Глава 3. Гироскопические двигатели

3.1. Особенности работы электрических гиродвигателей

Главное требование, предъявляемое к гиродвигателю, – полу­чение достаточно большого значения кинетического момента ро­тора. Для электрических гиродвигателей это требование наилуч­шим образом удовлетворяется применением обращенной конструк­ции машины при относительно высокой угловой частоте вращения ротора. В двигателях переменного тока это требование достигается приме­нением повышенной частоты питания (400 Гц и более) и выбором малого числа пар полюсов.

Основной режим работы гиродвигателя – режим максималь­ной частоты вращения ротора, который для обычных электродвигателей является режимом холостого хода. Однако для гироскопических электродвигателей этот режим работы следует считать номиналь­ным. Это объясняется двумя обстоятельствами, обусловленными обращенной конструкцией двигателя:

• вследствие больших габаритов и массы ротора тормозной момент сил трения о воздух и в подшипниках значительно больше, чем в обычном электродвигателе тех же габаритов;

• мощность двигателя вследствие меньшей площади, занимаемой обмоткой статора, и худших усло­вий охлаждения значительно ниже.

Важным режимом работы для гироскопического двигателя является пусковой режим. Вследствие большого момента инер­ции ротора двигателя и относительно малого электромагнитного момента пуск гироскопического двигателя по времени может быть весьма продолжительным, иногда до 20-30 мин. При про­ектировании гироскопического электродвигателя стремятся ма­ксимально возможно сократить время пуска при обеспечении при­емлемой тепловой нагрузки в процессе пуска.

Основными величинами, характеризующими работу гироскопического электродвигателя, являются:

• потребляемые мощности и ток в установившемся режиме;

• максимальная (номинальная) частота вращения ротора;

• кинетический момент – произведение момента инерции ротора на его максимальную угловую частоту вращения;

• стабильность кинетического момента при колебаниях напря­жения и частоты сети в определенных пределах;

• стабильность углового положения вектора кинетического момента при длительной работе двигателя;

• максимальные значения потребляемой мощности и тока при пуске;

• время пуска;

• срок службы.

3.2. Асинхронный гироскопический двигатель с ротором типа «беличья клетка»

Этот тип двигателя является наиболее распространенным. Асинхронный гироскопический двигатель представляет собой асинхронную электрическую машину с короткозамкнутым ротором обращенной конструкции, приведенной на рис. 2.10. На статоре 1 уложена трехфазная обмотка 2, образующая вращающееся магнитное поле. В маховик 3 запрессо­ван магнитопровод ротора 4 с «беличьей клеткой» 5. Маховик жестко насажен на вал 6, вращающийся в радиально-упорных подшипниках 7. Статор крепится на выступе крышки 8, которая прикреплена винтами 9 к защитному кожуху 10. В кожухе для вентиляции двигателя сделаны круглые отверстия 11.

Рис. 3.1. Асинхронный несимметричный гироскопический двигатель

Рассмотренная конструкция двигателя вследствие асимметрии маховика (место крепления маховика к валу не совпадает с цент­ром его тяжести) не обеспечивает стабильности вектора кинети­ческого момента при изменении температуры и вибрациях, и та­кого типа гиродвигатель применяется в относительно «грубых» гироприборах.

Для точных гироскопических систем используют гиродвигатель с симметричным ротором и двумя внутренними статорами (см. рис. 2.11). Его можно рассматривать как совокупность двух асимметричных гиродвигателей с совмещенным маховиком. Для уменьшения трения ротора в газовой среде гиродвигатель помещается в герметичную камеру и заполняется гелием или во­дородом.

Принцип работы двигателя и основные электромагнитные соотношения остаются такими же, как и для обычного асинхронного двигателя при симметричном режиме работы.

Рис. 3.2. Асинхронный симметричный гироскопический двигатель:

1 – корпус; 2 – маховик; 3 – крышка; 4 – шарикоподшипник; 5 – гайка; 6 – фланец;

7 – шайба; 8 – статор; 9 – магнитопровод ротора; 10 – основной кожух;

11 – дополнительный кожух; 12 – гермовывод