Синхронные двигатели малой мощности

Синхронные двигатели малой мощности (от долей до нескольких сотен ватт) широко используются в звуковом кино, часовой промышленности, системах автоматики и т. д.

Различают двигатели реактивные и с возбуждением от постоянных магнитов. Обмотка статора синхронного двигателя малой мощности подобна обмотке статора трехфазного или однофазного асинхронного двигателя. Назначение обмотки статора — создание вращающегося магнитного поля.

Ротор не имеет обмотки возбуждения и выполняется в виде постоянного магнита (рис. 6.30.1, я) или состоит из нескольких плоских пакетов электротехнической стали (рис. 6.30.1,6). Для разгона ротора используется принцип асинхронного двигателя: постоянные магниты вставляются в цилиндрический пакет с короткозамкнутой обмоткой, а плоские пакеты заливаются алюминием.

В синхронном двигателе, ротор которого имеет постоянные магниты, происходят примерно те же процессы, что и в синхронном двигателе, ротор которого имеет обмотку возбуждения и асинхронный запуск. При подключении двигателя к источнику напряжения в статоре возникает вращающееся магнитное поле, которое и создает вращающий момент, действующий на ротор. Сначала происходит асинхронный разгон ротора. При скорости ротора, близкой к скорости поля, ротор втягивается в синхронизм.

Наиболее простыми по устройству и дешевыми являются реактивные синхронные двигатели. Сечение ротора такого двигателя показано на рисунке 6.30.1,6. Разгон ротора осуществляется за счет взаимодействия вихревых токов, возникающих главным образом в поверхностном слое ротора, с вращающимся магнитным полем в соответствии с законом Ленца.

Рис. 6.30.1.

В процессе разгона плоские пакеты ротора непрерывно перемагничиваются. Частота перемагничивания будет уменьшаться по мере увеличения скорости ротора. При скорости ротора, близкой к скорости поля, возникает дополнительный момент, вызванный взаимодействием поля статора с ферромагнитным сердечником ротора, и двигатель рывком втягивается в синхронизм. При отсутствии момента сопротивления ось намагниченности ротора совпадает с осью полюсов статора. Если появится противодействующий момент (момент нагрузки), то произойдет затормаживание ротора и образуется угол рассогласования 0. По мере увеличения этого угла возрастает тангенциальная составляющая взаимодействия полюсов ротора и статора, т. е. возрастает вращающий момент ротора. Когда этот момент достигнет значения, равного моменту сил сопротивления, ротор опять будет вращаться со скоростью, равной скорости вращения поля. Если сравнить два рассмотренных двигателя, то двигатель, ротор которого имеет постоянные магниты, имеет больший вращающий момент и мощность при тех же габаритах.

В школьной практике часто встречается синхронный двигатель — двигатель Уоррена (рис. 6.30.2).

Рис. 6.30.2.

Этот двигатель включает в себя П-образный магнитопровод 1, заканчивающийся расщепленными полюсами, катушку 2, подключаемую к источнику переменного тока, и ротор 3 из магнитотвердого материала. Двигатель снабжают редуктором для снижения скорости вращения до 60 мин ' или до 2 мин'¹.

Ротор этого двигателя выполняется из материала со значительной остаточной магнитной индукции. Разгон ротора осуществляется возникающими в нем вихревыми токами. Когда же скорость ротора будет близка к скорости поля, благодаря остаточной магнитной индукции, ротор втягивается в синхронное вращение с полем.