Содержание
Асинхронный двигатель с массивным ротором
Параметрическая модель асинхронного двигателя с массивным ротором в установившихся и переходных режимах
Применение асинхронных двигателей с массивными роторами
Список литературы
Асинхронный двигатель с массивным ротором
асинхронный двигатель массивный ротор
Ротор этого двигателя представляет собой сплошной ферромагнитный цилиндр (рис. 1). Такой ротор играет одновременно роли магнитопровода и токопровода. Вращающееся магнитное поле проникает на определенную глубину в тело ротора и индуктирует в нем вихревые токи. Эти токи при взаимодействии с магнитным полем образуют электромагнитный момент. Вследствие сильно выраженного поверхностного эффекта вихревые токи протекают в сравнительно тонком слое на глубине проникновения электромагнитного поля в тело ротора. Эквивалентная глубина проникновения зависит от частоты перемагничивания ротора. Для двигателя, рассчитанного на частоту 50 Гц, эквивалентная глубина проникновения при пуске (5=1) составляет только 1-3 мм, в рабочем режиме при s = 0,05 - примерно 5-15 мм. Вообще в линейном приближении глубина проникновения изменяется обратно пропорционально +fs. Это приводит к соответствующему изменению сечения слоя, по которому протекают вихревые токи, активного сопротивления массивного ротора.
Рис1
В результате такого проявления с массивным ротором поверхностного эффекта пусковой момент в двигателе с массивным ротором достаточно велик, и он уступает двигателю с короткозамкнутой обмоткой на роторе только по своим рабочим свойствам - КПД и коэффициенту мощности. Объясняется это тем, что в номинальном режиме при скольжении s = 0,1 -5-0,5 глубина проникновения тока и потока в тело ротора еще достаточно мала, а электрическое сопротивление для тока и магнитное сопротивление для потока велики, вследствие чего двигатель имеет большие электрические потери в роторе и большой намагничивающий ток.
Для улучшения рабочих характеристик иногда прикрепляют с двух сторон к торцевым поверхностям цилиндрического ротора медные короткозамыкающие кольца. Медные кольца имеют значительно меньшее удельное электрическое сопротивление, чем стальное тело ротора, и выполняют ту же роль, что и торцевые короткозамыкающие кольца беличьей клетки. В результате активное сопротивление массивного ротора уменьшается за счет увеличения электрической проводимости торцевых частей. С этой же целью в микродвигателях прибегают к покрытию внешней поверхности массивного ротора тонким слоем меди толщиной 0,1-0,3 мм. Кроме того, можно добиться улучшения рабочих характеристик подбором такого материала для массивного ротора, который обладал бы оптимальными электрической и магнитной проводимостями. В этом направлении в последнее время достигнуты определенные успехи. Получены сплавы, обладающие большей электрической проводимостью и меньшей магнитной проницаемостью, чем у стали, при применении которых глубина проникновения поля существенно возрастает и технические показатели улучшаются.
Применение массивного ротора, обладающего большой механической прочностью, позволяет построить асинхронные двигатели на весьма высокие частоты вращения (10 000-100 000 об/мин и более). Такие двигатели предназначаются для питания от источников повышенной частоты (400-1500 Гц и более) и находят применение в специальных электроприводах, например гироскопических устройствах.
Несмотря на технологичность конструкции двигателей с массивным ротором, в общепромышленном электроприводе они пока не применяются. Это связано исключительно с их недостаточно высокими энергетическими показателями в рабочих режимах.
Интересной разновидностью рассматриваемого двигателя является двигатель с полым магнитным ротором, В этом двигателе в целях уменьшения массы и момента инерции ротор выполняется в виде полого сплошного ферромагнитного цилиндра. Толщина его стенок может быть выбрана равной глубине проникновения в рабочих режимах. При частотах 400-1000 Гц она составляет 0,3-0,5 мм и 1 - 3 мм при 50 Гц.
Поскольку магнитный поток замыкается по стенкам полого магнитного ротора, в двигателе с таким ротором нет необходимости во внутреннем статоре. Этим он выгодно отличается от двигателя с полым немагнитным ротором. Однако из-за довольно низких КПД и cos ф, а также других недостатков двигатели с полым магнитным ротором имеют ограниченное распространение.
Ротор асинхронной машины можно изготовить из массивной стальной поковки без пазов и без обмотки. В этом случае роль обмотки играет сам массивный ротор, в котором вращающееся магнитное поле будет индуктировать токи.
Активное r2 и индуктивное сопротивления массивного ротора ввиду сильно выраженного поверхностного эффекта значительно зависят от скольжения. Так, в случае f1 = 50 Гц при пуске (S = 1) эквивалентная глубина проникновения токов в роторе составляет только 3 мм, при S = 0,02 - около 20 мм, при S = 0,001 - около 100 мм. Поэтому при пуске сопротивление r2 весьма велико и мало, а с уменьшением скольжения сопротивление r2 уменьшается, а - увеличивается.
В результате сильного проявления поверхностного эффекта пусковой момент двигателя с массивным ротором достаточно велик (рис. 2.).
Рис. 2. Механическая характеристика асинхронного двигателя с массивным ротором
Однако двигатели средней и малой мощности с массивными роторами при f1 = 50 Гц имеют низкие кпд и коэффициент мощности.
Массивный ротор имеет большое преимущество в прочности. В связи с этим асинхронные двигатели с массивным ротором применяются для высоких скоростей вращения. Так, при частоте f1 = 1000 Гц и при числе пар полюсов р = 1 частота вращения магнитного поля.
С целью улучшения рабочих характеристик иногда внешнюю поверхность массивного стального ротора покрывают медью, применяют медные кольца, прикрепленные к торцевым поверхностям массивного ротора. Иногда на цилиндрической поверхности ротора выполняют пазы, но без укладки в них обмотки.