Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором

По конструктивному исполнению и свойствам асинхронные исполнительные двигатели с обычным ротором, имеющим короткозамкнутую обмотку, выполненную в виде беличьей клетки, можно разделить на две группы:

1- двигатели обычной конструкции, у которых механическая обработка всех деталей производится до сборки двигателя;

2- двигатели «сквозной» конструкции, у которых посадочные места под подшипники и внутренняя поверхность статора обрабатываются в полусобранном состоянии.

Двигатели первой группы имеют обычный для электрических микромашин воздушный зазор 0,15...0,25 мм; а двигатели второй группы — уменьшенный до 0,03...0,07 мм.

Двигатели обычной конструкции применяются чаще всего в обычной промышленной автоматике. Они имеют невысокую стоимость.

Двигатели сквозной конструкции применяются в особо ответственных схемах приборной автоматики. Они имеют лучшие характеристики, но и более высокую стоимость.

Двигатели с ротором обычной конструкции чаще всего применяются в тех схемах автоматики, где быстродействие системы не играет существенной роли. Поэтому в быстродействии (Т = 0,2... 1,5 с) эти двигатели, имеющие зазор 0,15...0,25 мм, значительно уступают двигателям с полым немагнитным ротором. Однако по некоторым свойствам они выгодно отличаются от последних.

Двигатель с обмоткой в виде беличьей клетки на роторе может быть выполнен со значительно меньшим, чем у двигателя с полым ротором, магнитным сопротивлением на пути рабочего потока, что позволяет снизить намагничивающий ток, электрические потери от него в обмотке статора, а следовательно, повысить cosφ и КПД.

В схемах промышленной автоматики в настоящее время большое распространение получил простой и дешевый асинхронный исполнительный двигатель типа РДМ-09 с короткозамкнутой выполненной в виде беличьей клетки обмоткой на роторе. Статор этого двигателя, набираемый из листов электротехнической стали, имеет восемь зубцов, на каждом из которых располагается по одной катушке. Четыре катушки (через одну) составляют обмотку возбуждения, последовательно с которой включается конденсатор емкостью 1мкФ, четыре другие катушки — обмотку управления. Обе обмотки рассчитаны на напряжение питания 127 В и частоту питающей сети 50 Гц. Номинальная частота вращения двигателя 1200 об/мин.

В двигатель РДМ-09 встроен редуктор с передаточным отношением, соответствующим одному из восьми возможных вариантов, что позволяет изменять частоту вращения на выходе от 1,92 до 76,8 об/мин.

Двигатели сквозной конструкции (рис. 11.3) появились сравнительно недавно, но уже получили очень широкое распространение. Особенностью этих двигателей является то, что диаметр расточки под подшипники (в подшипниковых щитах) у них равен внутреннему диаметру статора, что позволяет производить окончательную обработку (шлифовку) внутренней поверхности статора и отверстий под подшипники после сборки (установки подшипниковых щитов) одновременно. Такая конструкция двигателя позволяет уменьшить воздушный зазор между статором и ротором до 0,03...0,05 мм, что способствует снижению намагничивающегося тока, потерь в обмотке статора, а следовательно, повышает coscp, КПД и коэффициент использования двигателя.

Ротор для уменьшения момента инерции обычно изготовляется малого диаметра. Необходимая мощность обеспечивается за счет увеличения его длины. Обычно отношение длины ротора к его равно 2...3.

Рисунок 11.3. Асихронный исполнительный двигатель сквозной конструкции

Увеличение (за счет уменьшения воздушного зазора) вращающего (крутящего) момента М_к, развиваемого двигателем, и уменьшение (за счет диаметра ротора) момента инерции ротора J _р позволяют значительно снизить электромеханическую постоянную времени двигателя Т_м ≈ J _Р/М_к.

Преимущество исполнительных двигателей сквозной и обычной конструкции типа беличьей клетки ротора по отношению к двигателям с полым немагнитным ротором особенно ощутимо при очень малых мощностях — от сотых долей ватта до 3... 5 Вт и больших мощностях — свыше 200...300 Вт, когда в процентном отношении потери от намагничивающего тока у двигателей с полым ротором особенно велики.

К положительным свойствам двигателей сквозной конструкции следует отнести:

- более высокие cos cp и КПД;

- меньшие массу и габаритные размеры в определенных диапазонах номинальных мощностей.

Недостатками двигателей с обычным короткозамкнутым ротором являются:

- сравнительно большой момент инерции ротора, что ведет к увеличению электромеханической постоянной времени;

- сравнительно большой сигнал трогания, что обусловлено массой ротора, наличием действующих на ротор радиальных сил одностороннего магнитного притяжения к статору из-за ферромагнитных свойств ротора;

- наличие высших зубцовых гармоник поля.