Классификация синхронных микродвигателей

Частота вращения ротора синхронных электродвигателей (СМЭД) равна частоте вращения магнитного поля статора и в диапазоне нагрузки от 0 до М_тах не зависит от нагрузки. Конструкции статора синхронных и асинхронных двигателей аналогичны. Его обмотка может быть однои многофазной. В однофазном исполнении электродвигатели могут иметь расщепленные полюсы и постоянно включенный (рабочий) конденсатор. Основное конструктивное отличие синхронных электродвигателей от асинхронных заключается в устройстве ротора.

По конструкции ротора синхронные микроэлектродвигатели разделяются на двигатели:

• • с возбуждением от постоянных магнитов;
• • реактивные;
• • гистерезисные.

Все эти электродвигатели обычно выполняют без обмотки возбуждения на роторе, что значительно повышает их эксплуатационную надежность и упрощает конструкцию.

Кроме этого, в бытовых электроприборах (бритвы, машинки для стрижки волос, приборы для массажа и др.) широко применяют синхронные электродвигатели с пульсирующим магнитным потоком. Их статор обычно выполняют явнополюсным, ротор — реактивным, без возбуждения. Среди всего многообразия таких электродвигателей можно выделить:

• • вибрационные двигатели;
• • импульсные.

Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами

В синхронных микродвигателях (СМЭД) с постоянными магнитами магнитный поток возбуждения создается блоком постоянных магнитов, изготовленных из магнитно-твердого материала, обладающего большой коэрцитивной силой. Постоянные магниты располагают на роторе. Статор имеет обычную конструкцию: в его пазах размещают одно-, двухили трехфазную обмотку. В синхронных микродвигателях на роторе, кроме блока постоянных магнитов, устанавливают собранный из листовой стали пакет, в пазах которого размещают пусковую короткозамкнутую обмотку типа беличьей клетки, которая в рабочем процессе выполняет еще роль демпфера, уменьшающего качания ротора.

Наибольшее применение получили микродвигатели двух конструктивных исполнений: с радиальным и аксиальным расположением блока постоянных магнитов и пакета ротора с короткозамкнутой обмоткой. В первом случае пакет ротора выполнен в виде кольца, напрессованного на блок постоянных магнитов, в котором имеются прорези, разделяющие полюсы разной полярности. Размеры прорезей выбирают из условий оптимального использования энергии постоянных магнитов. Во втором случае кольцевой пакет ротора насаживают непосредственно на вал ротора, а по краям его устанавливают один или два блока постоянных магнитов, выполненных в виде дисков.

Пуск СМЭД с постоянными магнитами и трехфазной обмоткой статора обычно производят непосредственным включением в сеть. Разгон двигателя осуществляется за счет асинхронного вращающего момента М_ас, возникающего в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током в пусковой обмотке ротора (асинхронный пуск). При питании двигателя от однофазной сети применяются две обмотки статора. При этом в цепь одной обмотки включают конденсатор, необходимый для получения вращающегося магнитного поля.

Особенностью СМЭД является то, что при пуске его, кроме асинхронного вращающего момента М_ас, возникает еще и тормозной момент М_т, образующийся из-за наличия на роторе постоянных магнитов. Действительно, в процессе разгона двигателя поле постоянных магнитов пересекает обмотку статора (якоря), индуцируя переменную ЭДС изменяющуюся с переменной частотой, пропорциональной частоте вращения ротора. Для ЭДС Еы обмотка статора может считаться короткозамкнутой, так как сеть, питающая двигатель, является мощной и имеет внутреннее сопротивление, равное нулю. Возникающий от ЭДС ?_1п переменный ток в статоре двигателя, взаимодействуя с магнитным потоком ротора, создает тормозной момент.

Таким образом, момент М_ас возникает в результате взаимодействия вращающего магнитного потока статора с током в пусковой обмотке ротора, а момент М_т — в результате взаимодействия вращающегося потока ротора с током в обмотке статора. При этом зависимости этих моментов от скольжения ротора будут различными. Так, ЭДС Е₂, индуцируемая потоком статора в пусковой обмотке ротора в процессе его разгона, пропорциональна скольжению s, а ЭДС ?_1п, индуцируемая потоком ротора в обмотке статора, пропорциональна co₀(l-s). Зависимость s (M_ac) соответствует механической характеристике асинхронного двигателя (рис. 12.24). Поэтому максимум момента М_ас находится в области небольших скольжений s. Максимум тормозного момента М_т будет находиться в области небольших значений (1-s). Поэтому зависимость результирующего пускового момента М_рез = М_ас + М_т от скольжения 5 будет иметь минимум в области малых частот вращения. Вход в синхронизм СМЭД происходит при скольжении s_BX с достаточно большим моментом М_вх. В рабочем режиме двигатель имеет характеристику М_р (рис. 12.24), параллельную оси моментов.

Для снижения размагничивающего действия реакции якоря расстояние между полюсными наконечниками соседних полюсов в двигателях с радиальным расположением постоянных магнитов выполняют меньшим, чем в двигателях с обмоткой возбуждения на роторе, а ширину полюсных наконечников — большей. В результате этого в рассматриваемых двигателях магнитный поток якоря в основном замыкается через полюсные наконечники, не подвергая размагничиванию постоянные магниты.

Двигатели с постоянными магнитами по сравнению с другими типами СМЭД обладают хорошими энергетическими показателями (КПД и coscp), повышенной устойчивостью работы в синхронном режиме и высокой стабильностью частоты вращения.

Недостатком их является сравнительно большая стоимость, обусловленная дороговизной материала, из которого изготавливают постоянные магниты, и большая кратность пускового тока.

Рис. 12.24. Механическая характеристика синхронного микродвигателя с постоянными магнитами.