Микродвигатели с расщепленными экранированными полюсами.

Наиболее простыми однофазными двигателями переменного тока являются микродвигатели с расщепленными экранированными по­люсами (рис. 2.19, а) в асинхронном и синхронном исполнении. Статор 1 такого двигателя явнополюсный и состоит из двух паке­тов электротехнической стали. На статоре имеется однофазная об­мотка возбуждения 2. На каждом из полюсов 3 находится про­дольный паз, в котором размещается одна из сторон короткозамк­нутых витков 4, охватывающих и экранирующих часть (от ¹/₅ до ¹/₂ полюсной дуги) полюса. В расточке полюсов помещается ротор 5 двигателя.

Рис. 2.19

Конструкция ротора зависит от типа микродвигателя. В двигателях асинхронного исполнения ротор типа «беличья клет­ка», полый немагнитный или ферромагнитный. При синхронном варианте ротор может быть с постоянным магнитным (активный), из магнитотвердого материала (гистерезисный) или с перемен­ным вдоль окружности магнитным сопротивлением (реактивный). При подаче однофазного переменного напряжения на зажимы обмотки возбуждения в магнитопроводе статора создается пульси­рующий магнитный поток Ф. Проходя по полюсам статора, этот поток расщепляется продольным пазом на два потока Φ ' и Ф", сдвинутых в пространстве на угол γ. Поток Ф', замыкаясь по экра­нированной части полюсов, наводит в короткозамкнутых витках трансформаторную э.д.с. По виткам проходит ток, отстающий от э.д.с. вследствие индуктивного характера сопротивления витков. Под действием м.д.с. витков создается поток Ф_к, замыкающийся по экранированной части полюсов. В сумме с потоком Ф' он обра­зует результирующий магнитный поток Ф_э экранированной частя полюсов, сдвинутый во времени относительно потока неэкранированной части полюсов Ф:

. (2.23)

Векторная диаграмма микродвигателя изображена на рис. 2.19, б.

Магнитные потоки Ф" и Ф_э, сдвинутые относительно друг друга в пространстве и во времени, создают результирующее вращаю­щееся магнитное поле. Так как углы сдвига магнитных потоков Ф" и Ф_э во времени и пространстве обычно меньше 90°, а значения по­токов не равны, магнитное поле будет не круговым, а эллиптиче­ским. Вращающееся магнитное поле взаимодействует с ротором двигателя и создает вращающий момент, природа которого зави­сит от типа ротора.

Существенным преимуществом однофазных микродвигателей с расщепленными полюсами кроме простоты конструкции и неболь­шой стоимости является их надежная работа при частых пусках и остановах под напряжением. Это объясняется тем, что основными потерями в двигателе являются электрические потери в коротко­замкнутых витках. Следовательно, полные потери в двигателе практически не меняются от режима холостого хода до короткого замыкания (остановки ротора при напряжении на зажимах обмот­ки возбуждения) и не происходит недопустимого перегрева обмот­ки возбуждения.

Один из основных недостатков описываемых микродвигателей состоит в том, что вследствие существенной эллиптичности магнит­ного поля они развивают незначительный пусковой момент. Пояс­ним это на примере асинхронного микродвигателя. В двигателе имеет место самый общий случай несимметрии магнитных потоков Ф_э и Ф", образующих вращающееся поле:

; sin β < 1; sin γ < 1. (2.24)

Пусковой момент в относительных единицах у асинхронных микродвигателей равен эффективному коэффициенту сигнала. Ес­ли принять за единицу пусковой момент M_п0, развиваемый круго­вым полем с амплитудой Ф", то пусковой момент реального дви­гателя с экранированными полюсами

. (2.25)

С учетом неравенств (2.24) получаем, что M_п < < M_п0. В экрани­рованных микродвигателях асинхронного типа пусковой момент составляет обычно 20 – 60% от номинального.

Аналогично можно показать, что вследствие такой эллиптично­сти магнитного поля двигатели развивают небольшую механиче­скую мощность при относительно высоком уровне потерь, к.п.д. у двигателей различной мощности не превышает 0, 1 – 0, 4. Коэффи­циент мощности двигателей cos φ = 0, 4÷ 0, 6.

Некоторого улучшения энергетических и пусковых характери­стик можно достигнуть, выполняя двигатель с неравномерным воздушным зазором или с магнитными шунтами. Примером может служить микродвигатель с составным статором, изображен­ный на рис. 2.20. Статор состоит из цилиндра 1 и крестовины 2. Крестовина образует полюсы двигателя и магнитные шунты МШ между ними. Магнитные шунты имеют малое сечение, и основная часть потока полюсов проходит через зазор в ротор. При такой конструкции магнитопровода ослабляется эллиптичность вращаю­щегося поля, закон распределения индукции в зазоре приближа­ется к синусоидальному, уменьшаются потери и паразитные момен­ты от высших гармоник поля.

Рис. 2.20 Рис. 2.21

Такие микродвигатели относятся к нереверсивным. Однофазный микродвигатель с расщепленными экранированными полюсами, позволяющий осуществлять реверсирование, отличается от микро­двигателя, представленного на рис. 2.20, только тем, что короткозамкнутые витки заменены катушками с выведенными концами. Четыре катушки расположены на обеих частях полюсов, охваты­вая каждую половину полюса. Замыкая то одну, то другую пару катушек, можно экранировать то одну, то другую часть полюсов, изменяя таким образом направление вращения магнитного поля и ротора на противоположное.

Теоретически однофазный микродвигатель с расщепленными экранированными полюсами можно рассматривать как двухфазный двигатель, у которого угол сдвига между обмотками фаз не равен 90° и зажимы одной из обмоток замкнуты накоротко.

ЛЕКЦИЯ №10