Асинхронные исполнительные (или управляемые) двигатели, страница 5

Для получения одного и того же критического скольжения s_K=2...4, необходимого для устранения самохода и получения достаточно линейных механических и регулировочных характери­стик, у двигателя с обычным короткозамкнутым ротором прихо­дится значительно повышать активное сопротивление обмотки ротора. Таким обра­зом, электрические потери в роторе при одном и том же токе у двигателя с обычным короткозамкнутым ротором примерно в два раза больше, чем у двигателя с полым немагнитным ротором. В целом, однако, потери двигателя с обычным ротором за счет малой силы намагничивающего тока все же меньше, чем у двига­теля с полым ротором, поэтому его КПД несколько выше.

Двигатели сквозной конструкции применяются вособо ответст­венных схемах приборной автоматики. Они имеют лучшие харак­теристики, но зато и более высокую стоимость.

Рис.8 - Асинхронный исполнительный двигатель сквозной конструкции.

            Особенностью их конструкции является то, что диаметр расточки под подшипники (в подшипниковых щитах) у них равен внут­реннему диаметру статора (D_n=D_s). Это по­зволяет производить окончательную обработку  (шлифовку) внутренней поверхности статора и отверстий под подшипники после сборки (установки подшипниковых щитов) одновременно. В целях предохранения лобовых частей обмотки от металлической стружки она покрывается специальным компаундом. Такая конструкция двигателя позволяет уменьшить величину воздушного зазора меж­ду статором и ротором до 0,03...0,05 мм, что способствует сниже­нию намагничивающего тока, потерь в обмотке статора, а следова­тельно, повышению cos φ, КПД и коэффициента использования дви­гателя.

С целью уменьшения активного сопротивления ротора, необхо­димого для получения нужного s_K, у этих двигателей обычно делаются открытые (прямоугольные) пазы на роторе, обеспечива­ющие уменьшение индуктивного сопротивления рассеяния его обмотки. Ротор для уменьшения момента инерции обычно изготов­ляется малого диаметра. Необходимая мощность обеспечивается за счет увеличения длины. Обычно L_R/D_R—2 ... 3.

Увеличение за счет уменьшения воздушного зазора вращающе­го момента М_к, развиваемого двигателем, и уменьшение за счет D_R момента инерции ротора J_R позволяют значительно снизить электромеханическую постоянную времени двигателя T_m ~Jr/M_k. В определенном диапазоне номинальных мощностей  Т_м у двигателя сквозной конструкции даже меньше, чем у двигателей с по­лым немагнитным ротором.

К положительным свойствам двигателей «сквозной» конструкции следует отнести: 1) более высокие соsφ, КПД, лучшее использование двигателя; 2) меньшие массу и габариты в определенных диапазонах номинальных  мощностей.

Недостатками двигателей с обычным короткозамкнутым ротором являются: 1) сравнительно большой момент инерции ротора, что в целом ряде двигателей ведет к уве­личению электромеханической постоянной времени; 2) сравнитель­но большая величина сигнала трогания, что обусловлено массой ротора, наличием действующих на ротор радиальных сил односто­роннего магнитного притяжения к статору, вследствие того что ротор ферромагнитный; 3) наличие высших зубцовых гармоник поля вследствие зубчатого строения и часто открытых пазов ротора.

Асинхронные исполнительные двигатели с полым ферромагнитным ротором.

Статоры таких двига­телей ничем не отличаются от статоров обычных двухфазных асинхронных машин. Роторы изготовляются в виде полых ферро­магнитных цилиндров с толщиной стенок от 0,3 до 3 мм. Так как ротор ферромагнитный, то магнитный поток замыкается непосредственно по ротору. Таким образом, в отличие от двига­теля с полым немагнитным ротором здесь нет необходимости во внутреннем статоре. Воздушный зазор между ротором и статором в этих двигателях небольшой (0,2... 0,3 мм), поэтому намагничи­вающая сила воздушного зазора невелика. В этом отношении этот двигатель выгодно отличается от двигателя с полым немагнитным ротором. Однако суммарная магнитодвижущая сила, а следова­тельно, и намагничивающий ток (Iμ) двигателя практически не  отличаются от МДС и Iμдвигателя с полым немагнитным ротором. Причиной этого является то, что магнитная проводимость полого ферромагнитного ротора вследствие его малой толщины весьма незначительна.

Как результат большого намагничивающего тока, коэффициент мощности двигателя с полым ферромагнитным ротором практиче­ски такой же, как у двигателя с полым немагнитным ротором (cos φ=0,3... 0,5), причем значение его уменьшается при увеличе­нии частоты питающей сети.

Активное сопротивление полого ферромагнитного ротора весь­ма значительно. Это объясняется, во-первых, тем, что ферромаг­нитные материалы, из которых изготовляется ротор, обладают значительно большим удельным сопротивлением, чем медь и алю­миний, а во-вторых, тем, что при работе машины вследствие эффекта вытеснения ток ротора протекает лишь по небольшому поверхностному слою, толщина которого зависит от материала и частоты токов ротора. Вследствие большого активного сопротив­ления ротора критическое скольжение двигателей с полым ферро­магнитным ротором значительно больше единицы, поэтому эти двигатели не имеют самохода и устойчиво работают во всем диапазоне скоростей — от нуля до синхронной. По этой же причи­не механические и регулировочные характеристики двигателей с полым ферромагнитным ротором весьма близки к линейным. Они более линейны, чем характеристики двигателей с полым немаг­нитным и обычным короткозамкнутым роторами. Линейность ха­рактеристик двигателя увеличивается с увеличением частоты питающей сети.

У некоторых двигателей вследствие большого активного сопро­тивления ротора уменьшается КПД. В этом случае с целью умень­шения активного сопротивления  роторов  производят  их омеднение — цилиндрическую поверхность ротора гальваническим путем покрывают слоем меди толщиной 0,05... 0,1 мм. Омеднение ротора способствует уменьшению активного его сопротивления, а следова­тельно, увеличению момента и мощности на валу двигателя, при­чем омеднение цилиндрической поверхности менее эффективно, так как одновременно с увеличением момента и мощности на валу двигателя оно способствует увеличению потерь в роторе от выс­ших— зубцовых — гармоник поля и потерь в обмотке статора от возрастающего, вследствие увеличения немагнитного промежутка; намагничивающего тока. Омеднение торцовых поверхностей рото­ра более эффективно. Оно способствует увеличению не только момента и мощности на валу двигателя, но и его КПД.