Синхронно-реактивные двигатели: легкие, надежные, эффективные и недорогие? Реактивный синхронный двигатель

Синхронный реактивный двигатель

Синхронный реактивный электродвигатель - синхронный электродвигатель, вращающий момент которого обусловлен неравенством магнитных проводимостей по поперечной и продольной осям ротора, не имеющего обмоток возбуждения или постоянных магнитов [1].

Статор реактивного двигателя бывает с распределенной и сосредоточенной обмоткой, и состоит из корпуса и сердечника с обмоткой.

Синхронный реактивный двигатель

Статор синхронного реактивного электродвигателя с распределенной обмоткой

Выделяют три основных типа ротора реактивного двигателя: ротор с явновыраженными полюсами, аксиально-расслоенный ротор и поперечно-расслоенный ротор.

Ротор с явновыраженными полюсами

Аксиально-расслоенный ротор

Поперечно-расслоенный ротор

Переменный ток, проходящий по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре электродвигателя. Крутящий момент создается, когда ротор пытается установить свою наиболее магнито проводящую ось (d-ось) с приложенным полем, для того чтобы минимизировать магнитное сопротивление в магнитной цепи. Амплитуда момента прямо пропорциональна разницы между продольной Ld и поперечной Lq индуктивностями. Следовательно, чем больше разница, тем больше создаваемый момент.

Линии магнитного поля синхронного реактивного электродвигателя

Главная идея может быть объяснена с помощью рисунка представленного ниже. Объект "a" состоящий из анизотропного материала имеет разную проводимость по оси d и оси q, в то время как изотропный магнитный материал объекта "b" имеет одинаковую проводимость во всех направлениях. Магнитное поле, которое прикладывается к анизотропному объекту "a", создает вращающий момент если существует угол между осью d и линиями магнитного поля. Очевидно, что если ось d объекта "a" не совпадает с линиями магнитного поля, объект будет вносить искажения в магнитное поле. При этом направление искаженных магнитных линий будут совпадать с осью q объекта.

Объект с анизотропной геометрией (a) и изотропной геометрией (b) в магнитном поле

Силовые линии магнитного поля вокруг объекта с анизотропной геометрией

В синхронном реактивном электродвигателе магнитное поле создается синусоидально распределенной обмоткой статора. Поле вращается с синхронной скоростью и может считаться синусоидальным.

В такой ситуации всегда будет существовать момент направленный на то, чтобы уменьшить полную потенциальную энергию системы, путем уменьшения искажения поля по оси q (). Если угол сохранять постоянным, например путем контроля магнитного поля, тогда электромагнитная энергия будет непрерывно преобразовываться в механическую.

Ток статора отвечает за намагничивание и за создание момента, который пытается уменьшить искаженность поля. Управление моментом осуществляется путем контроля фазы тока, то есть угла между вектором тока обмоток статора и d-осью ротора во вращающейся системе координат.

Преимущества:
• Простая и надежная конструкция ротора:ротор имеет простую конструкцию, состоящую из тонколистовой электротехнической стали, без магнитов и короткозамкнутой обмотки.
• Низкий нагрев:так как в роторе отсутствуют токи, он не нагревается во время работы, увеличивая срок службы электродвигателя.
• Нет магнитов:снижается конечная цена электродвигателя, так как при производстве не используются редко земельные металлы. При отсутствии магнитных сил упрощается содержание и техническое обслуживание электродвигателя.
• Низкий момент инерции ротора:так как на роторе отсутствует обмотка и магниты, момент инерции ротора ниже, что позволяет электродвигателю быстрее набирать обороты и экономить электроэнергию.
• Возможность регулирования скорости:в виду того, что синхронный реактивный электродвигатель для своей работы требует частотный преобразователь, имеется возможность управления скоростью вращения реактивного двигателя в широком диапазоне скоростей.

Недостатки:
• Частотное управление:для работы требуется частотный преобразователь.
• Низкий коэффициент мощности:из-за того, что магнитный поток создается только за счет реактивного тока. Решается за счет использования частотного преобразователя с коррекцией мощности.

Смотрите также

engineering-solutions.ru

Синхронный реактивный двигатель — Знаешь как

Содержание статьи

Из всех типов синхронных двигателей малой мощности реактивный двигатель является самым распространенным. Он применяется в системах синхронной связи, в установках звукового кино, звукозаписывающих аппаратах (магнитофоны), в лентопротяжных механизмах магнитной памяти вычислительных устройств, в медицинской и бытовой аппаратуре — как приводной двигатель. Двигатель прост по конструкции и дешев.

Синхронный реактивный двигатель мало отличается от асинхронного с коротко-замкнутым ротором. На статоре имеются две обмотки, последовательно с одной из которых включен конденсатор (рис. 12-5) для получения вращающегося магнитного потока. Ротор — с короткозамкнутой обмоткой, но имеет на окружности осевые вырезы (рис. 12-12), благодаря чему образуются выступы, без которых двигатель в синхронном режиме работать не может. Принцип работы двигателя объясняется на рис. 12-13.

Рис. 12-11. Однофазный асинхронный двигатель с встроенным пусковым сопротивлением.

Четырехполюсный поток заменен условно полюсами магнитов. Если между ними поместить ротор в виде цилиндра, то он будет находиться в покое при любом положении.

Однако в том случае, когда он имеет выступы по числу полюсов, он будет в равновесии только в двух положениях: когда угол между осями полюсов и осями выступов равен нулю (ϴ = 0) или когда этот угол равен 90 эл. град (рис. 12-13, а и 12-13, б). Однако в последнем случае равновесие неустойчивое. При малейшем отклонении от него ротор возвращается в положение, соответствующее углу ϴ = 0, при котором магнитное сопротивление наименьшее. Если полюсы (поток) начнут вращаться (рис. 12-13, в) и появляется угол рассогласования 8, то ротор всегда будет вращаться синхронно с потоком (с полюсами), так как будет существовать усилие, стремящееся уменьшить угол ϴ.

Рис. 12-12. Ротор однофазного синхронного реактивного двигателя.

Для того чтобы получилось указанное положение, ротор должен быть предварительно приведен во вращение со скоростью, близкой к синхронной. Поэтому ротор снабжен короткозамкнутой обмоткой и в начале двигатель работает, как асинхронный, а затем ротор втягивается в синхронизм. Ток в обмотке ротора становится равным нулю и двигатель вращается за счет реактивного момента между вращающимся потоком и выступами ротора. Эти двигатели в однофазном исполнении строятся на мощность до двух десятков ватт при п1 = 1 000 ÷ 1 500 об/мин. Недостатки этих двигателей — большой вес на единицу мощности, низкие к. п. д. и cos φ.

Рис. 12-13. Принцип работы однофазного синхронного реактивного двигателя.

ДВУХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ФЕРРОМАГНИТНЫМ ПОЛЫМ ИЛИ МАССИВНЫМ РОТОРОМ

Этот двигатель имеет обычную двухфазную обмотку и ферромагнитный ротор в виде полого, или сплошного массивного цилиндра. Так как вращающийся магнитный поток замыкается через ферромагнитный ротор, то внутренний статор подобно показанному на рис. 12-6, отсутствует. Вращающийся поток наводит в поверхности ротора вихревые токи, которые совместно с потоком создают вращающий момент. Активное сопротивление ротора велико (r2 > х2), что обеспечивает большой пусковой момент, устойчивость работы двигателя на всем диапазоне работы и отсутствие самохода. Механические и регулировочные характеристики (рис 12-9 и 12-10) близки к прямолинейным и тем ближе, чем больше частота питающей сети. Скорость двигателя широко регулируется, а конструкция проста и надежна в эксплуатации. Недостаток двигателя — малые к. п. д. и cos φ. Двигатели широко применяются в схемах автоматики при мощности 5—300 вт и являются конденсаторными двигателями.

В тех устройствах, где стремятся увеличить момент инерции вращающихся частей (магнитофоны, гироскопы), указанные двигатели применяются в обращенном исполнении, когда обмотка статора помещается неподвижно на цилиндре, подобном показанному на рис. 12-7, а ротор в виде стального полого цилиндра вращается вокруг статора.

ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СО ВСТРОЕННЫМ ПУСКОВЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

Для пуска такого двигателя требовалось включение конденсатора, который даже при мощностях двигателя 50—200 вт должен иметь емкость 20—30 мкф. Размеры этого конденсатора обычно превышают размеры двигателя, что совершенно исключает их применение для многих схем автоматики.

Двигатель данного типа работает без конденсатора (рис. 12- 11) и устроен следующим образом. Статор двигателя, подобно показанному на рис. 10-31, имеет две обмотки. Рабочая обмотка 1 занимает дне трети пазов статора, имеет большое; число витков и обладает большим индуктивным сопротивлением. Пусковая обмотка 2 лежит в оставшейся части пазов и при малом числе витков имеет большое активное сопротивление по сравнению с индуктивным. Таким образом, по обмоткам, смещенным на 90 эл. град, протекают два тока, сдвинутые по фазе почти на четверть периода и образуют вращающийся магнитный поток, увлекающий ротор 3. Эти двигатели выгодно отличаются от трехфазных с пусковой емкостью по своим пусковым характеристикам и строятся при р = 1—2 на мощности 18—600 вт в закрытом обдуваемом исполнении.

ТРЕХФАЗНЫЙ И ОДНОФАЗНЫЙ СИНХРОННЫЕ ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Указанные выше недостатки реактивных синхронных двигателей заставляют при малых мощностях (3—20 вт) применять гистерезисные синхронные двигатели. Двигатель имеет трехфазную или однофазную (рабочую и пусковую) обмотку статора и массивный (или шихтованный) ферромагнитный ротор.

Однако если для электрических машин обычно применяется сталь с узкой петлей гистерезиса, то для ротора гистерезисного двигателя применяется магнитно-твердый материал — викеллой с широкой петлей гистерезиса. Для удешевления ротор делается сборным (рис. 12-14) и состоит из втулки 1, сидящей на валу 2, и наружного цилиндра 3 из магнитно-твердого материала.

Рис. 12-14. Ротор синхронного гистерезисного двигателя.

Если представить, что ротор помещен во вращающийся магнитный поток, который на рис: 12-15 заменен двумя полюсами то в его наружном цилиндре элементарные магнитики вследствие молекулярного трения не смогут мгновенно поворачиваться вслед за осью вращающегося потока. На эти магнитики будут действовать тангенциальные силы FT и создавать гистерезисный момент Мг. 

Рис. 12-15. Принцип работы синхронного гистерезисного двигателя.

Ротор будет увлекаться с синхронной скоростью вслед за потоком. Между осью вращающегося потока и осью элементарных магнитиков образуется угол рассогласования ϴ, который зависит только от коэрцитивной силы материала.

При пуске двигателя результирующий момент состоит из суммы: гистерезисного момента и момента, создаваемого вихревыми токами Мв. Поэтому пусковой момент значителен. В нормальном режиме двигатель вращается синхронно за счет гистерезисного момента, так как при синхронной скорости вихревые токи в роторе отсутствуют.

 

Статья на тему Синхронный реактивный двигатель

znaesh-kak.com

§ 23.2. 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 (=0), то основная составляющая момента становится равной нулю и на ротор машины продолжает действо­вать лишь реактивная составляющая момента [см. (21.12)]

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 займет положение в про­странстве расточки статора, при котором она будет смещена относительно продольной оси невозбужденных полюсов ротора на угол 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 . Вектор этой силы смещен относительно продольной оси ротора также на угол ,поэтому сила имеет две составляющие: нормальную , направленную по продольной оси ротора, и тангенциальную , на­правленную перпендикулярно продольной оси полюсов ротора. Совокупность тангенциальных составляющих реактивных сил на всех полюсах невозбужденного ротора создаст вращающий ре­активный момент , который будет вращать ротор с синхроннойчастотой . С ростом механической нагрузки на вал СРД угол увеличивается и момент Мр растет.

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

(23.1)

Графически эта зависимость представлена кривой 2 на рис.22.2. Непременное условие создания реактивного момента Мр - явнополюсная конструкция ротора, так как только в этом случае .

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

= 0 [см. (21.11)] и электромагнитный момент СРД определяется лишь реактивной составляющей (=Мр). Поэтому при одинаковых габаритах синхронного двигателя с возбужден­ными полюсами ротора и СРД мощность на валу и развиваемый момент у СРД намного меньше.

Рис. 23.5. Конструкция роторов синхронного реактивного двигателя

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 показа­ми традиционная конструкция ротора СРД, отличающаяся от ротора асинхронного двигателя лишь наличием впадин, обеспечивающих ротору явнополюсную конструкцию. Чем больше эти впадины, тем больше отношение , 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:

и .

В этом случае удается добиться отношения 2.

Более совершенна секционированная конструкция ротора СРД, представляющая собой цилиндр, в котором стальные полосы 2 залиты алюминием 1(рис. 23.5). Такая конструкция ротора позволяет получить отношение . За счет этого суще­ственно возрастает момент Мртах 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 и устройствах автоматики для привода самопишущих приборов, и устройствах звуко- и видеозаписи и других установках, требующего строгого постоянства частоты вращения.

studfiles.net

Синхронно-реактивные двигатели: легкие, надежные, эффективные и недорогие?

Cинхронно-реактивные электродвигатели известны с конца позапрошлого века, однако активное использование электроприводов с такими машинами началось только несколько лет назад. Сегодня компании АВВ, КSB, "Русэлпром" и др. активно разрабатывают электродвигатели данного типа [1, 2].

Зарубежное название синхронно-реактивных электродвигателей - Synchronous Reluctance Motor (SunRM). В России такие машины можно встретить еще и под названием "синхронные двигатели с анизотропной магнитной проводимостью ротора". Конструкция синхронно-реактивного электродвигателя приведена на рис. 1.

Рис. 1. Синхронно-реактивный двигатель.

Принцип действия синхронно-реактивного электродвигателя основан на увлечении магнитным полем тел из ферромагнитных материалов. Ротор стремится занять положение с максимальной магнитной проводимостью. Для расчета, анализа и моделирования процессов в синхронно-реактивных электродвигателях подходят классические методы моделирования на основе обобщенного электромеханического преобразователя в dq-координатах.

С точки зрения производителя электрических машин, синхронно-реактивные двигатели интересны унифицированным с асинхронным двигателем сердечником статора и классической обмоткой переменного тока с числом пазов на полюс и фазу - q>1. Ротор синхронно-реактивного двигателя может выполняться на основе двух технологий: продольной шихтовки пакета ротора (ALA – Axially Laminated Anisotropic) и поперечной шихтовки пакета ротора с немагнитными барьерами (TLA – Transversally Laminated Anisotropic). Фактически ротор синхронно-реактивного любого типа состоит из магнитного барьера и магнитного мостика (проводника). Эффективность преобразования энергии обуславливается в том числе отношением магнитных проводимостей в режимах замыкания силовых линий поля по мостикам и против них. На рис. 2 показан эскиз роторов синхронно-реактивных электродвигателей.

Рис. 2. Конструкции роторов синхронно-реактивных электродвигателей.

Производство роторов ALA-типа трудоемко, требует сборки с чередованием пластин из электротехнической стали с пластинами из немагнитных материалов. Изготовление роторов TLA-типа технологично, но требует применения точного штампового оборудования. Рис. 3 демонстрирует этап процесса сборки роторов ALA- и TLA- конструкции.

Рис. 3. Сборка роторов синхронно-реактивного двигателя.

С точки зрения установочно-присоединительных размеров электродвигатель может быть изготовлен с конструктивными элементами от аналогичного общепромышленного асинхронного двигателя или в варианте повышенной мощности – на один габарит меньше. На рис. 4 показан внешний вид электродвигателя СРД160M6 мощностью 18,5 кВт, частотой вращения 1000 об/мин, изготовленного на основе конструктивных элементов общепромышленного электродвигателя 7AVER160M6ie2, имеющего мощность 15 кВт. Высота оси вращения 160 мм, привязка мощности к габариту по ГОСТу.

Рис. 4. Фотография синхронно-реактивного электродвигателя производства ПАО "НИПТИЭМ".

Использование освоенной технологии и конструктивных деталей, применяемых при производстве общепромышленных асинхронных двигателей, позволяет рассчитывать на низкую стоимость производства синхронно-реактивных двигателей в ближайшем будущем.

В 2015 г. ПАО "НИПТИЭМ" разработало, изготовило и испытало синхронно-реактивные двигатели с ВОВ 160, 315, 540, мощностями 15, 18,5, 110, 500 кВт.

Как видно из экспериментальных данных, приведенных в таблице 1, синхронно-реактивные электродвигатели существенно превосходят асинхронные по энергетическим показателям: потери в роторе отсутствуют, магнитные потери в сердечнике статора ниже, чем у асинхронного двигателя, за счет меньшей величины добавочных потерь холостого хода, однако потери в обмотке статора выше, чем у асинхронного двигателя, за счет худшего коэффициента мощности и большей величины тока статора.

Совокупность положительных эффектов приводит к возможности увеличения мощности электродвигателя на одну ступень при сохранении объема активных частей и обеспечению заданного класса энергоэффективности, или эквивалентного уменьшения объема активных частей при сохранении мощности и класса энергоэффективности.

В таблице 2 приведены основные энергетические характеристики асинхронного электродвигателя и синхронного реактивного двигателя с двумя типами роторов ALA- и TLA-типов.

Двигатели были разработаны в рамках проекта по заказу ФГУП "Крыловский научный центр" филиал ЦНИИ "СЭТ". На рис. 5 приведена фотография изготовленного ПАО "НИПТИЭМ" синхронно-реактивного двигателя 500 кВт 1000 об/мин с TLA-ротором.

Высокое значение коэффициента полезного действия, свойственное СРД, проявляется и для высоконагруженных машин. Однако в них магнитные потери становятся выше, чем в асинхронных двигателях, что объясняется необходимостью работать при больших значениях магнитной индукции. Поэтому крупные синхронно-реактивные двигатели также имеют перспективы использования в технических проектах, направленных на повышение энергетической эффективности.

Некоторые перспективы имеют синхронно-реактивные электродвигатели с пусковой обмоткой на роторе, так как они могут работать при питании от сети переменного тока, однако, на наш взгляд, использование этого режима целесообразно только как неосновного (аварийного). На рис. 5 показан ротор синхронно-реактивного двигателя с дополнительной (успокоительной) короткозамкнутой обмоткой.

Рис.5. Основные элементы водоохлаждаемого синхронно-реактивного двигателя 500 кВт.

Следует отметить, что синхронно-реактивные двигатели обладают рядом положительных черт, присущих синхронным двигателям с возбуждением от постоянных магнитов, таких как отсутствие переходного процесса при "подхвате" вращающейся машины приводом, возможность углового позиционирования ротора. Вместе с тем у них отсутствует синхронный момент сопротивления вращению – cogging torque, пульсации момента, вызванные резким изменением проводимости зубцовых зон ротора и статора, в испытаниях не наблюдаются (притом что, по расчету, величина пульсаций в 5–10 раз выше, чем у асинхронного двигателя). Виброакустические характеристики сравнимы с аналогичными показателями асинхронных машин.

Важным техническим вопросом эксплуатации синхронно-реактивных электродвигателей, подлежащим решению, является вопрос выбора преобразователя частоты. По нашей информации, полностью пригодным преобразователем частоты является ПЧ фирмы ABB серии ASC580. Однако стоит выяснить, возможна ли его покупка с соответствующей прошивкой без приобретения синхронно-реактивного двигателя ABB. При надлежащей настройке датчиковое и бездатчиковое управление синхронно-реактивными двигателями может быть получено с преобразователями частоты других производителей (например, Schneider Electric – ALTIVAR 32, KEB – F5M), но с рядом ограничений на режимы электропривода.

Проведение испытаний синхронно-реактивных электродвигателей без успокоительной обмотки более сложная задача, чем испытания асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Это объясняется более сложной процедурой разделения потерь и необходимостью введения электродвигателя в режим вращения на холостом ходу с номинальным потоком, который не свойственен синхронно- реактивному электроприводу. Облегчить проведение испытаний можно, используя с помощью размещения на роторе съемной короткозамкнутой обмотки для проведения опыта холостого хода.

Захаров А.В., к.т.н., ведущий специалист

по математическому моделированию и расчетам,

ПАО  НИПТИЭМ

konstruktor.net

Реактивный синхронный двигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Реактивный синхронный двигатель

Cтраница 1

Реактивные синхронные двигатели не имеют обмотки возбуждения или постоянного магнита на роторе: ротор выполняют с секционированным магнитопроводом, обладающим различным магнитным сопротивлением в различных направлениях.  [1]

Реактивный синхронный двигатель имеет явнополюсный ротор 5ез обмотки возбуждения и достоянных магнитов. Сердечник ротора шполняется из магнитомягкой, обычно листовой стали. Реактивные синхрон-ше двигатели изготовляются трехфазными и однофазными. Обмот-са переменного тока - трехфазная или однофазная - размещается ja статоре обычной конструкции. Реактивный двигатель возбуждается со стороны статора за счет реактивной составляющей тока, тоступающего из сети.  [2]

Реактивные синхронные двигатели имеют, в отличие от обычных синхронных двигателей, ротор с явными полюсами без обмотки возбужения.  [4]

Реактивный синхронный двигатель не имеет обмотки возбуждения.  [5]

Реактивный синхронный двигатель будет работать и от сети однофазного тока, если его ротор предварительно раскрутить.  [6]

Реактивные синхронные двигатели проверяют на соответствие табличного статического момента устойчивости реактивного момента, создаваемого явно выраженными полюсами ротора с полем статора и максимального динамического момента.  [7]

Реактивные синхронные двигатели имеют в отличие от обычных синхронных двигателей ротор с явными полюсами без обмотки возбуждения. Синхронный двигатель обычного исполнения при выключенной обмотке возбуждения также может работать в качестве реактивного. При этом cos ф и КПД такого двигателя будут значительно ниже, чем при нормальной работе.  [9]

Реактивные синхронные двигатели имеют явнотюлюс-ный ротор, не имеющий обмотки возбуждения.  [11]

Реактивный синхронный двигатель не имеет обмотки возбуждения. Ротор реактивной машины выполняется с явновыражен-ными полюсами. Возбуждение машины происходит вследствие намагничивания ротора вращающимся магнитным полем статора. При этом ротор стремится занять по отношению к статору такое положение, при котором его магнитное сопротивление было бы наименьшим. Так как поле статора вращается с синхронной скоростью, то начинает вращаться с той же скоростью и ротор, втягиваясь в синхронизм.  [12]

Реактивный синхронный двигатель имеет обычный статор с обмоткой и ротор с явновыраженными полюсами, но без обмотки возбуждения и без постоянных магнитов. В этих условиях машина возбуждается не со стороны ротора, как обычно, а со стороны статора за счет реактивной составляющей тока, поступающего из сети в обмотку статора; эта составляющая создает продольный магнитный поток, который и является потоком возбуждения двигателя.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

5. Реактивный синхронный двигатель

В лабораторной практике, в быту и в маломощных механизмах применяют так называемые реактивные синхронные двигатели. От обычных классических машин они отличаются лишь конструкцией ротора. Ротор здесь не является магнитом или электромагнитом, хотя по форме напоминает собой полюсную систему. Принцип действия реактивного синхронного двигателя отличен от рассмотренного выше. Здесь работа двигателя основана, на свободной ориентации ротора таким образом, чтобы обеспечить магнитному потоку статора лучшую магнитную проводимость (рис. 6.4.1).

Действительно, если в какой-то момент времени максимальный магнитный поток будет в фазе А - X, то ротор займет положение вдоль потока ФА. Через 1/3 периода максимальным будет поток в фазе В - У. Тогда ротор развернется вдоль потока ФВ. Еще через 1/3 периода произойдет ориентация ротора вдоль потока. ФС. Так непрерывно и синхронно ротор будет вращаться с вращающимся магнитным полем статора. В школьной практике иногда, при отсутствии специальных синхронных двигателей, возникает необходимость в синхронной передаче. Эту проблему можно решить с помощью обычного асинхронного двигателя, если придать ротору следующую геометрическую форму (рис. 6.4.2).

6. Шаговый двигатель

Этот тип двигателя является машиной постоянного тока, хотя принцип действия его напоминает синхронный реактивный двигатель. Как видно из рис. 6.5.1, статор двигателя имеет шесть пар выступающих полюсов.

Каждые две катушки, расположенные на противоположных полюсах статора, образуют обмотку управления, включаемую, в сеть постоянного тока. Ротор - двухполюсный. Если подключить к источнику постоянного тока катушки полюсов 1 - 1', то ротор расположится вдоль этих полюсов. Если задействовать катушки полюсов 2 - 2', а ка-тушки полюсов 1 - 1' обесточить, то ротор повернется и займет положение вдоль полю-сов 2 - 2'. Такой же поворот ротора произойдет, если включить в сеть катушки полюсов 3 - 3'. Так, шагами, ротор будет "следовать" за своей обмоткой управления. Преимуществом шаговых двигателей является то, что в них совершенно отсутствует "самоход". Они поворачиваются и строго фиксируются с шагом, пропорциональ-ным числу полюсов на статоре. Это качество делает его незаменимым в особо точных механизмах (для привода часов, механизмов подачи ядерного топлива в реакторах, в станках с ЧПУ и т.д.). Управление шаговыми двигателями ведется с применением различных электронных устройств (триггеров Шмидта и др.).

Лекция 18 (4часа) Машины постоянного тока

7.1. Принцип действия и конструкция

Два неподвижных полюса N и S создают магнитный поток. В пространстве между полюсами помещается стальной сердечник в виде цилиндра (рис. 7.1.1).

На наружной поверхности цилиндра помещен виток медной проволоки abcd, изолированный от сердечника. Концы его присоединены к двум кольцам, на которые наложены щетки 1 и 2. К щеткам подключена нагрузка zн. Если вращать сердечник с частотой n в указанном на рисунке направлении, то виток abcd, вращаясь, будет пересекать магнитные силовые линии, на концах его будет наводиться ЭДС. И если к витку подключена нагрузка zн, то потечет и ток. Направление тока определится правилом "правой руки". Из рисунка видно, что направление тока будет от точек b к а и от d к с. Соответственно во внешней цепи ток течет от щетки 1 к щетке 2. Щетку 1, от которой отводится ток во внешнюю цепь, обозначим (+), а щетку 2, через которую ток возвращается в машину обозначим (-). При повороте витка на 180° проводники аb и cd меняются местами, изменяется знак потенциала на щетках 1 и 2 и изменится на обратное направление ток во внешней цепи. Таким образом, во внешней цепи течет переменный синусоидальный ток (рис. 7.1.2).

Чтобы выпрямить переменный ток, необходимо в машине применить коллектор (рис. 7.1.3).

В простейшем случае это два полукольца и к ним припаиваются концы витков abcd. Полукольца изолирования друг от друга и от вала. При вращении в витке abcd в нем попрежнему возникает переменная ЭДС, но под каждой щеткой будет ЭДС только одного знака: верхняя щетка будет иметь всегда (+), а нижняя - всегда (-). Кривая тока во внешней цепи будет иметь другую форму (рис. 7.1.4).

Из графика видно, что нижняя полуволна заменена верхней. Если применить не один виток, а два и присоединить их концы к коллекторным пластинам, которых теперь 4, то кривая выпрямленного тока будет иной. При наличии нескольких витков кривая выпрямленного напряжения будет более сглаженной (рис. 7.1.5).

Машина постоянного тока конструктивно состоит из неподвижной части - статора и вращающейся - ротора. Статор имеет станину, на внутренней поверхности которой крепятся магнитные полюсы с обмотками (рис. 7.1.6).

Рис. 7.16

Ротор машины чаще называется якорем. Он состоит из вала, цилиндрического сердечника, обмотки и коллектора (рис. 7.1.7).

Магнитные полюсы и сердечник якоря набираются из отдельных листов электротехнической стали. Листы покрываются изолированной бумагой или лаком для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи. Коллектор набирают из медных пластин, имеющих сложную форму (рис. 7.1.8). Пластины друг от друга изолированы специальной теплостойкой прокладкой. Такая же изоляция имеется между коллектором и валом двигателя. Набор коллекторных пластин образует, цилиндр-коллектор.

Рис. 7.1.8

К внешней поверхности коллектора прилегают токосъемные щетки, которые выполнены из спрессованного медного и угольного порошка. Щетка помещается в металлическую обойму и прижимается к коллектору пружинами (рис. 7.1.9).

studfiles.net

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

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Принцип действия и устройство. Реактивным двигателемназывают 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 fт (рис. 7.5), образующие вращающий момент, и ротор вращается в том же направлении и с той же частотой вращения n1 , 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 dи 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 Е0 = 0 и (6.36) принимает вид

(7.4)

М = Рэм/ω1= [mU2/(2ω1)] (1/Xq+ 1/Xd) sin2θ.

Однако при выводе (6.36) не учтены потери мощности ΔPэл1 в обмотке якоря и принято, что электромагнитная мощность Рэм равна мощности Pэл , 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 Ra обмотки якоря у них значительно меньше реактивных сопротивлений Xd и Хq . В микромашинах при Рном < 0,5 кВт активное сопротивление Ra 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 Rа /Xd(б)

диаграммы (рис. 7.7, а) синхронного двигателя, работающего без возбуждения при Е0 = 0 и учете активного сопротивления якоряRa (она может быть построена на основании диаграммы, приведенной на рис. 6.37,б), можно получить формулу для определения электромагнитного момента:

(7.5)

M =	Pэм	=	mU2(Xd- Xq)	[(XdXq- Ra2)sin2θ - 2Ra(Xd- Xq)sin2θ + 2RaXq].
ω1	2ω1(XdXq+ Ra2)

С увеличением Ra максимальный момент Мmax 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 моментаМсн.уд — электромагнитного момента, приходящегося на один градус угла θ. Этот момент обычно определяют при значениях θ, близких нулю, т. е. при Мсн.уд =(dM/dθ)θ = 0. Значения удельного синхронизирующего момента Мсн.уд зависят от приложенного напряжения U и отношения Xq/Xd.

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.



infopedia.su

---

• 
  Блочная комплектная трансформаторная подстанция
• 
  Выключатель нагрузки внп 16
• 
  Правила установки узо и автоматов
• 
  Схема транзисторный ключ
• 
  Ламп накаливания мощность
• 
  Светодиод анод катод схема
• 
  Сизы электрические
• 
  Покраска контура заземления
• 
  Технические характеристики сухих трансформаторов
• 
  Ночной тариф электроэнергии с какого часа в тюмени
• 
  Фонарь на солнечной батарее для дачи