Асинхронный двигатель с экранированными полюсами

Асинхронный двигатель с экранированными полюсами (с короткозамкнутым витком) является широко распространенным двигателем в приводах, где не требуется большого пускового момента , например, в магнитофонах, проигрывателях, вентиляторах и т.д.

Конструкция двигателя следующая (рис. 6.7, а). Статор, собираемый из тонких листов электротехнической стали, имеет явновыраженные полюса ( или ). Часть каждого полюса охватывается короткозамкнутым витком, выполняемым из толстой медной или алюминиевой шины. На полюсах располагается сосредоточенная однофазная обмотка возбуждения. Ротор всегда короткозамкнутый.

Принцип действия. При питании обмотки возбуждения переменным током возникает пульсирующий магнитный поток (рис. 6.7, б), часть которого проходит по неэкранированной части полюса; другая – проходит по экранированной части полюса, сцепляется с витком и наводит в нем ЭДС . Эта ЭДС отстает от потока экранированной части на угол 90 градусов (рис. 6.6, в). Под действием ЭДС по витку протекает ток и возникает поток витка , который совместно с потоком образует поток экранированной части . Из диаграммы видно, что поток экранированной и поток неэкранированной части сдвинуты во времени на угол . К тому же потоки и сдвинуты в пространстве на угол (рис. 6.6, а). Таким образом, в двигателе имеются два потока, сдвинутых в пространстве и во времени. Этого достаточно, чтобы даже при сосредоточенной однофазной обмотке в двигателе образовалось вращающееся магнитное поле. Поскольку углы и далеко не , это поле эллиптическое.

Рис. 6.7. Асинхронный двигатель с экранированными полюсами: а) – поперечный разрез (ОВ – обмотка возбуждения; КЗВ – короткозамкнутый виток;
МШ – магнитный шунт); б) – схема потоков; в) – векторная диаграмма

Вращающееся поле статора индуцирует в роторе ЭДС и токи, которые, взаимодействуя с ним, создают вращающий момент.

,

.

Ток витка где – число витков короткозамкнутого витка, – полное сопротивление витка, – коэффициент магнитной проводимости на пути потока пазового рассеяния витка. Поскольку активное сопротивление витка очень маленькое, . В свою очередь тангенс угла между током витка и его ЭДС

Из векторной диаграммы, следует, что для усиления "сдвигающего" эффекта витка ток витка (поток ) должен быть по возможности большим, а угол – по возможности меньшим. Для того чтобы выполнить оба эти требования, виток должен быть действительно одним, а укладывать его надо в открытый паз, как имеющий наименьший коэффициент магнитной проводимости рассеяния.

Сосредоточенная обмотка возбуждения создает прямоугольную волну НС, в которой сильно выражена 3-я гармоника (рис. 6.7, а). Эта гармоника образует свой вращающий момент, из–за чего в пусковой характеристике двигателя возникает глубокий провал (рис. 6.7, б). По этой причине вполне вероятно застревание ротора при скорости вращения примерно равной 1/3 синхронной.

Рис. 6.8. Намагничивающая сила сосредоточенной обмотки возбуждения и ее

гармонические составляющие (а); механическая характеристика двигателя (б)

Короткозамкнутый виток приводит к большим потерям мощности, поэтому КПД двигателя составляет всего 25 – 40 %. Его . Большие потоки рассеяния обмотки ротора, которые замыкаются через полюсные наконечники, приводят к большим индуктивным сопротивлениям этой обмотки, поэтому кратность пускового тока двигателя весьма небольшая .

Следствием всего вышесказанного является высокая надежность двигателя с экранированными полюсами. Главный недостаток двигателя заключается в его нереверсивности. Ротор всегда вращается в сторону витка.

В последнее время у нас в стране и за рубежом начинают выпускать двигатели с несколькими витками, вообще без витков, но с неравномерным воздушным зазором (рис. 6.9). Однако, несмотря на все усовершенствования, пусковые и рабочие свойства двигателей остаются невысокими.

Рис. 6.9. Асинхронные двигатели с несколькими витками (а) и с неравномерным

воздушным зазором (б)

Задания:

1. Предложите конструкцию реверсивного двигателя с экранированным и полюсами.

2. Предложите способы уменьшения провала в пусковой характеристике рассмотренного двигателя.