Рис. 1-9.

димо выполнить предварительный анализ возможных схем обмоток. Приводим ниже соответствующий анализ для двух случаев, используя для определения потоков и потокосцеплений отдельных фаз метод эквивалентных магнитных схем (см, § 2-4).

- Симметричную двухфазную машину при минимальном числе пазов на статоре [Z = 4 можно получить при р, = 1, = 1, Рз2 = 2 и д2=

= 1/2, Чтобы обеспечить фазовую симметрию, необходимый угол сдвига между потоками соседних зубцов статора должен быть = 2ix [Z~ - ZyZ = ± ix/2. Отсюда получим для определения числа зубцов ротора формулу: 2 = ± I. В рассматриваемом случае = 4 + 1 = 3; 5. Принципиальная схема такой двухфазной первичной н вторичной обмотки показана на рис. 1-9. Действительно, при совмещении первого зубца статора и ротора при Z = 5 имеем для зубцовых потоков при возбуждении фазы Ai выражения (у - Zy): 1=ЫРА1[ёо + ёг>ов V]; %=opAllao + Slos{y + л/2)], Фз = - (*оЛ1 [0 + 1 COS (V + IX)]; Ф4 = - ЫРа1 Wo. + Sl cos (Y + 3ix/2)]. Потокосцепление с фазой будет:

"Ai = A2 (Ф1 + ф3) = A2M {So + 1 tOS V + 0 + 1 tOS 7) =

= 2Шд2ФлС08у.

Потокосцепление с фаэ<?й В2 имеет величину "82 = В2 (®2 + ф4) = В2А1 {So - "1 sin V - go - gi sill у) =

= 2В2Фл1ё18пу-

Аналогично при возбуждении фазы А 2. вторичной обмоткии совмещении первых зубцов статора и ротора имеем:

•1= NA2lSo + eiCosyy,

Ф2 = - Ыа2 [So + Sl cos (V + я/2)];

% = ЫРа2 [So + Sl cos (V + я)];

®4 = - ЫРа2 [So + 1 cos (Y + Зя/2)].

Тогда поТокосцЪпления соответственно с фазой Ai и Bi первичной обмотки будут: •

"Ai = Ai (®i + Фг - ®8 - Ф4) = 2 AiA2Si COS (7 - ix/4);

Vl = wвl{%+Фз + Ф-ФJ) = 2Y2wgФgsш{y-n[i).

Отсюда следует, что рассматриваемая «элементарная» двухфазная система обмоток обеспечииает полную симметрию взаимных индуктивностей обмоток.

Для получения двухфазной первичной обмотки и трехфазной вторичной обмотки минимальное число пазов статора Z = 2т1т2 ~ 2. Число па-

зов ротора находим по формуле: Z = Z ± 2. В рассматриваемом случае 2 = 12 + 2 = 10; 14. Для обеспечения симметричной трехфазной системы вторичных обмоток отдельные ее фазы должны охватывать следующие зубцовые потоки; фаза А - 1, 4, 7, 10; фаза - 3, 6, 9, 12; фаза Сг - 5, 8, 11, 2. На рис. 1-10 показана принципиальная схема такой системы обмоток.

Рис. 1-10.

Аналогично рассуждая, нетрудно убедиться, что при возбуждении вторичной системы обмоток образуется симметричная система потоков, которая обеспечивает необходимые электромагнитные связи с первичными обмотками.

1-4. Асинхронные тихоходные двигатели

Многополюсиые двигатели с дробными обмотками. Наиболее просто

можно получить низкую скорость вращения путем создания многополюсной обмотки на статоре. Однако нз-за сравнительно малой величины внутреннего диаметра статора у микромашин выпол-ггить многополюсную обмотку с целым числом пазов на полюс п фазу часто не представляется возможным. Поэтому приходится идти на варианты обмоток с д<1. Такие обмотки обладают целым рядом свойств, отличных от свойств обмоток с целым числом q. Кривые намагничивающих сил дробных обмоток с дробным числом q содержат большое количество гармонических составляющих, многие из которых имеют сравнительно большую величину. Это приводит к значительному возрастанию коэффициента дифференциального рассеяния и повышенной величине добавочных потерь. В случае асинхронных исполнительных двигателей появятся дополнительные асинхронные и синхронные моменты.

Многополюсные асинхронные двигатели с дробными обмотками д<1 исследовались в работах {15, 16]. Установлено, что минимальная дробность составляет примерно q~\/m. Прн q<l/m в кривой н. с. появляется низшая гармоническая <р с амплитудой, большей, чем у главной гармонической v = р. Поэтому асин-двигатель с короткозамкнутым

Рис. 1-11.

хронный

ротором типа беличьей клетки будет работать на эту гармоническую, и ротор будет вращаться быстрее, чем от основной гармонической поля.

Вследствие большого содержания гармоник поля у обмоток с g < 1 значительная часть момента теряется на преодоление тормозящего действия до-

полнительных асинхронных моментов. Для уменьшения вредного действия последних можно использовать специальные короткозамкнутые обмотки на роторе с одним короткозамыкающим кольцом [59].

Первые сведения о применении индукторных машин в качестве тихоходных асинхронных относятся к 1933 г. В патенте фирмы AEG описана конструкция асинхронного тихоходного двигателя (рис. 1-11), состоящего из неподвижного статора / с двумя системами первичной 2 н вторичной 3 обмоток и из зубчатого ротора 4. Первичная многофазная обмотка 2 размещается в больших пазах и подключается к многофазной сети переменного тока. В малых пазах больших полюсов статора размещается короткозамкиутая вторичная обмотка 3.

В 1960 г. Г. И. Штурманом и И. Н. Левиным [72] была предложена другая разновидность индукторного асинхронного двигателя, образованного на основе индукторного генератора с трехфазными первичными обмотками двойного шага и с однофазной вторичной обмоткой, включенной на конденсатор. Несколько позднее В. И. Шаровым, А. С. .Куракиным и Ю. С. Коно-ныхнным [70] разработан асинхронный индукторный двигатель с распределенными первичными и вторичными обмотками с Psa = Зр,. Во всех этих случаях зубчатый ротор обмоток пе имеет и играет роль модулятора магнитного поля в воздушном зазоре. В работах Г. Б. Федорова [63], П. Ю. Кааснка и Е. Д. Кученкова [34, 35] приводятся данные характеристик индукторных асинхронных двигателей в качестве управляемых для автоматических устройств. Сравнение, приведенное в [7], свидетельствует о том, что в одинаковых габаритах индукторные двигатели развивают примерно одинаковые пусковые моменты, с короткозамкнутыми асинхронными управляемыми двигателями. Г1ри этом вследствие уменьшения скорости вращения снижается полезная мощность индукторных двигателей, но быстродействие у последних больше. Поэтому, очевидно, И]Дукторные исполнительные двигатели, выгодно применять в позиционных следящих системах.

1-5. Синхронные тихоходные двигатели

Возможность выполнения мпогополюсных синхронных двигателей, так же как и асинхронных, ограничивается технологичностью выполнения много полюсной дробной обмоткп статора, а также активного ротора. Для бескон тактных синхронных микродвигателей можно получить активный ротор при менением постоянного магнита. Для получения многополюсной системы на роторе с достаточно высокой индукцией в воздушном зазоре применяют кои струкции с когтеобразными полюсами или гармонические роторы. Для примера на рис. 1-12 показаны эскизы гармонических роторов, которые npi; числе намагниченных областей 2р;. и числе зубцов ротора 2 образуют маг нитное поле с ps = Zr А- Pr парами полюсов. Для получения возможно меньшей скорости вращения необходимо выполнить многополюсные дробные обмотки статора с q<\lin. В работах [15, 16, 67, 68] даются описания различных типов синхронных тихоходных двигателей с гармоническим ротором и результаты их исследования.

Для создания тихоходного двигателя индукторного типа можно использовать для работы зубцовые гармонические поля гребеночного статора и гар-, монического ротора. Различные конструкции зубцовых зон таких двигателет рассмотрены в работе 168].

Аналогично можно образовать тихоходный синхронный реактивный двигатель (СРД) путем увеличения числа пар полюсов обмотки статора, что при водит, естественно, к использованию дробного числа обмоток. Однако прп увеличении числа пар полюсов ухудшаются энергетические показатели и. начиная с определяемого для каждого габарита числа полюсов, для дальней шего снижения скорости вращения ротора целесообразно перейти к использованию синхронных реактивных тихоходных двигателей с электромагнит ной редукцией скорости вращения. Для краткости будем их в дальнейшем называть субсипхронпыми реактивными двигателями и обозначать ССРД,

16 . *

Для подтверждения вышесказанного.в табл. 1-2 йриведены результаты сравнительного расчета двухфазных СРД и ССРД в габаритах двигателей ДВА при частоте 50 Гц.

Как видно из результатов расчета, в рассматриваемом случае для получения скоростей вращения, меньших 500 об/мин, выгоднее использовать субсинхронный реактивный двигатель.

Первоначально на практике нашли применение однофазные субсинхрон-пые реактивные тихоходные двигатели, представляющие собой разновидности колеса Ла-Кура. В книге [19] дано описание конструкции и принципа действия двух типов однофазных тихоходных двигателей с явнополюсным статором и зубчатым ротором и однофазных двигателей, имеющих двустороннюю зубчатость.

Zr=6

Zr=fZ

Zr=16

Рис. 1-12.

Субсинхронные реактивные двигатели (ССРД), разработанные инженерами американской фирмы «Вестингауз» Чеббом и Уотсом [90], являются, по существу, многофазными. Они позволяют получить малые скорости вращения без каких-либо механических редукторов и находят применение в различных часовых механизмах, счетчиках машинного времени и автоматических устройствах, где требуется малая скорость выходного вала и повышенные надежность и срок службы. Из литературы известны случаи их применения для регулируемых электроприводов малой мощности.

Как и индукторные генераторы, индукторные двигатели могут выполняться в двух основных вариантах - одиоименнополюсными (рис. 1-13, 1-14), в которых поток возбуждения проходит в плоскости, параллельной оси вала (аксиальное возбуждение), и разноименнополюсным (рис. 1-15), в ко-

Таблица 1-2

об/мин

500 300 200

6/5 1

3/5 6/15

ссрд

6/7 1 3 2

ссрд

787 Й4 248

8,5 14,2 133,0 92,0

48, 28 7,85

ссрд

5,2 7,3 4,1 19

Заказ № 1117

cos ф„,, о. е.

0,67 0,70 0,70

ссрд

0,63 0,40 0,48

ссрд

34 28 10,3

I 00. пу-Эл

35 20

.»«1ая

lT/yZllTS7ZZr" ° """"«"" "Р"н.нк,»ярной „си „

Из немагнитного

Рис. 1-13.

том, ось которых совпадает с осью вала. Источники возбуждения сами могут быть расположены на неподвижном статоре (рис. 1-13) либо на вращающемся роторе (рис. 1-14). Если магнитная система двухпакетная (рис. 1-14), то поток возбуждения проходит через два рабочих Sq зазора; а если однопакетная (рис. 1-13) - поток возбуждения проходит через один рабочий б„ и один технологический бх зазор. Обмотка якоря в зависимости от числа пазов на роторе, равного числу пар полюсов обмотки статора, может быть выполнена

Рис. 1-14.

Рис. 1-15.

Со - 1 и выше, а тякжр г п \ п

зубцовой геометрии по табл 11 Р "вбирается в зависимости от пазово-18

Поток возбуждения разноименнополюсных машин с радиальным возбуждением создается обмоткой возбуждения, расположенной либо в специ-а.тьных пазах статора, либо в одних пазах с обмоткой якоря. Обмотка возбуждения может быть как сосредоточенной, так и распределенной. Число пазов статора Zj и ротора Z и чпсло пар полюсов обмотки статора ps и обмотки возбуждения р связаны между собой зависимостью: Z = Z ± р ± р. Для избежания трансформаторной связи между обмоткой статора и обмоткой возбуждения число пар полюсов этих обмоток должно отличаться в четное число раз, т. е. = 2kp или р = 2кр, где ft = 1, 2, 3, . . .

В некоторых случаях, при необходимости питания обмотки возбуждения от того же источника переменного тока через выпрямительное устройство, что и обмотки якоря, желательно иметь трансформаторную связь между обмотками. Для этого нужно иметь число пар полюсов обмоток согласно р= ip или р = = гр, где г = 1, 2, 3. . . .

Обмотки якоря и возбуждения могут быть выполнены одно- или двухслойными распределенными с 1<;<7<1. Весьма перспективными являются двухзубцовые обмотки. На рис. 1-15 показана принципиальная схема трехфазной индукторной машины с двухзубцовыми обмотками якоря и однофаз-

т 160

>KJ- i-1-1-j--1-u-1-

= 0 W 80 m 160 200 2W об/мин

Рие. 1-16.

Рис 1-17.

ной обмоткой возбуждения. В общем случае обмотка возбуждения может быть выполнена также по многофазной схеме.

Для уменьшения скорости вращения в синхронных индукторных двигателях необходимо увеличивать число зубцов Z на роторе. Последнему ставит предел чрезмерное увеличение диаметра ротора Dar- Для иллюстрации на рис. 1-16 показана зависимость Dar ~ Ф (Пгс) при зубцовом делении ротора tr = 2, мм. Для обеспечения удовлетворительных условий пуска рациональный предел скорости вращения для синхронных индукторных микродвигателей находится в пределах 60-80 об/мин. Дальнейшее снижение скорости вращения выходного вала двигателя можно получить путем использования принципа двойной электромагнитной редукции [47]. Такой двигатель

2* 19