Лекция 3.5.Конструкция, принцип работы и характеристики исполнительных асинхронных микродвигателей

Конструкция. В качестве исполнительных асинхронных микродвигателей в большинстве случаев используют двухфазные микродвигатели. На статоре исполнительных микродвигателей имеются две обмотки, сдвинутые в пространстве на угол γ у большинства двигателей электрический угол γ = 90°. Число витков в обмотках возбуждения В и управления У в общем случае разное.

По сравнению с трехфазными асинхронными двигателями общего применения исполнительные асинхронные микродвигатели имеют повышенное активное сопротивление ротора. Это связано с требованием устойчивой работы исполнительных микродвигателей во всем рабочем диапазоне угловых скоростей (ω ₂ = 0 ÷ ω ₁). Поскольку устойчивая работа асинхронных машин практически при всех видах нагрузки обеспечивается только на участке ω ₂=ω ₂ ÷ ω _2кр, активное сопротивление ротора у исполнительного асинхронного микродвигателя должно быть таким, чтобы обеспечивалось условие s_кр ≥ 1. У реальных исполнительных асинхронных микродвигателей обычно s_кр = 2 ÷ 4.

В зависимости от конструкции ротора различают два основных типа исполнительных асинхронных микродвигателей: с короткозамкнутым ротором типа “беличья клетка” и с полым немагнитным ротором.

Полый ротор имеет очень малую массу и, следовательно, незначительный момент инерции. Отсутствие радиальных сил притяжения полого немагнитного ротора к статору и уменьшение массы ротора, соответственно момента трения в подшипниках, обеспечивают уменьшение напряжения трогания.

Недостатком микромашин с полым немагнитным ротором является большой немагнитный зазор, состоящий из двух зазоров: между внешним статором и ротором и ротором и внутренним статором (каждый до 0, 25 мм), а также из немагнитной стенки самого ротора. Из-за большого немагнитного зазора между внешним и внутренним статорами, который составляет 0, 5 ÷ 1, 5 мм, эти машины имеют значительный намагничивающий ток (0, 8 ÷ 0, 9 номинального) и низкий коэффициент мощности. Большой намагничивающий ток приводит к большим электрическим потерям в обмотках двигателя и значительно снижает его КПД. Габариты и масса при одинаковой полезной мощности увеличиваются в 1, 2 ÷ 2 раза.

Микромашины с полым немагнитным ротором менее надежны при высоких температурах, вибрации и ударах, так как вероятность деформации полого немагнитного ротора в указанных условиях выше, чем ротора типа “беличья клетка”.

Форма поля. Вращающееся магнитное поле статора, создаваемое в результате взаимодействия МДС обмоток В и У является круговым (рис. 3.9, а) при соблюдении условий, вытекающих из (3.1, N=4):

γ =90°, β =90° и I_yw_yэф=I_вw_вэф, (3.9)

где w_эф -число эффективных витков, учитывающее распределенность обмоток.

Рисунок 3.9

Нарушение любого из этих условий приводит к тому, что суммарное магнитное поле Ф при вращении не остается постоянным и конец вектора магнитного потока описывает не окружность, а эллипс. Можно показать, что эллиптическое поле создает меньший вращающий момент, чем круговое такой же амплитуды. Для этого условно представим эллиптическое поле в виде суммы двух неравных по значению круговых полей, вращающихся с синхронной угловой скоростью в противоположные стороны (рис. 3.9, б). Круговое поле Ф_пр, вращающееся в одном направлении с эллиптическим, называют прямым; второе поле Ф_обр именуют обратным.

Прямое поле создает вращающий момент двигателя, а обратное – тормозящий момент. С увеличением эллиптичности поля за счет изменения углов β и & # или уменьшения МДС одной из обмоток статора прямая составляющая поля и момента убывает, а обратная составляющая растет. Уменьшение результирующего момента при неизменном моменте нагрузки приводит к снижению угловой скорости ротора.

Когда полностью не выполняется хотя бы одно из условий кругового поля, т.е. β = 0, или γ = 0, или I_в = 0, или I_y = 0, поле статора становится пульсирующим (рис.3.9, в), и двигатель не развивает вращающего момента при неподвижном роторе.

При снятии сигнала управления в процессе вращения ротора он продолжает по инерции вращаться в пульсирующем поле. При s_кр ≥ 1 электромагнитный момент пульсирующего поля отрицательный во всем рабочем диапазоне скоростей, и ротор обязательно останавливается. Это является второй причиной изготовления исполнительных асинхронных микродвигателей c s_кр > 1 – исключение параметрического самохода.