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 синхронной частотой . С ростом механической нагрузки на вал СРД угол увеличивается и момент М_р растет.

Однако при значении угла = 90° реактивный момент М_р = 0. Такая зависимость момента М_р 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 . Максимальное значение реактивного момента наступает при значении угла = 45°. Поэтому зависимость реактивного момента М_р от угла определяется выражением

(23.1)

Графически эта зависимость представлена кривой 2 на рис.22.2. Непременное условие создания реактивного момента М_р - 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 ( = М_р). 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 М_р. 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 М_ртах 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.