Обертовий момент реактивного двигуна

Обертання ротора реактивного двигуна відбувається під дією реактивного моменту, причина виникнення якого була розглянена раніше (див. 6.3). З виразу, що визначає величину реактивного моменту, випливає, що максимальне значення моменту М_{р max} наступає при навантаженні, що відповідає куту q_кр=45⁰ (рис. 7.2, крива 1).

Рис. 7.2. Максимальне значення моменту М_р.

Але вираз (6.7) не враховує впливу активного опору обмотки статора на залежність М_р=f(q), який в реактивних двигунах малої потужності досить значний. Під впливом активного опору обмотки статора максимальне значення реактивного моменту наступає при q_кр<45⁰ (q_кр=30¸40⁰). Це збільшує крутизну кривої М_р=f(q) в її початковій частині (рис.7.2, крива 2), а тому, підвищує величину питомого синхронізуючого моменту М_пит.

Питомий синхронізуючий момент – це момент, що приходиться на 1⁰ кута q

М_пит = DМ_р/Dq

і визначає стійкість роботи реактивного двигуна.

Максимальний момент реактивного двигуна прийнято називати моментом виходу з синхронізму. Справа в тому, що якщо навантаження на валу двигуна досягне значення, при якому кут q>q_кр, відбудеться “випадання” двигуна із синхронізму. В цьому випадку ротор двигуна або зупиняється, або продовжує обертатися асинхронно під дією електромагнітного моменту, що створюється струмами пускової короткозамкненої обмотки.

З виразу (6.7) видно, що величина реактивного моменту пропорційна квадрату підведеної до двигуна напруги (). Тому, реактивні двигуни досить чутливі до коливань напруги мережі.

Представимо індуктивні опори обмотки статора по повздовжній x_d і поперечній x_q вісям у вигляді

x_d = 2pf₁L_d; x_q = 2pf₁L_q, (7.1)

де L_d i L_q – індуктивності обмотки статора по повздовжній і поперечній вісям:

(7.2)

причому L_d i L_q – магнітні провідності по повздовжній і поперечній вісям машини.

Підставивши вирази (7.1) і (7.2) в (6.7), отримаємо формулу реактивного моменту:

(7.3)

де R_Mq=1/L_q i R_Md=1/L_d – магнітні опори по поперечній і повздовжній вісям машини.

З формули (7.3) випливає, що реактивний момент пропорційний різниці магнітних опорів по поперечній R_mq i повздовжній R_md вісям машини.

З заглибленням впадин на роторі (див. рис.7.1, а) збільшується різниця магнітних опорів по поперечній і повздовжній вісям і реактивний момент збільшується, а тому, збільшується і мемент виходу із синхронізму.

Але заглиблення впадин на роторі доцільне лише до визначеної межі, так як з збільшенням глубини впадин збільшується середня величина повітряного проміжку. Це веде до зменшення обертового моменту в пусковому асинхронному режимі. Останнє приводить до зниження пускового моменту і моменту входу двигуна в синхронізм – найбільшого моменту опору, при якому ротор двигуна ще втягується в синхронізм. Для втягування в синхронізм необхідна частота обертання ротора не менше 0,95n₁, тобто ковзання s£0,05.

На рис.7.3 зображений ряд залежностей електромагнітного моменту від ковзання при різних значеннях активного опору пускової клітки, причому Величина моменту входа в синхронізм визначається ковзанням s=0,05. З зроблених на рисунку побудов видно, що чим більший активний опір пускової клітки, тим менший момент входу в синхронізм.

Рис. 7.3. Ряд залежностей електромагнітного моменту від ковзання

Встановлено, що найкраще відношення між максимальним моментом (моментом виходу із синхронізму), початковим пусковим моментом і моментом входу в синхронізм отримується при слідуючих відношеннях дуги b_п до полюсного поділу t і максимального повітряного проміжку d_max до мінімального d_min (див. рис.7.1, а):

b_п/t = 0,5¸0,6; d_max/d_min = 10¸12.

Істотний недолік реактивних двигунів – низький коефіцієнт потужності, що обумовлено значною величиною намагнічуючої складової струму статора.

Нагадаємо, що в реактивному двигуні магнітний потік створюється виключно струмом статора: крім того, середнє значення повітряного проміжку через наявність впадин на роторі досить велике, що веде до підвищення опору магнітного кола машини. Вказані обставини являються також причиною низього ККД, який в двигунах потужністю в декілька десятків ват, як правило, складає 30¸40%, а в двигунах потужністю до 10 Вт – не перевищує 20%.

За габаритами реактивні двигуни більші синхронних і асинхронних двигунів звичайного типу, що пояснюється низьким ККД, малим cosj₁ і невеликою величиною реактивного моменту.

Рис. 7.4. Синхронний реактивний двигун.

В останній час з’явились синхронні реактивні двигуни, у яких значна різниця магнітних опорів по поперечній і повздовжній вісям утворюється не за рахунок глибини міжполюсних впадин, а за рахунок внутрішніх вирізів 1 в шихтованому сердечнику 2 ротора (рис. 7.4). Ці вирізи, як правило, заливаються алюмінієм. Такі двигуни володіють підвищеними пусковими і робочими властивостями.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики” частина 2