Репульсионный двигатель — это тип электродвигателя , работающего на переменном токе (AC). Ранее он использовался в качестве тягового двигателя для электропоездов (например, электропоездов SR класса CP и SR класса SL ), но был заменен другими типами двигателей. [ необходима цитата ] Репульсионные двигатели классифицируются как однофазные двигатели.
В двигателях с репульсионным ротором обмотки статора подключаются непосредственно к источнику переменного тока , а ротор подключается к коллектору и щеточному узлу, аналогичному двигателю постоянного тока (DC). [1]
Двигатель имеет статор и ротор , но между ними нет электрического соединения, а ток ротора генерируется индукцией . Обмотка ротора подключена к коммутатору , который находится в контакте с короткозамкнутой парой щеток , которые можно перемещать для изменения их углового положения относительно воображаемой линии, проведенной через ось статора. Двигатель можно запускать, останавливать и реверсировать, а скорость можно изменять, просто изменяя угловое положение щеток.
Большинство коллекторных двигателей ограничены примерно 1500 вольтами , поскольку более высокое напряжение повышает риск возникновения дуги через коллектор. Отталкивающие двигатели могут использоваться при более высоких напряжениях, поскольку цепь ротора электрически не подключена к источнику питания.
Двигатели с отталкиванием основаны на принципе отталкивания двух магнитных полей . Рассмотрим 2-полюсный явнополюсный двигатель с вертикальной магнитной осью. Якорь соединен с коммутатором и щетками. Щетки закорочены с помощью перемычки с низким сопротивлением. Когда переменный ток подается на обмотку возбуждения (статора), он индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) в якоре. Направление переменного тока таково, что он создает северный полюс вверху и южный полюс внизу. Направление индуцированной ЭДС задается законом Ленца , согласно которому направление индуцированной ЭДС противодействует причине, ее вызывающей. Индуцированная ЭДС индуцирует ток в проводниках якоря, а направление индуцированного тока зависит от положения щеток.
Если ось щетки расположена вдоль направления магнитного поля, якорь ведет себя как электромагнит, и N-полюс формируется непосредственно под N-полюсом статора, а S-полюс формируется непосредственно над S-полюсом статора. Чистый крутящий момент в этом состоянии равен нулю. Оба N-полюса отталкиваются друг от друга, и оба S-полюса отталкиваются друг от друга. Две силы отталкивания находятся в прямой оппозиции друг к другу, и, следовательно, крутящий момент не будет развиваться. Это очень быстрый процесс в этом отталкивающем двигателе.
Если щетки сместить на 90 градусов, так что магнитная ось будет перпендикулярна оси щетки, то катушки, подвергающиеся короткому замыканию, изменятся. Помимо катушек, подвергающихся короткому замыканию, напряжение, индуцированное в других катушках между клеммами щетки, нейтрализуется, и чистое напряжение равно нулю. Поскольку нет индуцированной ЭДС, в цепи нет тока, и чистый развиваемый крутящий момент снова равен нулю.
Если ось щетки смещена под углом к магнитной оси, на клеммах щетки индуцируется чистое напряжение, которое будет создавать ток в якоре. Ток в цепи якоря будет создавать собственное магнитное поле с северным и южным полюсами, но в этом состоянии северный полюс не находится прямо под северным полюсом магнитной оси, а южный полюс не находится прямо над южным полюсом магнитной оси. Полюса якоря слегка смещены относительно полюсов статора. В этом состоянии северный полюс поля статора будет отталкивать северный полюс поля ротора, а южный полюс поля статора будет отталкивать южный полюс поля ротора, поэтому ротор начнет вращаться.
Направление вращения определяется положением щеток относительно магнитного поля статора. Если щетки смещены по часовой стрелке от главной магнитной оси, двигатель будет вращаться по часовой стрелке. Если щетки смещены против часовой стрелки от главной магнитной оси, двигатель будет вращаться против часовой стрелки.
Пусковой крутящий момент отталкивающего двигателя определяется углом смещения щетки от главной магнитной оси. Максимальный крутящий момент получается при смещении щетки на 45 градусов. Смещение щетки также может использоваться для управления скоростью отталкивающего двигателя.
Типы отталкивающих двигателей перечислены ниже. Вероятно, что различные типы были разработаны для того, чтобы максимально точно подобрать характеристики крутящего момента /скорости двигателя к той услуге, которую он должен был предоставлять.
Двигатель Элиху Томсона является оригинальным репульсивным двигателем и описан в разделе «Конструкция» выше.
Двигатель Deri похож на двигатель Elihu Thomson, но имеет две пары короткозамкнутых щеток — одну фиксированную и одну подвижную. Это позволяет очень точно контролировать скорость.
Это «компенсированный» отталкивающий двигатель, разработанный независимо Латуром и Винтер-Эйхбергом . Здесь снова две пары щеток, но они закреплены под прямым углом друг к другу. Одна пара закорочена, а другая пара питается переменным током переменного напряжения от ответвлений на вторичной обмотке небольшого трансформатора . Первичная обмотка трансформатора соединена последовательно со статорной обмоткой двигателя. Этот двигатель имеет те же характеристики крутящего момента/скорости, что и обычный двигатель с последовательным возбуждением.
Двигатель Аткинсона имеет две катушки статора, расположенные под прямым углом друг к другу. Регулирование скорости (переключением щеток) возможно от 75% ниже синхронной скорости до 10% выше. Пусковой крутящий момент примерно в 2,5 раза превышает крутящий момент полной нагрузки при токе, вдвое превышающем ток полной нагрузки.
Они использовались там, где требовался высокий пусковой крутящий момент. Они начинались как отталкивающие двигатели, но как только они работали на значительной доле полной скорости, щетки механически поднимались, и все коллекторные стержни замыкались вместе, чтобы создать эквивалент асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором .
Применения отталкивающего двигателя включают: