Реактивный двигатель — это тип электродвигателя , который индуцирует непостоянные магнитные полюса на ферромагнитном роторе. Ротор не имеет обмоток. Он генерирует крутящий момент за счет магнитного сопротивления .
Подтипы реактивных двигателей включают синхронные, регулируемые, переключаемые и регулируемые шаговые двигатели.
Реактивные двигатели могут обеспечивать высокую удельную мощность при низкой стоимости, что делает их привлекательными для многих применений. К недостаткам относятся высокие пульсации крутящего момента (разница между максимальным и минимальным крутящим моментом за один оборот) при работе на низкой скорости и шум из-за пульсаций крутящего момента. [1]
До начала двадцать первого века их использование было ограничено сложностью их проектирования и управления. [ оспаривается ] Достижения в теории, средства компьютерного проектирования и недорогие встроенные системы управления преодолели эти препятствия. Микроконтроллеры используют алгоритмы вычислительного управления в реальном времени для адаптации формы сигналов привода в соответствии с положением ротора и обратной связью по току/напряжению. До разработки крупномасштабных интегральных схем управляющая электроника была непомерно дорогой.
Статор состоит из нескольких выступающих (выступающих) полюсов электромагнита , похожих на коллекторный двигатель постоянного тока с возбужденным полем . Ротор состоит из магнитомягкого материала, такого как ламинированная кремниевая сталь , которая имеет несколько выступов, действующих как явные магнитные полюса за счет магнитного сопротивления . Для вентильных реактивных двигателей количество полюсов ротора обычно меньше, чем количество полюсов статора, что сводит к минимуму пульсации крутящего момента и предотвращает одновременное выравнивание всех полюсов — положение, при котором не может создаваться крутящий момент.
Когда полюс статора находится на равном расстоянии от двух соседних полюсов ротора, говорят, что полюс статора находится в «полностью не выровненном положении». Это положение максимального магнитного сопротивления полюса ротора. В «совмещенном положении» два (или более) полюса ротора полностью совмещены с двумя (или более) полюсами статора (что означает, что полюса ротора полностью обращены к полюсам статора) и представляют собой положение с минимальным сопротивлением.
Когда на полюс статора подается напряжение, крутящий момент ротора направлен в направлении, уменьшающем сопротивление. Таким образом, ближайший полюс ротора вытягивается из невыровненного положения в выравнивание с полем статора (положение с меньшим сопротивлением). (Это тот же эффект, который используется соленоидом или при захвате ферромагнитного металла магнитом . ) Чтобы поддерживать вращение, поле статора должно вращаться впереди полюсов ротора, таким образом постоянно «тянув» ротор вперед. Некоторые варианты двигателей работают от трехфазного переменного тока (см. вариант синхронного реактивного двигателя ниже). Большинство современных конструкций относятся к переключаемому реактивному типу, поскольку электронная коммутация дает значительные преимущества в управлении запуском двигателя, регулировании скорости и плавности работы (низкие пульсации крутящего момента).
Индуктивность каждой фазной обмотки двигателя меняется в зависимости от положения, поскольку сопротивление также меняется в зависимости от положения . Это представляет собой проблему для систем управления .
Синхронные реактивные двигатели (SynRM) имеют одинаковое количество полюсов статора и ротора. Выступы на роторе расположены так, чтобы создавать внутренние «барьеры» потока — отверстия, направляющие магнитный поток вдоль так называемой прямой оси. Число полюсов должно быть четным, обычно 4 или 6.
Ротор работает на синхронных скоростях без токопроводящих частей. Потери ротора минимальны по сравнению с потерями асинхронного двигателя , однако он обычно не имеет большого крутящего момента . [2] [3]
После запуска на синхронной скорости двигатель может работать с синусоидальным напряжением. Для регулирования скорости требуется преобразователь частоты .
Коммутируемый реактивный двигатель (SRM) представляет собой разновидность шагового двигателя , в котором используется меньшее количество полюсов. Самая элементарная форма SRM имеет самую низкую стоимость конструкции среди всех электродвигателей из-за своей простой конструкции, и даже промышленные двигатели могут иметь некоторое снижение стоимости из-за отсутствия обмоток ротора или постоянных магнитов. Обычное использование включает приложения, в которых ротор должен оставаться неподвижным в течение длительного времени, а также в потенциально взрывоопасных средах , таких как горнодобывающая промышленность, поскольку он работает без механического коммутатора.
Фазные обмотки в SRM электрически изолированы друг от друга, что обеспечивает более высокую отказоустойчивость, чем у асинхронных двигателей переменного тока с инверторным управлением. Оптимальная форма сигнала привода не является чистой синусоидой из-за нелинейного крутящего момента относительно смещения ротора и сильно зависящей от положения индуктивности фазных обмоток статора.
