Двигуни з порожнистим немагнітним ротором є в даний час дуже поширеними виконавчими двигунами змінного струму. Вони застосовуються в різних схемах автоматичних пристроїв. Потужність двигунів з порожнистим немагнітним ротором від десятих часток вата до декількох сотень ват. Двигуни розраховуються як для промислової частоти (50 Гц), так і для підвищених частот (200, 400, 500 Гц). Частота обертання двигунів (синхронна) коливається від 1500 до 30 000 об / хв.
Конструктивну будову одного з двигунів з порожнистим немагнітним ротором представлено на рис. 18.5. Зовнішній статор 4 такого двигуна нічим не відрізняється від статора звичайного асинхронного двигуна. Він набирається з ізольованих один від одного листів електротехнічної сталі. У пазах статора розташовуються обмотки 6 управління та порушення, зсунуті в просторі на 90 °. Ці обмотки або ізольовані один від одного, або з'єднані по мостиковой схемою.
Мостиковая схема являє собою замкнуту обмотку з відгалуженнями через 90 °. Вона допомагає досить просто здійснити точний просторовий зсув обмоток, сприяє кращому розподілу струмів і втрат в них. До недоліків схеми слід віднести, по-перше, електричну зв'язок ланцюгів збудження і управління, по-друге, велика кількість паралельних гілок (2а) і отпаек-решт при великому числі пар полюсів (2а = 2р) і, по-третє, сталість коефіцієнта трансформації k = wp / wr
Внутрішній статор 5 набирається з листів електротехнічної сталі на циліндричному виступі одного з підшипникових щитів. Він служить для зменшення магнітного опору на шляху основного (робочого) магнітного потоку, що проходить через повітряний зазор. Порожній ротор двигуна 2 виготовляється у вигляді тонкостінної верстата з немагнітного матеріалу, частіше зі сплавів алюмінію. Своїм дном ротор жорстко зміцнюється на осі 7, яка вільно обертається в підшипниках, розташованих в підшипникових щитах 3. Товщина стінок ротора залежить від потужності двигуна і коливається в межах від 0,1 до 1 мм. Внаслідок досить малої маси ротор має незначний моментом інерції, що є дуже цінною властивістю двигуна з порожнистим немагнітним ротором, що сприяє його широкому поширенню. Між стінками ротора і статорами є повітряні зазори, які зазвичай складають 0,15. 0,25 мм.
Двигуни потужністю менше 3 Вт виготовляються трохи інакше. Їх обмотки збудження та управління розміщуються в пазах внутрішнього статора, і тоді зовнішній статор не має пазів і служить лише для зменшення магнітного опору. При такій конструкції дуже полегшується процес укладання обмоток в пази при малих діаметрах розточення статора і дещо підвищується крутний момент, але діаметр ротора для збільшення обмоточного простору на внутрішньому статорі доводиться дещо збільшити, що обумовлює деяке збільшення моменту інерції ротора. Для усунення цього недоліку іноді використовується третя конструктивна форма двигуна: одна з обмоток розміщується на внутрішньому, а інша - на зовнішньому статорі.
Характерною особливістю двигунів з порожнистим немагнітним ротором є великий магнітний проміжок # 948; на шляху потоку між зовнішнім і внутрішнім статорами, який складається з двох зазорів: # 948; 1 - між зовнішнім статором і ротором і # 948; 2 - між внутрішнім статором. Крім того, ротор, будучи немагнітним, теж є повітряним зазором # 916 ;. Таким чином, загальний розмір немагнитного повітряного проміжку між зовнішнім і внутрішнім статорами # 948; = # 948; 1 + # 948; 2 + # 916; становить 0,4. 1,5 мм.
Через велику немагнітного проміжку двигуни з порожнистим немагнітним ротором мають великий намагнічує струм (0,8. 0,9) Iн і низький коефіцієнт потужності cos # 966 ;. Велика сила намагнічує струму призводить до великих електричним втратам в обмотках двигуна і значно знижує його ККД. З метою зменшення електричних втрат двигуни з порожнистим немагнітним ротором звичайно конструюють так, щоб до 70% площі поперечного перерізу статора у них займали пази з обмотками.
На відміну від всіх інших типів роторів, що застосовуються для асинхронних виконавчих двигунів змінного струму, порожнистий немагнітний ротор при великому активному опорі rр має досить незначним індуктивним опором хр = (0,05. 0,1) rр. Це його властивість сприяє значному підвищенню лінійності механічних і регулювальних характеристик двигунів.
Принцип дії двигуна з порожнистим немагнітним ротором полягає в наступному: змінний струм, протікаючи по обмоткам статора, створює вращающее магнітне поле, яке, перетинаючи порожнистий ротор, наводить в ньому вихрові струми; в результаті взаємодії цих струмів з обертовим магнітним полем двигуна виникає момент, який, діючи на ротор, захоплює його в сторону цього поля.
До позитивних властивостей двигунів з порожнистим немагнітним ротором слід віднести:
малий момент інерції ротора, що в сукупності зі значним пусковим моментом забезпечує швидкодію двигуна. Електромеханічні постійні часу ТM переважної більшості сучасних двигунів не перевищують 60 мс;
порівняно хорошу лінійність механічних і регулювальних характеристик. У більшості двигунів нелінійність Ц0 5 лежить в межах від 0,05 до 0,15, що забезпечує стійку роботу двигуна майже при всіх частотах обертання і кратність регулювання nmax / nmin = 100. 200;
високу чутливість - малий сигнал зрушення, що забезпечується малим моментом інерції ротора, малої його масою, великим пусковим моментом і відсутністю радіальних сил тяжіння ротора до статора. Останнє пояснюється тим, що ротор немагнітний;
плавність і безшумність ходу, сталість пускового моменту в будь-якому положенні ротора, що визначається відсутністю пазів на роторі, а отже, Зубцову гармонік поля.
До недоліків двигунів з порожнистим немагнітним ротором відносяться:
низький ККД; у більшості двигунів навіть в номінальному режимі # 951; н = 0,2. 0,4 і значно зменшується при регулюванні. Низький ККД пояснюється великими електричними втратами в обмотці статора внаслідок великого намагнічує струму і підлогою роторі внаслідок його великого активного опору;
низький коефіцієнт потужності (cos # 966; = 0,2. 0,4) внаслідок великого немагнітного проміжку між зовнішнім і внутрішнім статорами;
великі габарити і маса, обумовлені першими двома недоліками. За габаритами і масою двигун з порожнистим немагнітним ротором більше силових асинхронних двигунів і виконавчих двигунів постійного струму тієї ж номінальної потужності в 2 4 рази.
Бажання зменшити габарити і масу призводить до того, що переважна більшість двигунів з порожнистим немагнітним ротором розраховується на роботу від мереж з підвищеною частотою (200. 1000 Гц). Двигуни з підвищеною частотою напруги живлення мають більш високу частоту обертання n = 60f (1 - s) / p, a отже, розвивають ті ж механічні потужності при менших моментах на валу, значеннями яких визначаються габарити машин.
У деяких схемах виконавчі двигуни повинні тривалий час розвивати крутний момент при нерухомому роторі, тобто працювати на упор (в режимі короткого замикання). З метою необхідного при такому режимі відведення виділяється в двигунах теплоти іноді виконуються двигуни з двома розв'язаними в механічному відношенні роторами, що знаходяться в расточке одного і того ж статора. Один з них - ротор виконавчого двигуна, а інший - вентиляторного.
Двигун такої конструкції представлений на рис. 18.6. Його можна розглядати як два двигуна, виконавчий і вентиляторний, обмотки статорів яких з'єднані послідовно. У режимі короткого замикання (при нерухомому роторі) вхідний опір виконавчого двигуна досить незначно, тому більша частина прикладеної напруги припадає на вентиляторний двигун, ротор якого обертається з великою частотою і добре охолоджує виконавчий двигун. При зростанні частоти обертання ротора виконавчого двігате-
ля внаслідок збільшення його вхідного опору відбувається перерозподіл напруг: на виконавчому двигуні воно збільшується, на вентиляторному - зменшується.