Особливості проектування АВД з порожнистим немагнітним ротором.

Двигуни з порожнистим немагнітним ротором в наш час являються досить розповсюдженими виконавчими двигунами змінного струму. Головна перевага їх — малоінерційність, що досягається особливістю конструкції ротора.

Порожнистий немагнітний ротор виконується у вигляді тонкостінного алюмінієвого стакана і не має сердечника. Така конструкція володіє малим моментом інерції і забезпечує досить важливу властивість — швидкодію.

Двигуни з порожнистим немагнітним ротором випускаються від долей до сотень ват як на промислову частоту 50 Гц, так і на підвищені частоти — 400, 500, 800 і 1000 Гц.

Рис.11.1. Асинхронний двигун з порожнистим немагнітним ротором

Конструкція двигуна з порожнистим немагнітним ротором зображена на рис. 11.1. Принцип дії цього двигуна полягає в наступному: змінний струм, протікаючи по обмоткам статора 3, створює обертове (в загальному випадку еліптичне) магнітне поле, яке, перетинаючи порожнистий ротор 4, наводить в ньому вихрові струми. В результаті взаємодії цих струмів з обертовим магнітним полем виникає обертовий момент, який, діючи на ротор, тягне його в бік поля. Зовнішній статор 1 нічим не відрізняється від статора асинхронного двигуна звичайної конструкції. Він набирається з ізольованих один від одного листів електротехнічної сталі. В пазах статора розташовують обмотки 3 керування і збудження, зсунутих в просторі на 90 ел. град. Ці обмотки виконують розділеними (рис. 11.2, а) або з’єднаними за мостовою схемою (рис. 11.2, б).

Мостова схема являє собою замкнену обмотку з пайками через 90 ел. град. Вона дозволяє порівняно просто здійснити просторовий зсув обмоток чітко на 90 ел. град. і сприяє кращому розподіленню струмів і втрат в обмотці. Але через наявність електричного зв’язку ланцюгів збудження і керування, а також через велику кількість відпайок при великій кількості пар полюсів (2р) мостова схема використовується рідше.

Внутрішній статор 2 (див рис. 11.1) набирають з листів електротехнічної сталі на циліндричному виступі одного з підшипникових щитів 5. Він служить для зменшення магнітного опору на шляху головного (робочого) магнітного потоку.

Рис.11.2. Схеми обмоток статора асинхронного виконавчого двигуна

Порожнистий ротор двигуна 4 виконують у вигляді тонкостінного стакану з немагнітного матеріалу — частіше всього з сплавів алюмінію. Ротор жорстко закріплений на валу 6, який вільно обертається в підшипниках. Товщина стінок ротора залежить від потужності двигуна і складає 0,2 ¸ 1 мм. Зменшення товщини стінок пов’язане з технологічною складністю виготовлення стакану ротора.

Між стінками ротора і зовнішнім і внутрішнім статорами є повітряні проміжки, величини яких, як правило, не перевищують 0,1 ¸ 0,25 мм.

В двигунах потужністю менше 1,5 Вт обмотки збудження і керування часто розташовують в пазах внутрішнього статора. При цьому зовнішній статор не має пазів і служить лише для зменшення магнітного опору. Така конструкція значно полегшує процес укладки обмоток в пази, що особливо важливо при малих діаметрах розточки статора, і дещо підвищує обертовий момент. При цьому діаметр ротора для збільшення обмоточного простору на внутрішньому статорі приходиться дещо збільшувати, що призводить до деякого підвищення моменту інерції ротора. Для часткового зменшення останнього іноді одну з обмоток розташовують на внутрішньому, а другу — на зовнішньому статорі.

Характерна особливість двигуна з порожнистим немагнітним ротором — великий немагнітний проміжок на шляху потоку, який складається з двох повітряних проміжків (між зовнішнім статором і ротором; між ротором і внутрішнім статором) і товщини стінки немагнітного стакана ротора. Таким чином, загальна величина немагнітного проміжку між зовнішнім і внутрішнім статорами складає 0,4 ¸ 1,5 мм.

Внаслідок великого немагнітного проміжку двигуни з порожнистим немагнітним ротором мають великий намагнічуючий струм (0,8 ¸ 0,9 від номінального струму) і низький коефіцієнт потужності. Останній недолік у двигунів з конденсаторним зсувом фаз практично мало відчутний, але велика величина намагнічуючого струму завжди приводить до великих електричних втрат в обмотках двигуна і значно понижає його ККД.

На відміну від всіх типів роторів, що використовуються в асинхронних виконавчих двигунах, порожнистий немагнітний ротор при великому активному опорі r₂ володіє досить незначним індуктивним опором х₂. Ця властивість ротора сприяє значному підвищенню якості механічних і регулюючих характеристик двигунів.