Тихоходные двигатели

В технике часто возникает потребность в двигателях с низкими скоростями вращения (от единиц до нескольких десятков оборотов в минуту) без использования механических редукторов. Применение редукторов нежелательно по причинам их повышенного шума, значительных масс и габаритов, люфтов и ряда других отрицательных последствий. Малые скорости вращения микродвигателей можно получить следующими принципиально разными способами:

1)выполнением дробных обмоток, т.е. обмоток с числом пазов на полюс и фазу ;

2)использованием принципа электромагнитной редукции;

3)выполнением двигателей с катящимся или волновым ротором.

Дробные обмотки

Получение малых скоростей путем увеличения числа пар полюсов (при ) в микромашинах невозможно из–за ограниченных габаритов последних. Это тем более затруднительно, что во многих случаях они выполняются на повышенные частоты (200, 400 и более герц). Использование обмоток с позволяет решить задачу. Однако не всякое значение q даст положительный результат.

В нашем случае число пазов на полюс и фазу можно записать в виде

, (6.1)

где: – число пазов статора; – число пар полюсов; – число фаз; и – положительные числа.

Для того чтобы получить удовлетворительные обмотки, надо выполнить ряд условий:

1) и должны быть несократимыми числами;

2)знаменатель дроби не должен быть кратным числу фаз. Другими словами, для трехфазных обмоток не должно быть кратным 3, а для двухфазных – четным числом;

3) и связаны соотношением , где – целое число.

Иногда возникает задача выполнить обмотку с максимальным числом пар полюсов в статоре с заданным числом пазов . Тогда

. (6.2)

В этом случае числитель дроби выбирается из условия

(6.3)

Кривая НС обмоток с дробным содержит большое число высших гармоник. Причем, чем ближе к предельному значению, тем ярче выражены эти гармоники. Поэтому значительная часть момента двигателя теряется на преодоление тормозных составляющих. Энергетические показатели таких двигателей, как правило, невысокие.

В качестве примера выполним двухфазную обмотку с числом пазов и максимально возможным числом пар полюсов.

Решая (6.2), получаем

.

Из условия (6.3) находим числитель дроби :

, т.е. .

Следовательно .

Шаг обмотки по пазам

Рис. 6.1. Звезда пазовых ЭДС

Находим угол сдвига пазовых ЭДС в электрических градусах

.

Строим звезду пазовых ЭДС (рис. 6.1) и разбиваем ее на фазные зоны (в нашем случае на

4) Рисуем пазы, указываем направление токов, приняв, что в зонах Y, A они текут вверх, а в зонах B, X – вниз (рис. 6.2)

Рис. 6.2. Схема дробной обмотки ( )

Наконец соединяем катушки наиболее короткими перемычками и получаем нужную обмотку.

На рис. 6.3 для момента времени, когда ток в фазах А и Y равен , построена диаграмма НС. Видно, что кривая намагничивающих сил далеко не синусоидальная, т.е. она содержит большое число ярко выраженных гармоник. Однако обмотка все–таки создает магнитное поле с 10 полюсами.

Задачи:

1) Построить кривую НС для момента времени, когда ток в фазе А максимальный, а в фазе В равен нулю.

2) Перечислить все возможные значения дробного , если , . При каком гармонический состав поля будет наиболее благоприятным?

Рис. 6.3. Кривая намагничивающих сил дробной обмотки ( )