Рівняння та основні діаграми для синхронного режиму

Реактивний двигун не має обмотки збудження. Його головний магнітний потік створюється за рахунок намагнічуючого струму обмотки статора. В двох- і трифазних двигунах обмотка статора створює обертове магнітне поле.

При відсутності магнітного потоку збудження полюсів ротора (Е₀=0) перша складова, що являє собою головний момент, рівно нулю.

Таким чином, в реактивному двигуні діє лише реактивний момент

, (39)

який і приводить ротор двигуна в обертання з синхронною частотою обертання n₁.

Необхідною умовою виникнення реактивного моменту являється нерівність індуктивних опорів обмотки статора по повздовжній і поперечній вісям (x_d>x_q), що має місце лише при явнополюсному роторі. Тому, ротор реактивного двигуна обов’язково повинен бути явнополюсним.

Конструктивно реактивний двигун відрізняється від асинхронного лише ротором. Найбільш часто в реактивних двигунах використовується ротор, пристрій якого зображений на рис.6.1, а. Цей ротор відрізняється від короткозамкненого ротора асинхронного двигуна лише наявністю впадин-вирізів на циліндричній поверхні, які утворюють явно виражені полюси. Короткозамкнена обмотка ротора забезпечує асинхронний пуск реактивного двигуна.

Рис. 6.1, а) ротор, б) ротор з алюмінію

В реактивних двигунах, призначених для роботи в схемах синхронного зв’язку, ротор виготовляють з алюмінію 2, в який при відливці укладають полоси з сталі 1 (рис. 6.1, б).

В системах автоматики часто використовують однофазні реактивні двигуни. Обмотку статора цих двигунів виконують такою ж, як і у асинхронних конденсаторних двигунів, і вмикають за аналогічними схемами.

Обертання ротора реактивного двигуна відбувається під дією реактивного моменту. З виразу, що визначає величину реактивного моменту, випливає, що максимальне значення моменту М_{р max} наступає при навантаженні, що відповідає куту q_кр=45⁰ (рис. 6.2, крива 1).

Рис. 6.2. Максимальне значення моменту М_р.

Під впливом активного опору обмотки статора максимальне значення реактивного моменту наступає при q_кр<45⁰ (q_кр=30¸40⁰). Це збільшує крутизну кривої М_р=f(q) в її початковій частині (рис.18.2, крива 2), а тому, підвищує величину питомого синхронізуючого моменту М _пит.

Питомий синхронізуючий момент - це момент, що приходиться на 1⁰ кута q М_пит = DМ_р/Dq і визначає стійкість роботи реактивного двигуна.

Максимальний момент реактивного двигуна прийнято називати моментом виходу з синхронізму. Справа в тому, що якщо навантаження на валу двигуна досягне значення, при якому кут q>q_кр, відбудеться “випадання” двигуна із синхронізму. В цьому випадку ротор двигуна або зупиняється, або продовжує обертатися асинхронно під дією електромагнітного моменту, що створюється струмами пускової короткозамкненої обмотки.

Величина реактивного моменту пропорційна квадрату підведеної до двигуна напруги

(). Тому, реактивні двигуни досить чутливі до коливань напруги мережі.

Представимо індуктивні опори обмотки статора по повздовжній x_d і поперечній x_q вісям у вигляді

x_d = 2pf₁L_d; x_q = 2pf₁L_q, (40)

де L_d i L_q - індуктивності обмотки статора по повздовжній і поперечній вісям:

(41)

причому L_d i L_q - магнітні провідності по повздовжній і поперечній вісям машини.

Підставивши вирази (40) і (41) у вираз, отримаємо формулу реактивного моменту:

де R_Mq=1/L_q i R_Md=1/L_d - магнітні опори по поперечній і повздовжній вісям машини.

З формули випливає, що реактивний момент пропорційний різниці магнітних опорів по поперечній R_mq i повздовжній R_md вісям машини.

З заглибленням впадин на роторі (див. рис.18.1, а) збільшується різниця магнітних опорів по поперечній і повздовжній вісям і реактивний момент збільшується, а тому, збільшується і мемент виходу із синхронізму.

Але заглиблення впадин на роторі доцільне лише до визначеної межі, так як з збільшенням глубини впадин збільшується середня величина повітряного проміжку. Це веде до зменшення обертового моменту в пусковому асинхронному режимі. Останнє приводить до зниження пускового моменту і моменту входу двигуна в синхронізм - найбільшого моменту опору, при якому ротор двигуна ще втягується в синхронізм. Для втягування в синхронізм необхідна частота обертання ротора не менше 0,95n₁, тобто ковзання s£0,05.

На рис.6.3 зображений ряд залежностей електромагнітного моменту від ковзання при різних значеннях активного опору пускової клітки, причому Величина моменту входа в синхронізм визначається ковзанням s=0,05. З зроблених на рисунку побудов видно, що чим більший активний опір пускової клітки, тим менший момент входу в синхронізм.

Рис. 6.3. Ряд залежностей електромагнітного моменту від ковзання

Встановлено, що найкраще відношення між максимальним моментом (моментом виходу із синхронізму), початковим пусковим моментом і моментом входу в синхронізм отримується при слідуючих відношеннях дуги b_п до полюсного поділу t і максимального повітряного проміжку d_max до мінімального d_min (див. рис.6.1, а):

b_п/t = 0,5¸0,6; d_max/d_min = 10¸12.

Істотний недолік реактивних двигунів - низький коефіцієнт потужності, що обумовлено значною величиною намагнічуючої складової струму статора.

Нагадаємо, що в реактивному двигуні магнітний потік створюється виключно струмом статора: крім того, середнє значення повітряного проміжку через наявність впадин на роторі досить велике, що веде до підвищення опору магнітного кола машини. Вказані обставини являються також причиною низього ККД, який в двигунах потужністю в декілька десятків ват, як правило, складає 30¸40%, а в двигунах потужністю до 10 Вт - не перевищує 20%.

За габаритами реактивні двигуни більші синхронних і асинхронних двигунів звичайного типу, що пояснюється низьким ККД, малим cosj₁ і невеликою величиною реактивного моменту.

Рис. 6.4. Синхронний реактивний двигун.

В останній час з’явились синхронні реактивні двигуни, у яких значна різниця магнітних опорів по поперечній і повздовжній вісям утворюється не за рахунок глибини міжполюсних впадин, а за рахунок внутрішніх вирізів 1 в шихтованому сердечнику 2 ротора (рис. 6.4). Ці вирізи, як правило, заливаються алюмінієм. Такі двигуни володіють підвищеними пусковими і робочими властивостями.

Дата добавления: 2015-07-13