3.3. Синхронный гироскопический двигатель

В качестве синхронных гироскопических двигателей, как пра­вило, используются гистерезисные двигатели, принцип действия которых подробнее рассматривается в главе 4. Это объясняется их хорошими пусковыми свойствами и легкостью входа в синхро­низм.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами и реактив­ные синхронные двигатели имеют «беличью клетку» и в пусковом режиме работают как асинхронные двигатели. При достижении скорости, соответствующей некоторому скольжению, зависящему от момента нагрузки, ротор втягивается в синхро­низм за счет воздействия на него синхронного момента, однако ввиду большого момента инерции маховика гиродвигателя про­цесс втягивания в синхронизм чрезвычайно затруднен.

В гистерезисном двигателе момент, приложенный к ротору дви­гателя, не зависит от скорости и остается постоянным вплоть до достижения синхронной скорости. Его величина определяется НС статора F_m, магнитным потоком Ф и гистерезисным углом. После входа в синхронизм двигатель превращается в недовозбужденный синхронный двигатель с постоянными магнитами. Для обеспечения работы гистерезисного гироскопического двигателя в синхронном режиме необходимо, чтобы момент сопротивления нагрузки был меньше гистерезисного момента.

По устройству гистерезисный гиродвигатель совершенно анало­гичен асинхронному гиродвигателю. Отличие состоит в конструк­ции ротора. Вместо магнитопровода ротора 9 и «беличьей клетки» (см. рис. 2.11) запрессованы кольца из викаллоя соответствующей толщины, выбранной из условия получения максимального момента. Синхронные гистерезисные гиродвигатели обычно про­ектируются для точных гиросистем и имеют симметричный махо­вик и два внутренних статора.

3.4. Гироскопический двигатель типа «шар»

Следует отметить, что гироскопический двигатель типа «шар» значительно отличается от гиродвигателей на подшипниках. Одна из основных особенностей этого двигателя со­стоит в том, что он представляет собой электрическую машину с тремя степенями свободы ротора. Ось вращения ротора и ось вращающегося магнитного поля статора не совпадают. Это приво­дит к сложным электромагнитным взаимодействиям системы «ста­тор–ротор», в результате которых к ротору, кроме вращающего момента, направленного по оси вращения, приложены так называе­мые корректирующие моменты, вызывающие прецессию от вра­щения ротора.

Принципиальная конструктивная схема шарового гиродвига­теля приведена на рис. 2.12. Ферромагнитный шар 1, поддержи­ваемый аэродинамической опорой 3, приводится во вращение внеш­ним магнитным полем, образуемым трехфазной обмоткой статора 2. Этот тип двигателя отличается от обычных двигателей тем, что его ротор жестко не закреплен в опорах и имеет три вращательных степени свободы.

Рис. 3.3. Гироскопический двигатель типа «шар»:

1 – стальной шар; 2 – статор с трехфазной обмоткой;

3 – аэродинамическая опора

При совпадении осей вращения ротора и магнитного поля статора к шару приложен вращающий электромагнитный момент, значение которого равно в установившемся режиме моменту сил сопротивления в аэродинамических опорах. Обычно ширина пакета статора невелика, и расчет вращающего момента, создаваемого статором, можно провести по методике, разработанной для асинхронных двигателей со сплошным ферромагнитным цилиндрическим ротором. Гироскопические шаровые двигатели работают при больших номинальных скольжениях При этом частота тока в роторе такова, что имеет место четкое проявление поверхностного эффекта.