Синхронные реактивные микродвигатели

Благодаря простоте конструкции, невысокой стоимости, необходимости лишь одного источника питания, высокой надежности, стабильности характеристик синхронные реактивные микродвигатели, несмотря на сравнительно невысокие энергетические показатели, находят широкое применение во всевозможных схемах автоматики, физических приборах, приборах магнитной записи, связи и др. В настоящее время известно много различных вариантов конструктивного выполнения синхронных реактивных микродвигателей. Конструкция определяется назначением, частотой вращения, системой питания и целым рядом других факторов.

Наибольшее распространение в настоящее время нашли синхронные микродвигатели, которые конструктивно мало отличаются от трехфазных и однофазных асинхронных микродвигателей. Их статоры аналогичны статорам асинхронных двигателей. Роторы же синхронных реактивных микродвигателей весьма разнообразны (рис. 11.5). До последнего времени наибольшее распространение имел ротор, представленный на рис. 11.5, а, отличающийся от обычного короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя лишь наличием впадин — вырезов из цилиндрической поверхности, с помощью которых образуются явно выраженные полюсы, необходимые для работы двигателя в синхронном режиме.

Принцип действия синхронного реактивного двигателя весьма прост. Ротор разгоняется до подсинхронной скорости за счет асинхронного момента, а затем втягивается в синхронизм за счет синхронизирующего момента, возникающего вследствие разности магнитной проводимости по продольной и поперечной осям.

Рисунок 11.5. Виды роторов синхронных реактивных двигателей

Особенностью реактивного двигателя является то, что его момент как в синхронном, так и асинхронном режимах прямо пропорционален квадрату приложенного напряжения. Это свойство обусловливает высокую чувствительность двигателя к колебаниям напряжения сети. Так, при уменьшении напряжения на 15 % (U = 0,85 U_H) вращающий момент уменьшается на 28% (М ≈ U₂ ≈ 0,85²U_H² ≈ 0,72М_н).

Уменьшение момента в асинхронном режиме при увеличении впадин объясняется увеличением среднего воздушного зазора, что вызывает увеличение намагничивающего тока, падение тока на значительном в микродвигателях сопротивлении обмотки статора и, следовательно, уменьшение основного магнитного потока двигателя. Значение подсинхронного момента при увеличении впадин уменьшается, кроме того, за счет наблюдающегося при этом увеличения асимметрии сопротивлений стержней обмотки ротора. Увеличение впадин в синхронном режиме приводит к уменьшению cosφ при моментах нагрузки, близких к максимальным (при θ = 35...40°), вследствие того, что основному магнитному потоку статора приходится проходить по пути с большим магнитным сопротивлением.

Появившиеся в последние годы синхронные реактивные двигатели с роторами новой конструкции позволили значительно улучшить пусковые и рабочие свойства двигателей. Особенностью усовершенствованных роторов является то, что у них разность магнитных проводимостей, а следовательно, и синхронных индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям создается не за счет наружных междуполюсных впадин, а в основном за счет внутренних вырезов в пакете стали ротора, которые позволяют получить значительную разность (x_d - x_q) при сравнительно небольшой величине среднего воздушного зазора и сравнительно небольшой асимметрии сопротивлений пусковой обмотки ротора. Пакеты стали таких роторов обычно заливаются сплавом алюминия, который, скрепляя их, одновременно выполняет функции проводника токов ротора, проходящих здесь не только по стержням наружных пазов.

Применение роторов усовершенствованных конструкций позволило значительно улучшить свойства синхронных реактивных двигателей. Так, например, замена обычного ротора новым усовершенствованным ротором в двигателе, изготовленном на базе асинхронного двигателя АОЛ 021/4, позволила увеличить момент выхода из синхронизма на 50%, момент входа в синхронизм на 80 %; начальный пусковой момент на 40 %; максимальный cosφ на 40 %; максимальный КПД на 30 %.

Кроме синхронных микродвигателей непрерывного вращения нашли применение импульсные шаговые двигатели.