Різні виконання й класифікація електричних машин з ротором, який котиться (ЕМКР)

Асинхронні ДКР. В одній з конструкцій (асинхронний двигун С.П. Розанова) масивне феромагнітне тіло (ролики) обкочує поверхню розточки статора назустріч полю (рис. 14.4).

Рис. 14.4. Асинхронний ДКР

Ролик обертається навколо своєї осі зі швидкістю:

, (14.10)

де s – ковзання.

Ролики можуть бути шихтованими з короткозамкненою кліткою, а поверхні обкочування – зубчастими.

Швидкість обертання валу двигуна:

_, (14.11)

де d_p – діаметр ролика;

D_н – діаметр спрямівника.

Двигун конструктивно складний і має низькі енергетичні показники.

Існують і інші конструкції асинхронних двигунів з ротором, який котиться.

ДКР з дисковим ротором. У 1958 р. австрійський інженер R. Schön запропонував синхронну машину з дисковим ротором, який котиться (рис. 14.5.).

Рис. 14.5. Синхронна машина з ротором, який котиться

 

Ротор – диск 2 обертається на валу 6. Обертовий магнітний потік створюється трифазною обмоткою 1, розташованою на осерді 5. Уніполярний потік створюється котушкою 4. Швидкість обертання валу може регулюватись гвинтом 7. Вся конструкція розташована в корпусі 3.

В цій конструкції відсутні вібрації. Машина може використовуватись як тихохідний генератор для гідростанцій з малим напором (припливні).

ЕМКР інших конструкцій. Машини з циліндричним ротором можуть використовуватись як високочастотні генератори (50÷70 кГц) при синусоїдній формі напруги. Постійний магнітний потік може створюватись постійними магнітами, або без спеціальної обмотки постійного струму з використанням трифазних нульових схем випрямляння. На статорі іноді можуть розташовуватись дві обмотки змінного струму з різним числом пар полюсів, які живляться напругами різної величини й частоти. Такий двигун може використовуватись як сельсин – приймач в системі синхронного валу з електричною редукцією.

Можливе виконання ДКР комбінованого типу (синхронно-асинхронних, коли синхронний та асинхронний моменти діють узгоджено; синхронно-гістерезисних і т. д.).

ДКР постійного струму. ДКР можуть працювати від мережі постійного струму. Одна з конструкцій з якорем – диском без обмотки складається з трьох електромагнітів, які по черзі вмикаються спеціальним комутатором. Регулювання швидкості здійснюється регулювальним гвинтом, як у двигуна R. Schön. В двигуні відсутні вібрації. Він простий за конструкцією.

Існують конструкції ДКР постійного струму з циліндричними роторами.

Кроковий ДКР. Т.І. Зєвін запропонував конструкцію крокового двигуна з ексцентричним ротором (рис. 14.6.).

Рис. 14.6. Кроковий ДКР

 

Обмотки керування розташовуються на трьох осердях статора і вмикаються попарно. Ротор виконаний у вигляді феромагнітного порожнистого стакана, розташованого на колінчастому валу. Між статором і ротором зубчасте зачеплення. Такий кроковий двигун забезпечує фіксоване положення валу в безструмовому стані та має покращені динамічні властивості.

Двигуни – насоси. Принцип дії ДКР використовується в низці виконавчих механізмів. Так у 1954 р. в США був запропонований комбінований двигун-помпа, який працює як ДКР з більчиною кліткою на роторі. Ротор двигуна є одночасно й ротором помпи (рис. 14.7.)

Рис. 14.7. ДКР-помпа

 

До поверхні ротора за допомогою пружини притискається плунжер-перегородка 1, яка поділяє порожнину помпи на всмоктуючу та випускну. Суміщення приводного двигуна й помпи в одному механізмі дозволяє зменшити габарити й усунути проміжні ланки кінематичної передачі.

Двигуни-вібратори. ДКР можуть застосуватись як вібратори. Набір роторів з різними діаметрами дозволяє змінювати робочі параметри вібратора в широких межах. Електричні вібратори з ДКР забезпечують високочастотні коливання з порівняно малими витратами енергії.

ЕМКР можливо класифікувати по-різному.

За призначенням: двигуни, генератори, спеціальні машини (синхронного зв’язку, муфти, помпи, вібратори, імпульсно-фрикційні двигуни).

За родом струму: постійного (контактні, безконтактні), змінного (однофазні, багатофазні).

За принципом дії:

а) кондукційні (з вентильним підмагнічуванням), реактивні, магнітоелектричні, електромагнітні, з уніполярним підмагнічуванням, з двома обмотками на статорі;

б) індукційні (короткозамкнений ротор, масивний феромагнітний ротор, порожнистий феромагнітний або парамагнітний ротор);

в) комбіновані (синхронно-асинхронний, синхронно-гістерезисний).

За конструктивним виконанням (циліндричні, дискові, одностаторні, двостаторні, внутрішній або зовнішній ротор).

За виконанням поверхні котіння (гладкі, зубчасті, циліндричні, конічні).

За механічними характеристиками (синхронна – жорстка, асинхронна – м'яка).

За швидкісними характеристиками:

а) нерегульовані;

б) регульовані (передаточним відношенням, ковзанням, зміною струму якоря, зміною струму збудження, механічним гальмом).

За напрямом обертання (нереверсивні, реверсивні).

За характером руху ротора (безперервне, переривчасте – крокове).

За виконанням кінематичної передачі на вал (механічні муфти й передачі, електромагнітні й магнітні муфти).

 

Хвильові електродвигуни

В приводах виконавчих механізмів різних типів застосовуються редуктори з хвильовими передачами. Вони забезпечують велике передаточне відношення (до 100 на один ступінь) при відносно малій масі й габаритах, підвищену кінематичну точність, високий ККД, довговічність та надійність механізму. За допомогою таких редукторів можлива передача механічного обертання в герметичну порожнину через перегородку.

Внаслідок цих переваг хвильові передачі застосовуються в приводах як загальнопромислового, так і спеціального призначення.

Різні хвильові передачі відрізняються одна від одної видом зачеплення, числом хвиль деформації гнучкого елемента, конструктивним виконанням та типом генератора механічних хвиль.

Перспективне використання хвильових передач з електромагнітним генератором хвиль. В такій передачі відсутні конструктивні елементи, які швидко обертаються й високошвидкісні підшипники, що дозволяє покращити динамічні характеристики привода та розширити області застосування хвильових передач.

Швидкодія виконавчого механізму з хвильовою передачею сумірна з швидкодією гідродвигуна.

Хвильова передача з електромагнітним генератором механічних хвиль (рис. 14.8, а)складається зі статора з розподіленою двополюсною m-фазною обмоткою, в розточці якого розташований тонкостінний феромагнітний стакан-ротор.

а) б)

Рис. 14.8. Хвильовий електродвигун

 

Під дією сил магнітного поля ротор деформується (рис. 14.8, б) й набуває у перерізі еліпсоїдної форми, велика вісь якої переміщується синхронно з полем. Крім того, ротор обертається навколо своєї осі з редукованою швидкістю. Величина редукції визначається різницею довжин кола розточки статора й периметра ротора. Повільне обертання ротора навколо своєї осі за допомогою кінематичної ланки передається на вихідний вал.

Уперше така конструкція електромеханічного пристрою була запропонована А.І. Москвітіним.

За принципом дії така передача є синхронним (або хвильовим) електродвигуном (ХД). Хвильовий електродвигун характеризується таким.

1. Великий обертовий момент при відносно малій масі.

2. Великий момент самогальмування й практична відсутність вибігу й самоходу.

3. Здатність до частих пусків та реверсів.

4. Можливість використання у кроковому режимі.

5. В машині відсутні вібрації.

Недоліком є необхідність забезпечення еластичності ротора у поєднанні з потрібною товщиною магнітопровода, що створює значні конструктивні й технологічні труднощі. Число хвиль деформації ротора:

u=2р,

де р – число пар полюсів обмотки якоря.

У зв’язку із зубчастим зачепленням ротора зі статором синхронно з полем обертається не ротор, а хвиля деформації гнучкого ротора. Відбувається зміна провідності робочого зазору. Тому виникає синхронний реактивний момент, який намагається утримати ротор в такому положенні, щоб магнітна провідність зазору була максимальною. При цьому швидкість обертання ротора

, (14.12)

де Z₁, Z₂ – відповідно числа зубців зачеплення статора й ротора.

Якщо Z₁>Z₂, то вихідний вал обертається в бік, протилежний до напряму обертання поля.

Якщо гнучкий елемент пов’язаний зі статором зубчастим зачепленням, а ротор нерухомий, але піддається хвильовій деформації, то

. (14.13)

В оберненій конструкції ХД ротор обертається узгоджено з полем. В цьому випадку магнітопровід може виконуватись не шихтованим, оскільки асинхронний момент діє узгоджено з синхронним.

Підвищення енергетичних показників можливо досягти, якщо використати уніполярне підмагнічування. В даному випадку число хвиль u=2р. Звичайно u=2.