1)[(1/xq)-(1/xd)sin2θ

Принцип действия СРД заключается в следующем. При вклю­чении обмотки статора в сеть возникает вращающееся магнитное

Рис. 23.4. Принцип действия синхронного реактивного двигателя

поле. Как только ось этого поля d' — d' займет положение в про­странстве расточки статора, при котором она будет смещена от­носительно продольной оси невозбужденных полюсов ротора d — d на угол 6 в сторону вращения (рис. 23.4, а), между полю­сами этого поля и выступающими полюсами невозбужденного ро­тора возникнет реактивная сила магнитного притяжения полюса ротора к полюсу вращающегося поля статора Fp. Вектор этой силы Fp смещен относительно продольной оси ротора также на угол 0, поэтому сила Fp имеет две составляющие: нормальную Fпр, направленную по продольной оси ротора, и тангенциальную Ftp, направленную перпендикулярно продольной оси полюсов ро­тора. Совокупность тангенциальных составляющих реактивных сил Ftp на всех полюсах невозбужденного ротора создаст вра­щающий реактивный момент Мр, который будет вращать ротор с синхронной частотой ω1. С ростом механической нагрузки на вал СРД угол θ увеличивается и момент Мр растет.

Однако при значении угла θ = 90° реактивный момент Мр = 0. Такая зависимость момента Мр от угла θ является принци­пиальной для реактивного момента, отличающей его от основной составляющей электромагнитного момента Мосн синхронного дви­гателя с возбужденным ротором (см. рис. 22.2, график 1), который при θ = 90° имеет максимальное значение. Из рис. 23.4, б видно, что при θ = 90° реактивные силы магнитного притяжения Fu.p, действующие на каждый полюс невозбужденного ротора, взаимно уравновешиваются и реактивный момент Мр = 0. Мак­симальное значение реактивного момента Мртах наступает при значении угла 0 = 45°. Поэтому зависимость реактивного момен­та Мр от угла θ определяется выражением

Мр = Mpmax sin 2θ. (23.1)

Графически эта зависимость представлена кривой 2 на рис. 22.2. Непременное условие создания реактивного момента УИр — явнополюсная конструкция ротора, так как только в этом случае хq≠хd.

Мощность СРД и развиваемый им момент меньше, чем у син­хронного двигателя с возбужденными полюсами ротора. Объяс­няется это тем, что у СРД из-за отсутствия магнитного потока ротора ЭДС

Е0 = 0, поэтому основная составляющая электро­магнитного момента Мoсн = 0 [см. (21.10)] и электромагнитный момент СРД определяется лишь реактивной составляющей (М = Мр). Поэтому при одинаковых габаритах синхронного дви­гателя с возбужденными полюсами ротора и СРД мощность на валу и развиваемый момент у СРД намного меньше.

К недостаткам СРД следует также отнести невысокие значе­ния коэффициента мощности и КПД. Объясняется это значи­тельным намагничивающим током статора, так как возбуждение СРД происходит за счет магнитного поля статора.

В СРД применяют асинхронный пуск. Для этого ротор снаб­жают короткозамкнутой пусковой клеткой. На рис. 23.5, а пока­зана традиционная конструкция ротора СРД, отличающаяся от ротора асинхронного двигателя лишь наличием впадин, обеспе­чивающих ротору явнополюсную конструкцию. Чем больше эти впадины, тем больше отношение xd/xq, а следовательно, и реак­тивный момент Мр. Однако с увеличением впадин растет средняя величина воздушного зазора, что ведет к повышению намагничивающего тока статора, а следовательно, к снижению энергетиче­ских показателей двигателя — коэффициента мощности и КПД. Кроме того, с увеличением впадин сокращаются размеры пуско­вой клетки, что ведет к уменьшению асинхронного момента, т. е. к уменьшению пускового момента и момента входа в синхронизм.

Наилучшие результаты дает следующее соотношение разме­ров ротора:

bп/τ = 0,5÷0,6 и δmax/δmin = 10÷12.

В этом случае удается добиться отношения xd/xq≈2.

Более совершенна секционированная конструкция ротора СРД, представляющая собой цилиндр, в котором стальные

Рис. 23.5. Конструкция роторов синхронного реактивного двигателя

по­лосы 2 залиты алюминием 1 (рис. 23.5,6). Такая конструкция ротора позволяет получить отношение xd/xq ≈ 4÷5. За счет это­го существенно возрастает момент Мргпах при сохранении намагничивающего тока на допустимом уровне.

На торцах секционированного ротора имеются отлитые из алюминия кольца, замыкающие алюминиевые прослойки ротора, образуя короткозамкнутую пусковую клетку.

Простота конструкции и высокая эксплуатационная надеж­ность обеспечили СРД малой мощности широкое применение в устройствах автоматики для привода самопишущих приборов, в устройствах звуко- и видеозаписи и других установках, требую­щего строгого постоянства частоты вращения.