Современные синхронные реактивные двигатели

Рабочий принцип синхронного реактивного мотора
В синхронных реактивных электродвигателях принцип создания момента вращения ротора немного выделяется от асинхронных и классических двигателей синхронного типа. Тут решающая роль отводится самому сердечнику ротора.

Синхронный реактивный двигатель

Ротор реактивного двигателя синхронного типа не имеет обмоток, даже короткозамкнутой обмотки на нем нет. Взамен этого сердечник ротора выполнен сильно неоднородным по магнитной проводимости: магнитная проводимость вдоль ротора разнится от магнитной проводимости поперек. Благодаря подобному оригинальному подходу нет необходимости как в обмотках ротора, так и в постоянных магнитах на нем.

Что же касается статора, то обмотка статора реактивного двигателя синхронного типа может быть сосредоточенной либо распределенной, при этом сердечник статора и корпус остаются обыкновенными. Вся характерность — в сильно неоднородном сердечнике ротора.

Синхронный реактивный двигатель

Для реактивных двигателей синхронного типа свойственны три основных типа роторов: поперечно-расслоенный ротор, ротор с явновыраженными полюсами и аксиально-расслоенный ротор.

Синхронный реактивный двигатель

Физика процесса следующая. Электрический ток подается на обмотки статора, и создаёт вокруг ротора вращающееся магнитное поле, которое максимально в воздушном зазоре между статором и ротором. Момент вращения выходит потому, что ротор все время пытается повернуться таким образом, чтобы магнитное сопротивление для формируемого статором магнитного потока оказалось бы очень маленьким.

Самый большой момент вращения оказывается прямо пропорциональным разнице между продольной и поперечной индуктивностями, и чем больше разница эта, тем большим выходит вращающий момент ротора.

Синхронный реактивный двигатель

Для понимания этого принципа обратимся к рисунку. Анизотропный объект 1 обладает разной магнитной проводимостью по осям a и b. При этом изотропный объект 2 обладает одинаковой магнитной проводимостью по разным направлениям.

Приложенное к объекту 1 магнитное поле порождает момент вращения когда угол между осью b и линиями магнитной индукции B не равён нулю. Когда неравный нулю угол есть, объект 1 станет ухудшать приложенное магнитное поле B, и направление искажения будет совпадать с осью a объекта 1.

Синхронный реактивный двигатель

Синусоидальное магнитное поле, создаваемое в синхронном реактивном двигателе обмоткой статора, крутится с конкретной синхронной угловой частотой, и стало быть всегда станет иметь место момент вращения, стремящийся вернуть систему в состояние с самым меньшим значением полной возможный энергии.
Другими словами момент вращения будет все время стремиться сделать меньше искажение магнитного поля статора по направлению оси a, путем уменьшения угла между линиями индукции B и осью b. Так, если управление двигателем направлено на сохранение постоянства этого угла, то и механическая энергия регулярно будет удаваться из электромагнитной.

Аналогичным образом, ток обмотки статора обеспечивает намагничивание с существованием вращающего момента, направленного на удаление искаженности поля, и управляя фазой тока в согласии с положением ротора во вращающейся системе координат (в согласии со значением угла искажений), выходит управление моментом синхронного реактивного электрического двигателя.
Синхронные реактивные электрические двигатели сегодня
Ведущие изготовители мирового маштаба электрических двигателей в наше время показывают особенный интерес к синхроным реактивным электрическим двигателям, хотя запатентованы первые версии были еще в конце 19 столетия.

А дело все в том, что КПД синхронных реактивных электрических двигателей принципиально существенно превосходит КПД распространенных асинхронных электрических двигателей, уже не говоря об удельной мощности.
Потери энергии в роторе отсутствуют, а ведь в большинстве случаев процентов 30 потерь приходится собственно на ротор. Так увеличивается и рабочий срок электрического двигателя — уменьшается вредный нагрев.

Масса синхронного реактивного электрического двигателя и его размеры меньше" %на двадцать процентов меньше чем у асинхронного такой же мощности.

Синхронный реактивный двигатель

Возобновленный интерес к синхроным реактивным электрическим двигателям сейчас связан прежде всего с большими возможностями современного моделирования при помощи компьютера, дающими возможность искать самые эффективные версии конструкций роторов и статоров — исследования науки получаются более продуктивными, и КПД современных версий синхронных реактивных двигателей уже может достигать 98%, тогда как для асинхронных версий КПД классически не превышает 90%.

Разгон асинхронника до максимума оборотов

Синхронные реактивные двигатели делают сегодня на базе асинхронных, и при тех же габаритах и установочно-присоединительных размерах выходит более большой коэффициэнт полезного действия, достигается довольно высокая удельная мощность.

Выжить в небе. Реактивные двигатели

Плюсы и минусы
Набранный из тонколистовой электротехнической стали, ротор реактивного двигателя синхронного типа имеет обычную и прочную конструкцию без короткозамкнутой обмотки и без магнитов, благодаря этому в роторе исключены токи вызывающие вредный нагрев, — рабочий срок увеличивается, а отсутствие магнитов удешевляет стоимость изготовления продукта, включая к минимуму сниженные расходы на научно-техническое обслуживание.

Благодаря сравнительной легкости ротора, его свой момент инерции низок, благодаря этому мотор быстрее разгоняется до номинальных оборотов, что приводит к экономии электрической энергии.
Преобразователь частоты в качестве регулятора скорости выполняет управление двигателем достаточно гибким в большом диапазоне скоростей работы.

Если говорить про минусы, то он только один: необходимость в преобразователе частоты.
Использование преобразователя частоты с активной коррекцией коэффициента мощности дает возможность добиться самого большого коэффициента мощности системы, что немаловажно на любом сегодняшнем производстве.

Синхронные реактивные двигатели

Двигатели синхронного типа

Пульсирующий воздушный реактивный двигатель и его земное будущее

Реактивный мотор не имеет обмотки возбуждения.

Его ключевой магнитный поток создаётся за счёт намагничивающего тока обмотки статора. В таком ЭД действует только реактивный момент:

где m1 — число фаз обмотки статора
U1 фазное напряжение, подведённое к обмотке статора, В

— угловая синхронная скорость;
q — угол между осью результирующего магнитного потока и осью полюсов ротора, град;

— индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной и поперечной осям.
Реактивный момент не зависит от величины магнитного потока возбуждения, благодаря этому он имеет место даже при отсутствии возбуждения синхронной машины.

Возникновение реактивного момента вызвано разностью магнитных сопротивлений по продольной и поперечной осям. Если

реактивного момента не появляется. Магнитное поле статора за счёт притяжения явновыраженных полюсов ротора делает силы —, стремящиеся повернуть ротор в положение при котором магнитный поток статора имеет на собственном пути небольшое сопротивление.

Магнитное поле статора крутится, ротор крутится синхронно с полем, но отстаёт от поля на пространственный угол q. За счёт угла q возникает тангенциальная составная часть электромагнитной силы.
Сумма всех потенциальных составляющих делает реактивный момент.

Реактивный момент и приводит ротор электродвигателя во вращение с синхронной скоростью вращения n1.
Неравенство индуктивных сопротивлений обмотки статора по продольной и поперечной осям

имеет место лишь при откровенно полюсном роторе. Стало быть, ротор реактивного мотора обязательно должен быть откровенно полюсным.

Конструктивно реактивный мотор разнится от асинхронного лишь ротором.

Синхронный реактивный двигатель
Синхронный реактивный двигатель

Рисунок 3.1.1 – типы роторов реактивных двигателей
Очень часто используется реактивный мотор с ротором, устройство которое показано на рисунке а. Он разнится от привычного ротора АД лишь наличием впадин- вырезов, которые образовывают откровенно выраженные полюсы. Ротор имеет к.з. обмотку, выполненную по типу “беличьей клетки” и нужную для создания пускового момента.

Мотор пускается как асинхронный.
Конструкции роторов могут быть различны.

К примеру, в реактивных двигателях, которые предназначены для работы в схемах синхронной связи, ротор делают из алюминия, в который при отливке укладывают стальные полосы 1(рис.б)
В системах автоматики активно используют однофазные реактивные двигатели.

Обмотку статора данных двигателей выполняют, как и у асинхронных конденсаторных электрических двигателей и включают по подобным схемам.
Угловая характеристика реактивного мотора имеет вид:

Синхронный реактивный двигатель

Из выражения для реактивного момента следует, что максимальное значение Mpmax приходит при нагрузке qкр= 45° (кривая ). Но в данном варианте не принимается во внимание влияние активного сопротивления обмотки статора на зависимостьМ=f(q). Под влиянием активного сопротивления максимальное значение приходит при qкр qкр ротор либо остановиться, либо продолжит вращаться асинхронно под действием электромагнитного момента, создаваемого потоками пусковой короткозамкнутой обмотки.

Величина реактивного момента Мр?U 2 1 отсюда реактивные двигатели очень восприимчивы к колебательным процессам напряжения сети.
С углублением впадин на роторе увеличивается разница магнитных сопротивлений по поперечной и продольной осям и реактивный момент возрастает, отсюда возрастает и момент выхода из синхронизма.Но с углублением впадин на роторе увеличивается средняя величина зазора воздуха.

Это ведёт к уменьшению пускового момента и момента выхода в синхронизм– самого большего момента сопротивления, при котором ротор электродвигателя ещё втачивается в синхронизм. Для втягивания в синхронизм нужна скорость вращения ротора не менее 0,95n1, другими словами S?0,05.

На рисунке 3.1.3 показаны зависимости М=f(S) при разных активных сопротивлениях ротора.

Синхронный реактивный двигатель

Чем более активное сопротивление пусковой клетки, тем меньше момент входа в синхронизм.
Самое лучшее соотношение между Mpmax, Mbx и Мпуск выходит при :

Положительные качества скорости реактивного мотора:
1 Плохие энергетические критерии- h=20…40%, так как очень высокое сопротивление магнитной цепи машины (d — большой), невысокий cos j , так как величина намагничивающего тока в токе статора очень внушительная.
Дата добавки: 2014-01-13 ; Просмотров: 932 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал?

Да | Нет

Синхронный реактивный мотор

Синхронный реактивный двигатель

Из различных типов двигателей синхронного типа небольшой мощности реактивный мотор считается очень распространенным. Он используется 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 мотор.

Мотор прост по конструкции и дешев.
Синхронный реактивный мотор мало разнится от асинхронного с коротко-замкнутым ротором.

На статоре имеются две обмотки, постепенно с одной из которых включен конденсатор (рис. 12-5) для получения крутящегося магнитного потока. Ротор — с короткозамкнутой обмоткой, однако имеет на окружности осевые вырезы (рис.

12-12), из-за чего появляются выступы, без которых мотор в синхронном режиме работать не может. Рабочий принцип мотора поясняется на рис.

12-13.
Рис.

12-11. Однофазный асинхронный мотор с вмонтированным пусковым сопротивлением.

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

Однако тогда, когда он имеет выступы по числу полюсов, он будет в равновесии только в 2-ух положениях: когда угол между осями полюсов и осями выступов равён нулю (? = 0) или когда этот угол равён 90 эл. град (рис. 12-13, а и 12-13, б). Но в последнем варианте равновесие непрочное.

При самом небольшом отклонении от него ротор возвращается в положение, подходящее углу ? = 0, при котором магнитное сопротивление минимальное. Если полюсы (поток) начнут вращаться (рис. 12-13, в) и возникает угол рассогласования 8, то ротор всегда будет вращаться синхронно с потоком (с полюсами), так как будет существовать усилие, стремящееся уме

Синхронный реактивный двигатель

ньшить угол ?.

Принцип работы синхронного электродвигателя

Рис.

12-12. Ротор однофазного синхронного реактивного мотора.

Для того чтобы вышло указанное положение, ротор должен быть заранее приведен во вращение со скоростью, близкой к синхронной. Благодаря этому ротор снабжен короткозамкнутой обмоткой и перед началом мотор работает, как асинхронный, а потом ротор втягивается в синхронизм. Ток в обмотке ротора становится равным нулю и мотор крутится за счёт реактивного момента между крутящимся потоком и выступами ротора.

Такие двигатели в однофазном исполнении сооружаются на мощность до 2-ух десятков ватт при п1 = 1 000 ? 1 500 оборотов в минуту. Минусы данных двигателей — тяжелый вес на единицу мощности, невысокие к. п. д. и cos ?.

Синхронный реактивный двигатель

Рис. 12-13.

Рабочий принцип однофазного синхронного реактивного мотора.

ДВУХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ Мотор С ФЕРРОМАГНИТНЫМ Пустотелым ИЛИ Тяжелым РОТОРОМ

Этот мотор имеет простую двухфазную обмотку и ферромагнитный ротор в виде пустотелого, или сплошного массивного цилиндра. Так как крутящийся магнитный поток замыкается через ферромагнитный ротор, то внутренний статор сродни показанному на рис.

12-6, отсутствует. Крутящийся поток наводит в поверхности ротора вихревые токи, которые одновременно с потоком формируют вращающий момент. Активное сопротивление ротора велико (r2 > х2), что обеспечивает большой пусковой момент, устой чивость работы мотора на всем диапазоне работы и отсутствие самохода.

Механичные и регулировочные характеристики (рис 12-9 и 12-10) близки к прямолинейным и тем ближе, чем больше частота питающей сети. Скорость мотора широко изменяется, а конструкция проста и надежна в работе.

Минус мотора — малые к. п. д. и cos ?. Двигатели повсеместно используются в схемах автоматики при мощности 5—300 вт и являются конденсаторными двигателями.
В тех устройствах, где стремятся расширить момент инерции крутящихся частей (магнитофоны, гироскопы), указанные двигатели используются в обращенном исполнении, когда обмотка статора помещается неподвижно на цилиндре, аналогичном показанному на рис.

12-7, а ротор в виде стального пустотелого цилиндра крутится вокруг статора.

ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ Мотор С вмонтированным ПУСКОВЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

Для пуска такого мотора нужно было включение конденсатора, который даже при мощностях мотора 50—200 вт обязан иметь емкость 20—30 мкф. Размеры этого конденсатора в большинстве случаев превышают размеры мотора, что абсолютно исключает их использование для большинства схем автоматики.
Мотор такого типа работает без конденсатора (рис.

12- 11) и устроен так. Статор мотора, сродни 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 если сравнивать с индуктивным.

Аналогичным образом, по обмоткам, смещенным на 90 эл. град, протекают два тока, сдвинутые по фазе практически на четверть периода и образовывают крутящийся маг нитный поток, увлекающий ротор 3. Такие двигатели выгодно выделяются от трехфазных с пусковой емкостью по собственным пусковым свойствам и строятся при р = 1 —2 на мощности 18 —600 вт в закрытом обдуваемом исполнении.

ТРЕХФАЗНЫЙ И ОДНОФАЗНЫЙ СИНХРОННЫЕ ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Вышеуказанные минусы реактивных двигателей синхронного типа вынуждают при малых мощностях (3—20 вт) использовать гистерезисные двигатели синхронного типа. Мотор имеет трехфазную или однофазную (рабочую и пусковую) обмотку статора и большой и тяжелый (или шихтованный) ферромагнитный ротор.

Синхронный реактивный двигатель

Но если для электрических машин в большинстве случаев применяется сталь с не широкой петлей гистерезиса, то для ротора гистерезисного мотора применяется магнитно-твёрдый материал — викеллой с широкой петлей гистерезиса. С целью удешевления ротор выполняется сборным (рис.

12-14) и состоит из втулки 1, сидящей на валу 2, и наружного цилиндра 3 из магнитно-твёрдого материала.
Рис. 12-14.

Ротор синхронного гистерезисного мотора.
Если представить, что ротор помещен во крутящийся магнитный поток, который на рис: 12-15 заменен 2-мя полюсами то в его наружном цилиндре элементарные магнитики вследствие молеку лярного трения не смогут быстро вертется вслед за осью крутящегося потока.

На эти магнитики будут действовать тангенциальные силы FT и создавать гистерезисный момент Мг.

Синхронный реактивный двигатель

Рис. 12-15.

Рабочий принцип синхронного гистерезисного мотора.
Ротор будет заниматься с синхронной скоростью вслед за потоком.

Между осью крутящегося потока и осью простых магнитиков образуется угол рассогла сования ?, который зависит исключительно от коэрцитивной силы материала.
При пуске мотора результирующий момент состоит из суммы: гистерезисного момента и момента, создаваемого вихревыми токами Мв.

Благодаря этому пусковой момент значителен. В нормальном режиме мотор крутится синхронно за счёт гистерезисного момента, так же как и при синхронной скорости вихревые токи в роторе отсутствуют.
Статья на тему Синхронный реактивный мотор