§ 7.3. РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Принцип действия и устройство. Реактивным двигателем называют синхронный двигатель с явнополюсным ротором без обмотки возбуждения и постоянных магнитов, у которого магнитный поток создается реактивным током, проходящим по обмотке статора. Вращающий момент в таком двигателе возникает из-за различия магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям. При этом явновыраженные полюсы ротора стремятся ориентироваться относительно поля так, чтобы магнитное сопротивление для силовых линий поля было минимальным. Вследствие этого появляются тангенциальные силы fт (рис. 7.5), образующие вращающий момент, и ротор вращается в том же направлении и с той же частотой вращения n1 , что и поле статора.

Обмотка статора в двигателях общего применения распределенная, трех- или двухфазная с конденсатором в одной из фаз; она создает вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя может иметь различные конструктивные исполнения. На рис. 7.6,а приведено наиболее простое устройство ротора; его собирают из стальных листов аналогично роторам асинхронных двигателей; листы имеют впадины, обеспечивающие различные индуктивные сопротивления по осям d и q. Для пуска в ход двигателя на роторе предусмотрена короткозамкнутая обмотка типа «беличья клетка». Однако двигатели с роторами этой конструкции имеют низкие технико-экономические показатели.

Более высокие показатели получены при использовании современных усовершенствованных конструкций ротора (рис. 7.6,б и в), в которых пазы или вырубки в листах заливают алюминием. Реактивные двигатели с роторами новой конструкции имеют приблизительно такие же технико-экономические показатели, как и другие типы синхронных и асинхронных микродвигателей.

Рис.   7.5.   Схема  возникновения реактивного момента

Рис. 7.6. Роторы реактивных двигателей: 1 — пакет   ротора;   2 — обмотка   типа   «беличья клетка»;     3 — вырезы,     залитые     алюминиевым сплавом

Электромагнитный момент и угловые характеристики. Электромагнитный момент реактивного синхронного двигателя можно определить по общей формуле (6.36) для синхронной машины, при работе с током возбуждения, равным нулю. В этом случае ЭДС Е0 = 0 и (6.36) принимает вид

Однако при выводе (6.36) не учтены потери мощности ΔPэл1 в обмотке якоря и принято, что электромагнитная мощность Рэм равна мощности Pэл , поступающей в обмотку якоря (в двигателе) или отдаваемой ею (в генераторе). В машинах большой и средней мощности это допущение не вносит заметных погрешностей в основные положения теории работы синхронных машин, так как активное сопротивление Ra обмотки якоря у них значительно меньше реактивных сопротивлений Xd и Хq . В микромашинах при Рном < 0,5 кВт активное сопротивление Ra имеет такой же порядок, как и реактивные сопротивления, вследствие чего потери мощности в нем оказывают влияние на электромагнитный момент, а следовательно, и угловую характеристику. Из векторной

Рис. 7.7. Векторная диаграмма реактивного двигателя  (а),его   угловые   характеристики   при различных значениях Rа /Xd (б)

диаграммы (рис. 7.7, а) синхронного двигателя, работающего без возбуждения при Е0 = 0 и учете активного сопротивления якоря Ra (она может быть построена на основании диаграммы, приведенной на рис. 6.37,б), можно получить формулу для определения электромагнитного момента:

С увеличением Ra максимальный момент Мmax уменьшается, и угловая характеристика (рис. 7.7,б) сдвигается в область меньших углов θ. Максимальный момент реактивного двигателя соответствует углу θ = 25 ÷ 45°.

Устойчивость работы двигателя зависит от значения удельного синхронизирующего момента Мсн.уд — электромагнитного момента, приходящегося на один градус угла θ. Этот момент обычно определяют при значениях θ, близких нулю, т. е. при Мсн.уд = (dM/dθ)θ = 0. Значения удельного синхронизирующего момента Мсн.уд зависят от приложенного напряжения U и отношения Xq /Xd .

Начальный пусковой момент у реактивных двигателей, так же как и у синхронных двигателей с обмоткой возбуждения. и постоянными магнитами, равен нулю. Следовательно, peaктивные двигатели должны иметь пусковую обмотку типа «беличья клетка» для асинхронного пуска. Эта обмотка является одновременно демпферной, которая способствует быстрому затуханию колебаний ротора.

Преимущества и недостатки реактивного двигателя. Реактивные двигатели проще по конструкции, надежнее в работе и дешевле по сравнению с синхронными двигателями с обмоткой возбуждения на роторе; при их использовании не требуется иметь источник постоянного тока для питания цепи возбуждения. Основными недостатками реактивного двигателя являются сравнительно небольшой пусковой момент и низкий cos φ, не превышающий обычно 0,5. Это объясняется тем, что магнитный поток создается только за счет реактивного тока обмотки якоря, значение которого из-за повышенного сопротивления магнитной цепи машины довольно велико.