Индукторными называют синхронные машины, в которых обмотка якоря и обмотка возбуждения неподвижны, а ротор представляет собой цилиндрический магнитопровод с равномерно распределенными по его поверхности выступами-зубцами. Электромеханическое преобразование энергии в этих машинах связано с изменением взаимной индуктивности между обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, которое происходит при перемещении зубцов магнитопровода ротора относительно зубцов магнитопровода статора.
В качестве индукторной синхронной машины могут быть применены любые исполнения электрической машины с зубчатым ротором и с двумя обмотками того или иного типа, расположенными на статоре. В таких машинах частота изменения взаимной индуктивности между обмотками пропорциональна числу зубцов ротора Z /=ZQ/( 2п).
При питании обмотки возбуждения постоянным током в обмотке якоря индуктируется ЭДС той же частоты. Обмотка якоря машины может быть присоединена к автономной нагрузке или включена в электрическую сеть с напряжением той же частоты. При параллельной работе с сетью в зависимости от направления внешнего момента, приложенного к валу, индукторные машины могут работать как в генераторном, так и в двигательном режимах.
Индукторную машину, предназначенную для работы в двигательном режиме, называют редукторним двигателем. По своим свойствам и характеристикам индукторные синхронные машины не отличаются от обычных. Их теория строится исходя из общего математического описания процессов электромеханического преобразования энергии в индуктивных машинах, основные положения которого изложены.
Индукторная машина уступает обычной по своим массогабаритным показателям; ее размеры и масса существенно больше, чем у обычной синхронной машины. Это объясняется тем, что поток в
зубцовом слое статора индукторной машины изменяется только от минимума до максимума, в то время как в обычной машине он изменяется и по значению, и по направлению. При одинаковых главных размерах и одной и той же максимальной индукции в зубцах амплитуда основной гармонической потока оказывается в индукторной машине в 3—4 раза меньшей. Поэтому индукторные синхронные машины применяются только в тех случаях, когда требуемую частоту сложно получить с помощью обычной синхронной многополюсной машины или машины с когтеобразными полюсами.
В зависимости от исполнения обмотки возбуждения различают основные модификации индукторных синхронных машин: разноимен- нополюсные и одноименнополюсные. Обмотка якоря в многофазных машинах всегда делается разноименнополюсной, в однофазных — чаще всего также разноименнополюсной, но может быть и одноименно- полюсной. Магнитопровод статора в обеих модификациях может быть как зубчатым, так и гладким. В пределах каждой из указанных модификаций имеется большое количество разновидностей, которые применительно к однофазным машинам в основном описаны. Поэтому здесь в качестве примера разноименнополюсного исполнения приведем машину с зубчатым магнитопроводом статора, которая не была детально рассмотрена ранее.
В этой разноименнополюсной машине (рис 1) обмотка возбуждения ОВ размещается в больших пазах магнитопровода статора и образует однопериодное магнитное поле (р — 1), линии которого выходят из северного полюса статора в зонах II и III, попадают через зазор в магнитопровод ротора и возвращаются, повторно пересекая зазор, в южный полюс статора в зонах I и IV. Обмотка якоря ОЯ выполняется на то же число периодов, что и обмотка возбуждения, и размещается в больших пазах статора, смещенных на 1/4 периода относительно пазов ОВ. Число зубцов ротора выбирается равным Z = = 2рк, где А:— нечетное число (на рисунке число зубцов Z = 2 • 1 • 7 == 14). На поверхности больших зубцов статора (в зонах 1—IV) делается ряд углублений, между которыми образуются малые зубцы статора с угловым шагом, равным шагу зубцов ротора az = 2я /Z. Число малых зубцов в каждой из зон выбирается одинаковым (на рисунке по три малых зубца в зоне).
При вращении ротора взаимное расположение зубцов статора и ротора периодически изменяется. В положении ротора по рис. 63.7, а зубцы ротора совпадают с малыми зубцами статора в зонах I и III, магнитная проводимость зазора в этих зонах делается максимальной, и линии поля возбуждения ориентируется в основном так, как показано сплошными линиями (штриховыми показаны линии поля, замыкающиеся через зоны II, IV с малой проводимостью, в которых зубцы располагаются против пазов статора). После поворота ротора на половину зубцового шага, т.е. на угол az/2 = ті/Z. когда ротор оказывается в положении по рис., б, зубцы ротора совпадают с зубцами статора в зонах II и IV, и линии поля возбуждения ориентируются в основном так, как показано сплошными линиями. Сравнивая рис., а и б, видим, что направление, в котором поле пересекает плоскость катушки якоря ОЯ, изменяется на обратное.
После поворота ротора еще на половину зубцового шага, т.е. на угол az/2, будет наблюдаться та же картина поля, что и в исходном положении по рис., а. Таким образом потокосцепление с обмоткой якоря будет изменяться с периодом Т - az/Q, соответствующим повороту ротора на угол az. В качестве примера одноименнополюсного исполнения приведем машину с зубчатым магнитопроводом статора, отличающуюся от аналогичной машины по рис. 20.9 только тем, что ее обмотка якоря уложена в большие пазы.
В этой одноименнополюсной машине обмотка возбуждения ОБ представляет собой кольцевую катушку, охватывающую вал ротора и расположенную между подшипниковым щитом и магнитопроводом статора и ротора. Такая обмотка образует осесимметричное магнитное поле возбуждения. Все линии поля возбуждения (одна из них показана на продольном разрезе) замыкаются вокруг обмотки возбуждения. От ротора, намагниченного как северный полюс, линии поля направляются через зазор к статору, намагниченному как южный полюс. Магнитная цепь поля взаимной индукции, сцепляющего обмотку якоря ОЯ1 и ОЯ2 с обмоткой возбуждения ОБ, включает следующие участки: магнитопровод ротора MP, главный зубчатый зазор, магнитопровод статора МС, станину С, подшипниковый щит Щ, дополнительный кольцевой зазор и втулку BP, на которой укреплен магнитопровод ротора. Обмотка якоря ОЯ состоит из двух частей: ОЯ1 и ОЯ2, катушки которых размещаются в больших пазах магнитопровода статора. Магнитопровод ротора ничем не отличается от магнитопровода ротора в разноименнополюсной машине по рис. 1; число его зубцов равно Z = (Z6 /2)к, где Z6 — число больших пазов в магнитопроводе статора, к — нечетное число [на рис. 2 число зубцов ротора Z = (4/2) • 7) = 14].
Рис. 2. Индукторная синхронная машина в одноименнополюсном исполнении
На поверхности больших зубцов статора, охватываемых катушками ОЯ1 и ОЯ2, имеются углубления, между которыми образуются малые зубцы статора с угловым шагом, равным шагу зубцов ротора az = 2tc/Z (на рис. 2 в зоне между большими пазами располагаются по три малых зубца). При вращении ротора взаимное расположение зубцов статора и ротора периодически изменяется. В положении ротора по рис. 2 зубцы ротора совпадают с малыми зубцами в зонах, охватываемых катушками ОЯ1\ магнитная проводимость зазора в этих зонах становится максимальной, линии поля возбуждения ориентируются в основном так, как показано сплошными линиями, и сцепляются с катушками ОЯ1. Потокосцепление линий, показанных пунктиром, с катушками ОЯ2 получается существенно меньшим, поскольку в зонах, охваченных этими катушками, зубцы ротора располагаются против пазов статора и магнитная проводимость зазора минимальна.
После поворота ротора на половину зубцового шага, т.е. на угол az/2 = ті/Z, зубцы ротора совпадают с зубцами статора в зонах, охваченных катушками ОЯ2, и потокосцепление этих катушек становится максимальным, а потокосцепление катушек ОЯ1 — минимальным. Периоду Т изменения потокосцепления обмотки якоря соответствует поворот ротора на угол az. Поэтому, так же как при разноименнополюсном исполнении, Т= а. Поскольку изменения потокосцеплений в частях фазы ОЯІ и ОЯ2 смещены во времени на 772 или, иными словами, находятся в противофазе, эти части обмотки должны быть включены между собой встречно. Катушки в пределах частей обмотки (ОЯ1 или ОЯ2) включаются согласно.
