Электродвигатели с гладким якорем

По принципу своего действия двигатели с гладким якорем не отличаются от обычных двигателей постоянного тока. Однако эти двигатели имеют одну важную особенность конструкции якоря, которая заключается в том, что проводники обмотки якоря располагаются не в пазах пакета якоря, как обычно, а крепятся непосредственно на поверхности гладкого (без пазов) якоря. Отсюда произошло и само название этих двигателей. На рис. 1 показана часть такого гладкого (беспазового) якоря. Проводники 1 обмотки якоря уложены на поверхность пакета 2. Для изоляции проводников обмотки обычно используются изолирующие прокладки 3 между обмоткой и пакетом. Снаружи обмотка крепится специальным бандажом 4, выполняемым чаще всего из стеклоткани.
Какие же новые свойства приобретает двигатель, имеющий такой гладкий (беспазовый) якорь?
Сравним условия охлаждения проводника, расположенного в пазу сердечника якоря (обычное исполнение двигателей) и на поверхности сердечника (двигатель с гладким якорем). Нетрудно заметить, что охлаждение проводника на гладком якоре происходит интенсивнее, чем в пазу сердечника. Поэтому в этом случае имеется возможность повысить силу тока в проводниках обмотки якоря, а тем самым в соответствии с формулой (2) и развиваемый двигателем момент.
Помимо этого, для двигателя с гладким якорем появляется еще одна дополнительная возможность увеличить силу тока в проводниках якорной обмотки. Для обычной электрической машины постоянного тока сила тока в проводниках обмотки якоря не может даже кратковременно превышать номинальную (паспортную) силу тока более чем в 2—2,5 раза, что связано главным образом с условиями нормальной работы коллектора машины. При нарушении этого условия начинается сильное искрение на коллекторе, его обгорание и в конечном итоге происходит выход двигателя из строя.

Рис. 1. Элемент гладкого якоря.
В теории электрических машин показывается, что при расположении проводников обмотки якоря на поверхности сердечника условия коммутации тока существенно улучшаются, в связи с чем появляется возможность увеличить силу тока в обмотке в большей степени, чем для обычного двигателя. Таким образом, в результате улучшения охлаждения проводников обмотки якоря и условий коммутации двигатели с гладким якорем допускают 8—10-кратные пусковые токи, что примерно в 4 раза больше, чем для двигателей с обычным исполнением якоря. Развиваемый двигателем при этом момент в 6,5—7 раз превышает номинальный (паспортный) и в 2,5—3 раза — допустимый момент двигателей с обычным якорем. В этом в соответствии с формулой (8) и заключается основная возможность повышения быстродействия электроприводов с двигателями, имеющими гладкий якорь. Дополнительное повышение быстродействия этих двигателей достигается также за счет использования удлиненного якоря с малым внешним диаметром, что позволяет заметно снизить его момент инерции.
Таблица 1

В результате быстродействие двигателя с гладким якорем в несколько раз превышает быстродействие двигателя с обычным якорем. Для примера отметим, что если время пуска двигателей с гладким якорем не превышает нескольких сотых долей секунды (до 0,04 с для двигателя мощностью 9 кВт), то для двигателей той же мощности и частоты вращения с обычным якорем это время составляет уже около 0,6 с.
В настоящее время разработано несколько серий двигателей постоянного тока с гладким якорем.
Двигатели серии ПГ выпускаются на мощности от 0,25 до 12 кВт и частоту вращения 3000 об/мин. Технические данные этих двигателей приведены в табл. 1.
Двигатели мощностью 0,25 и 0,5 кВт имеют возбуждение от постоянных магнитов и обозначаются соответственно ПГП-0,25 и ПГП-0,5. Эти двигатели выпускаются с естественным охлаждением. Остальные двигатели этой серии мощностью от I до 12 кВт имеют электромагнитное возбуждение. Охлаждение этих двигателей осуществляется с помощью внешнего вентилятора — «наездника», который приводится во вращение трехфазным асинхронным двигателем типа АОЛ-ОП-2 мощностью 80 Вт, установленным на корпусе основного двигателя. Такой способ вентиляции, называемый часто независимым или внешним, позволяет регулировать частоту вращения двигателей в самых широких пределах при номинальном моменте нагрузки на валу.
Таблица 2

* Rя—сопротивление обмотки якоря тахогенератора.

Двигатели мощностью 1 кВт и выше могут выпускаться со встроенным тахогенератором и имеют в этом случае обозначение ПГТ. Тахогенераторы, встраиваемые в корпус двигателей ПГТ, представляют собой маломощные генераторы постоянного тока, выходное напряжение которых пропорционально частоте вращения вала двигателя. Напряжение тахогенератора может использоваться для контроля частоты вращения вала двигателя или в схеме управления двигателем. Тахогенераторы имеют закрытое исполнение и выполняются с электромагнитным возбуждением. Технические данные тахогенераторов приведены в табл. 2.
По роду монтажа двигатели этой серии изготовляются в следующих исполнениях:
горизонтальные — с лапами на станине (исполнение М101), с лапами на станине и фланцем (исполнение
М211), с фланцем и станиной без лап (исполнение М361);
вертикальные — с фланцем (исполнение М362).
Электродвигатели в исполнении М361 и М362 выпускаются мощностью до 4 кВт включительно.
По допускам на установочные размеры (непараллельность и неплоскостность лап, радиальное биение свободного конца вала, биение крепительного фланца) двигатели изготовляются в соответствии с ГОСТ 8592-66 по графе «Повышенная точность».
Двигатели имеют изоляцию обмоток класса В.
В табл. 3 приведены технические данные двигателей постоянного тока с гладким якорем серии МИГ.
Двигатели серии МИГ выпускаются на номинальные частоты вращения от 430 до 6000 об/мин, мощности от 10 до 2000 Вт и номинальные моменты от 0,016 до 6,36 Н-м.
Таблица 3

Все двигатели имеют возбуждение от постоянных магнитов. Двигатели серии МИГ, за исключением МИГ-ПР, имеют естественное охлаждение аналогично двигателям ПГП; двигатели МИГ-ПР — самовентилируемые. Двигатели этой серии могут выпускаться со встроенными тахогенераторами постоянного тока. В этом случае в их обозначения добавляется буква Т. Применяемые тахогенераторы также имеют гладкий якорь, что позволяет снизить уровень вредных пульсаций их выходного напряжения до 1%. Возбуждение тахогенераторов производится от постоянных магнитов. Выходное напряжение тахогенераторов может быть 12 или 24 В, номинальное сопротивление нагрузки 3 или 10 кОм. Коэффициент полезного действия двигателей серии МИГ находится в пределах от 65% (для двигателей мощностью 90 Вт) до 90% (для двигателей мощностью 650 Вт и выше). Допустимый пусковой ток в 8 раз превышает номинальный.