Однофазный асинхронный двигатель с экранированными полюсами

θ

Однофазный асинхронный двигатель с экранированными полюсами (рис. 3.16) состоит из шихтованного статора 1, на явно выраженных полюсах 3 которого располагается однофазная обмотка в виде последовательно соединенных катушек 2, и короткозамкнутого ротора 5.

5

Рис. 3.16 Однофазный асинхронный двигатель с экранированными полюсами

Каждый полюс двигателя разделяется на две с неравные части продольным пазом. Обычно меньшую часть полюса охватывает медный короткозамкнутый виток 4 (экран).

Для создания в двигателях вращающегося магнитного поля необходимо наличие не менее двух магнитных потоков, сдвинутых во времени и в пространстве. В рассматриваемом двигателе эта задача решена следующим образом.

При включении обмотки статора в сеть появляется ток, который создает пульсирующий магнитный поток (рис. 3.17, а). Одна часть этого потока проходит по неэкранированной части полюса, а другая —по экранированной.

Поток наводит в короткозамкнутом витке (экране) ЭДС и ток, который создает свое магнитное поле , направленное навстречу потоку .

Рис. 3.17 Распределение магнитных потоков (а) и векторная диаграмма (б) однофазного асинхронного двигателя с экранированными полюсами

Результирующий поток экранированной части полюса является, таким образом, суммой магнитных потоков;

(3.5)

Для определения угла сдвига между потоком неэкранированной части и потоком экранированной части полюса обратимся к векторной диаграмме (рис. 3.17, б). На ней построен вектор , под углом 90° к которому проведен вектор ЭДС , наведенной потоком . Ток короткозамкнутого витка отстает по фазе от ЭДС на угол φ_к из-за имеющейся индуктивности витка. Поток , создаваемый током , совпадает с ним по фазе.

Согласно (3.5) поток

Поток неэкранированной части полюса совпадает по фазе с потоком , но превышает его по величине, так как магнитное сопротивление неэкранированной части полюса меньше магнитного сопротивления экранированной части. Из построений следует, что магнитный поток сдвинут во времени относительно на некоторый угол β. Эти потоки имеют также и пространственный сдвиг относительно друг друга на угол θ (см. рис. 3.16).

Наличие временного и пространственного сдвигов указанных магнитных потоков обеспечивает создание вращающегося магнитного поля. Однако вследствие неравенства потоков, а также временного β и пространственного θ углов сдвига вращающееся магнитное поле двигателя является эллиптическим. Поэтому пусковой момент рассматриваемого двигателя невелик. Для некоторого улучшения магнитного поля воздушный зазор под неэкранированной частью полюса частично увеличивают (δ₂>δ₁) (см. рис. 3.17, а). С этой же целью в некоторых двигателях между полюсными наконечниками помещают магнитные шунты в виде стальных пластин, что позволяет увеличить поток экранированной части полюса.

Однако несмотря на проводимые мероприятия, кратность пускового момента двигателей с экранированными полюсами обычно . Чтобы увеличить пусковой момент, иногда на полюсах устанавливают не один, а несколько экранирующих витков различной ширины.

Двигатели с экранированными полюсами нереверсивны: ротор вращается лишь в одном направлении —от неэкранированной части полюса к экранированной. Для получения вращения в разные стороны у некоторых двигателей выводят оба конца вала, т. е. оба конца делают рабочими.

Рабочие свойства большинства двигателей с экранированными полюсами характеризуются коэффициентом полезного действия η =10÷40%, коэффициентом мощности cosφ =0,4÷0,6 и перегрузочной способностью . Низкая перегрузочная способность двигателя объясняется тем, что наибольшее значение η соответствует моменту, близкому к максимальному. Поэтому для лучшего использования двигателя оказывается целесообразным за номинальный момент двигателя принять момент, близкий к максимальному.

Наличие короткозамкнутых витков на полюсах двигателя вызывает значительные электрические потери, величина которых не зависит от нагрузки. При изменении нагрузки от нуля (в режиме холостого хода) до номинальной сумма потерь в двигателе возрастает не более чем на 50%. Благодаря этому свойству двигатель с экранированными полюсами может находиться длительное, время в режиме короткого замыкания (обмотка статора включена в сеть, а ротор неподвижен), что удобно в ряде случаев эксплуатации двигателя.

Двигатели с экранированными полюсами изготовляются, на мощности от долей ватта до нескольких сотен ватт при частоте 50 Гц и напряжении 115—127 В. Эти двигатели применяются для привода магнитофонов, лентопротяжных механизмов, а также в бытовых устройствах (настольных вентиляторах, электропроигрывателях и пр.).