Осин И. Л., Колесников В. П., Юферов Ф. М.
Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами
ЭНЕРГИЯ
МОСКВА
1976
Осин И. Л. и др. Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами. Москва, «Энергия», 1976.
В книге рассмотрены вопросы теории синхронных микродвигателей с постоянными магнитами. Описаны наиболее перспективные конструкции таких двигателей и даны сведения по их проектированию.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся разработкой и эксплуатацией синхронного электропривода малой мощности, и может быть полезна студентам и аспирантам, специализирующимся в области электромашиностроения.
Редактор В. Я. Беспалов
Редактор издательства Л. А. Решмина
Обложка художника Н. Т. Ярешко
Технический редактор М. Г. Вишневская
Корректор B.C. Антипова
© Издательство «Энергия», 1976
Содержание книги
Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами
Предисловие
Введение
Глава первая. Общие сведения о постоянных магнитах
1-1. Магнитные параметры и свойства основных материалов для постоянных магнитов
1-2. Аппроксимация кривой размагничивания и линий магнитного возврата
1-З. Рабочая диаграмма магнита
1-4. Особенности расчета магнитных цепей с постоянными магнитами
Глава вторая. Особенности конструкций и характеристики СДПМ
2-1. Магнитные системы роторов радиальной конструкции
2-2. Магнитные системы роторов аксиальной конструкции
2-3. Области применения и характеристики СДПМ
Глава третья. Основные уравнения и параметры СДПМ
3-1. Система дифференциальных уравнений
3-2. Параметры синхронных двигателей с достоянными магнитами
а) Синхронный двигатель с радиальным расположением постоянных магнитов и короткозамкнутой обмотки ротора
б) Синхронный двигатель с аксиальным расположением постоянных магнитов и короткозамкнутой обмотки ротора
3-3. Расчет магнитных сопротивлений и проводимостей
а) Синхронный двигатель с радиальным расположением постоянных магнитов и короткозамкнутой обмотки ротора
б) Синхронный двигатель с аксиальным расположением постоянных магнитов и короткозамкнутой обмотки ротора
3-4. Стабилизация постоянных магнитов. Электродвижущая сила холостого хода
а) Синхронный двигатель с радиальным расположением постоянных магнитов и короткозамкнутой обмотки ротора
б) Синхронный двигатель с аксиальным расположением постоянных магнитов и короткозамкнутой обмотки ротора
3-5. Использование постоянных магнитов
Глава четвертая. Синхронный режим работы двигателя
4-1. Токи и мощности в синхронном режиме
4-2. Электромагнитный момент вращения
4-3. Электрические схемы замещения и диаграммы токов
4-4. Графоаналитический метод расчета рабочих характеристик
4-5. Опытное определение угловой характеристики и параметров СДПМ
Глава пятая. Пусковой режим СДПМ
5-1. Токи пускового режима
5-2. Электромагнитные моменты в асинхронном режиме
5-3. Влияние параметров СДПМ на пусковые характеристики
5-4. Вхождение в синхронизм
5-5. Приближенные методы решения уравнения движения ротора
Глава шестая. Вопросы проектирования СДПМ
6-1. Определение основных размеров
а) Синхронный двигатель с радиальным расположением постоянных магнитов и пускового устройства
б) Синхронный двигатель с аксиальным расположением постоянных магнитов и пускового устройства
6-2. Выбор конструктивного варианта
6-3. Особенности проектирования СДПМ в статоре асинхронной машины
Глава седьмая. Конденсаторные СДПМ при однофазном питании
7-1. Токи и вращающие моменты пускового режима
а) Конденсаторный СДПМ, включенный по схеме 1 (рис. 7-1)
б) Конденсаторный СДПМ, включенный по схеме 2 (рис. 7-1)
в) Конденсаторный СДПМ, включенный по схеме 3 (рис. 7-1)
7-2. Анализ начального пускового режима
а) Конденсаторный СДПМ, включенный по схеме 1 (Рис 7-1)
б) Конденсаторный СДПМ, включенный по схеме 2 (Рис 7-1)
в) Конденсаторный СДПМ, включенный по-схеме 3 (рис. 7-1)
7-3. Основные уравнения рабочего режима
а) Конденсаторный СДПМ, включенный по схеме 1 (рис 7-1)
б) Конденсаторные СДПМ, включенные по схемам 2 и 3 (рис. 7-1)
7-4. Условия образования кругового вращающегося поля 187 7-5. О равномерности угловой скорости конденсаторных двигателей
7-6. Стабилизация постоянных магнитов в конденсаторных СДПМ
Глава восьмая. Двухскоростные синхронные микродвигатели с постоянными магнитами
8-1. Особенности конструкции и характеристики двухскоростных СДПМ
8-2. Параметры двухскоростных двигателей
Приложение 1. Кривые размагничивания магнитотвердых сплавов
Приложение 2. Пример расчета трехфазного двигателя с ротором радиальной конструкции
Список литературы
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время в промышленности, во всевозможных схемах автоматики и телемеханики, в различных бытовых приборах, в приборах звукозаписи и звуковоспроизведения, в киноаппаратуре — всюду, где требуются строго постоянные частоты вращения, применяется большое количество различных синхронных двигателей малой мощности.
По устройству и принципу действия все синхронные микродвигатели можно разделить на три основные группы: реактивные, гистерезисные и двигатели с постоянными магнитами.
Исторически раньше всех начали применяться реактивные двигатели. Позднее появились, быстро завоевали признание и получили широкое распространение синхронные гистерезисные двигатели.
В последние годы находят все более широкое применение синхронные микродвигатели с постоянными магнитами, которые, хотя и имеют некоторые недостатки, по ряду свойств превосходят синхронные реактивные и гистерезисные двигатели.
Распространению синхронных двигателей с постоянными магнитами во многом способствовали, во-первых, научные исследования и разработки в области магнито-твердых материалов, из которых изготовляются постоянные магниты, во вторых, работы советских и зарубежных ученых в области теории синхронных микродвигателей с постоянными магнитами.
В настоящее время имеется большое количество публикаций о научных исследованиях в области синхронных микродвигателей. Работы по синхронным реактивным и гистерезисным двигателям достаточно хорошо обобщены в книгах И. М. Постникова, В. В. Ралле [Л. 42], Е. В. Кононенко [Л. 23], Н. 3. Мастяева, И. Н. Орлова [Л. 32]. Работы по синхронным двигателям с постоянными магнитами не получили еще достаточного обобщения.
Наиболее значительная информация об этих машина* имеется в книгах А. И. Бертинова [Л. 8], В. А. Балагу-рова, Ф. Ф. Галтеева, А. Н. Ларионова [Л. 6].
Отсутствие труда, обобщающего известные в настоящее время исследования по синхронным двигателям с постоянными магнитами, затрудняет их расчет и проектирование, является тормозом на пути создания как отдельных образцов, так и серий этих необходимых для народного хозяйства машин.
Авторы данной книги ставили перед собой задачу восполнить пробел, имеющийся в области технической литературы по синхронным микродвигателям с постоянными магнитами, и тем самым облегчить труд инженерно-технических работников, занимающихся разработкой и эксплуатацией синхронного электропривода малой мощности.
В основу книги легли работы авторов, проводимые в течение ряда лет в Московском ордена Ленина энергетическом институте в тесном содружестве с рядом научно-исследовательских институтов и промышленных предприятий, а также труды советских и зарубежных ученых.
Слова глубокой благодарности за оказанную помощь авторы адресуют своим товарищам по работе Н. Н. Фар-хуллину, И. И. Васильченко, И. И. Горжевскому, Я. Т. Дахия, Р. X. Якушкину.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время известно большое количество различных типов синхронных двигателей с постоянными магнитами, отличающихся по способу пуска, конструктивному исполнению, способу питания обмоток статора и т. п.
Все существующие типы синхронных двигателей с постоянными магнитами (СДПМ) по способу пуска можно разделить на три основные группы: 1) самозапускающиеся двигатели, 2) двигатели с асинхронным пуском, 3) двигатели с гистерезисным пуском. Более подробная схема классификации СДПМ представлена на рис. В-1.
К первой группе относятся двигатели, не имеющие специальных пусковых устройств [Л. 59, 71]. Такие двигатели выполняются обычно плоскими. Их обмотка якоря имеет вид коаксиальной катушки, намотанной на пластмассовый каркас, а магнитная цепь статора, выполняемая, как правило, нешихтованной, имеет клювообраз-ные, и в ряде случаев экранированные полюсы. Магнитная система ротора содержит постоянные магниты, изготовленные, как правило, из оксидной металлокерамики.
Самозапускающиеся двигатели питаются обычно от однофазных сетей переменного тока с частотой, не превышающей 50 Гц, имеют большое число полюсов (2р> >8) и предназначаются для работы на нагрузку с малым моментом инерции.
Магнитное поле в таких двигателях — пульсирующее или резко выраженное эллиптическое. Пуск двигателей осуществляется в течение полупериода изменения тока якоря, за время которого ротор под действием синхронизирующего момента раскручивается из неподвижного состояния до синхронной частоты вращения. Для улучшения пусковых свойств в двигателях первой группы широко применяются различные устройства с пружинами, храповиками и иными приспособлениями, обеспечивающими вращение ротора в заданном направлении.
Самозапускающиеся СДПМ имеют в настоящее время весьма широкое распространение. В СССР и за рубежом выпуск их достигает нескольких миллионов штук в год. Основной массовой серией таких двигателей в СССР является серия ДСМ (ГОСТ 2641-61). Двигатели серии ДСМ рассчитаны на работу от сети с частотой 5D Гц и напряжением 220, 127, 36, 24 и 12 В. Двигатели этой серии выпускаются как без редуктора, так и с различными механическими редукторами. Частота вращения выходного вал'а двигателя 375 об/мин. Частота вращения выходного вала редукторов: 60; 2; 0,2; 1/300 об/мин. Серия ДСМ содержит двигатели с правым и левым вращением вала. Мощность, потребляемая двигателями из сети, не превышает 4 В-А. Коэффициент полезного действия таких двигателей невелик — 3—5% и менее.
Небольшие номинальные мощности, низкие энергетические показатели и малые частоты вращения, при которых могут нормально функционировать самозапускающиеся двигатели, значительно ограничивают области их применения. В настоящее время самозапускающиеся СДПМ используются для привода часовых механизмов, механизмов реле, регистраторов и т. п.
Вторую группу СДПМ составляют двигатели, имеющие на роторе, кроме постоянных магнитов, коротко-замкнутую обмотку для обеспечения асинхронного пуска [Л. 20, 52, 75]. Эта группа является наиболее многочисленной и перспективной в электроприводах с относительно высокими частотами вращения.
Двигатели с асинхронным пуском выполняются на различные частоты питания (от 50 до 1000 Гц) с различным числом полюсов (2 - 8) и могут работать на нагрузку с относительно большим моментом инерции. Они имеют хорошие энергетические показатели в широком диапазоне номинальных мощностей, большую перегрузочную способность, высокую стабильность частоты вращения ротора и могут устойчиво работать в приводах синфазного вращения. Конструктивные варианты СДПМ с асинхронным пуском, области их применения и характеристики подробно рассмотрены в гл. 2.
К третьей группе относятся появившиеся сравнительно недавно двигатели, имеющие на роторе, помимо постоянных магнитов, гистерезисный магнитнотвердый материал для обеспечения гистерезисного пуска [Л. 68, 70].
Эти двигатели так же, как двигатели второй группы, могут выполняться на различные частоты питания с различным числом полюсов и работать на нагрузку с большим моментом инерции. Однако широкого распространения такие двигатели не получили, в основном, вследствие неудовлетворительных пусковых свойств.
В ряде случаев синхронные двигатели с постоянными магнитами могут выполняться с комбинированным пуском (например, с асинхронно-гистерезисным), а также с частотным пуском.
Особенности теории, расчета и проектирования любой из перечисленных выше групп синхронных двигателей обусловлены наличием в них постоянных магнитов.
Скачать книгу "Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами". Москва, Издательство Энергия, 1976
|
