Устройство и принцип действия синхронно-реактивного двигателя

Реактивным двигателем называют синхронный двигатель с явнополюсным ротором без обмотки возбуждения и посто­янных магнитов, у которого магнитный поток создается ре­активным током, проходящим по обмотке статора.

Принцип действия и устройство. Рис. 9.5. Схема возникновения реактивного момента. Рис. 9.6. Роторы реактивных двигателей: 1-пакет ротора; 2 —обмотка типа «беличья клетка»; 3- вырезы, залитые алюминиевым сплавом. Вращающий момент в таком двигателе возникает из-за различия магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям. При этом явно выраженные полюсы ротора стремятся ориен­тироваться относительно поля так, чтобы магнитное со­противление для силовых линий поля было минимальным. Вследствие этого появляются тангенциальные силы f _т (рис. 9.5), образующие вращающий момент, и ротор враща­ется в том же направлении и с той же частотой вращения п ₁что 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. 9.6, а приведено наиболее простое устройство ротора; его собирают из стальных листов аналогично рото­рам асинхронных двигателей; листы имеют впадины, обеспе­чивающие различные индуктивные сопротивления по осям d и 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. 9.6, б, в), в которых пазы или вырубки в листах залива­ют алюминием. Реактивные двигатели с роторами новой кон­струкции имеют технико-экономические показатели, удовлет­ворительные для микродвигателей.

Электромагнитный момент и угловые характеристики. Электромагнитный момент реактивного синхронного двига­теля можно определить по общей формуле (8.35) для син­хронной машины, при работе с током возбуждения, равным нулю. В этом случае ЭДС Е_о = 0 и (8.35) принимает вид

(9.4)

Однако при выводе (8.35) не учтены потери мощности ΔР_эл1 в обмотке якоря и принято, что электромагнитная мощность Р_эм равна мощности Р_эл, 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 R_a обмотки якоря у них значительно меньше реактивных сопротивлений X_d и X_q. В микромашинах при Р_ном<0,5 кВт активное сопротивление R_a 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 диаграммы (рис. 9.7, а) синхронного двигателя, работающего без возбуждения при E_о= 0и учете активного сопротивления якоря R_a (она может быть построена аналогично диаграмме, приведенной на рис. 9.7,6), можно получить формулу для определения электромагнитного момента:

С увеличением R_a максимальный момент М_тах уменьшает­ся, и угловая характеристика (рис. 9.7, б) сдвигается в об­ласть меньших углов θ. Максимальный момент реактивного двигателя соответствует углу θ = 25...45°.

при различных значениях R_a/X_d (б)Устойчивость работы двигателя зависит от значения удельного синхронизирующего момента М_сн.уд — электромаг­нитного момента, приходящегося на один градус угла θ. Этот момент обычно определяют при значениях θ, близких к нулю, т. е. при М_сн.уд=(dМ/d θ ) _{θ =0}. Значения удельного синхронизирующего момента М_{сн уд} зависят от приложенного напряжения U и отношения X_q/X_d·

Начальный пусковой момент у реактивных двигателей, так же как и у синхронных двигателей с обмоткой возбуждения и постоянными магнитами, равен нулю. Следо­вательно, реактивные 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.