Ведущие мировые производители электродвигателей на сегодняшний день проявляют особый интерес к синхронным реактивным двигателям (СРД), хотя их первые версии были предложены еще в конце XIX в. Интерес обусловлен тем, что КПД СРД принципиально значительно превышает КПД и удельную мощность асинхронных двигателей (АД). Потери энергии в роторе СРД отсутствуют, притом, что 30% потерь АД приходится на ротор. Повышается и срок службы СРД благодаря снижению нагрева. Масса СРД и его габариты примерно на 20% меньше, чем у АД той же мощности.
Цель статьи состоит в анализе конструкции, описании характеристик СРД и преобразователей частоты (ПЧ), которые ликвидировали недостатки СРД, придав им вторую жизнь в части улучшения характеристик и отказа от применения постоянных магнитов с использованием редкоземельных материалов.
При написании статьи использованы материалы автора [1–4] в части современных электроприводов, литература [5–9] посвящена описанию и сравнительным характеристикам двигателей постоянного тока (ДПТ), АД, синхронным двигателям с возбуждением (СД), синхронным двигателям с постоянными магнитами (СДПМ). В литературе [10–14] описана динамика СРД, а в [15–18] приведены характеристики СРД.
Синхронный реактивный двигатель (СРД) является наиболее простым электродвигателем с явно полюсным ротором без постоянных магнитов на нем. Электромагнитный момент вращения в таком двигателе возникает из-за различия в магнитных проводимостях по продольной d и поперечной q осям. Такое различие достигается соответствующим конструктивным выполнением ротора, приведенным на рис. 1. На рис. 1 показано поперечное сечение двухполюсного ротора СРД, где 1– пакет листов электротехнической стали, 2 – пакет пазов, залитых алюминием. Из несимметричной конструкции ротора рис. 1 следует, что его магнитное сопротивление по оси dd меньше, чем по оси qq, и ось dd легче намагничивается.
При отсутствии нагрузки на валу СРД ось ротора dd совпадает с осью полюсов статора (0), магнитное поле статора не деформируется, реактивный момент двигателя М равен нулю. На рис. 2 показано создание вращающегося момента М под действием магнитного поля полюсов статора в виде постоянного магнита N-S. Ротор представляет стальной цилиндр, который срезан вдоль оси dd с легким намагничиванием. Магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью n1 по часовой стрелке, поворачивая ротор на угол θ. В результате создается искажение магнитных силовых линий, которые стараются замкнуться вдоль оси dd меньшего сопротивления, с возникновением тангенциальной силы Fэм. Под действием этой силы создается реактивный момент Мэм, направленный в сторону вращения магнитного поля.