Гистерезисный двигатель

Гистерезисный микродвигатель — это синхронный дви­гатель, в котором вращающий момент создается за счет явле­ния гистерезиса при перемагничивания ферромагнитного ма­териала ротора.

Статор гистерезисного двигателя подобен статору обыч­ной машины переменного тока. Ротор представляет собой стальной цилиндр из ферромагнитного магнитотвердого ма­териала (имеющего широкую петлю гистерезиса), насаженный на втулку из обычной стали (рис. 5.4,о). С целью удешевления ротор иногда делают сборным: кольцо из ферромагнитного материала и немагнитная или магнитомягкая втулка.

Рис. 5.4. Устройство ротора гистерезисного двигателя (а) и схема, иллюстрирующая возникновение гистерезисного момента (б)

В гистерезисном двигателе ротор, находящийся в магнит­ном поле статора, превращается под воздействием поля в по­стоянный магнит и поэтому вращается с синхронной скоростью. Ось намагничивания ротора из-за явления гистерезиса отстает от оси вращающегося маг­нитного поля на угол Ɵ_Г ги­стерезисного сдвига, вслед­ствие чего возникает тан­генциальная составляющая f_Tсил взаимодействия между полюсами ротора и пото­ком статора (рис. 5.4,6).

Рис. 5.5. Зависимость моментов гистерезисного двигателя от скольжения

Величина силы f_T и соз­даваемый ею гистерезисный момент М_Г не зависят от скорости вращения (скольжения) (рис. 5.5).

Гистерезисный момент определяются шириной петли гис­терезиса ферромагнитного материала.

Если нагрузочный момент больше М_Г, то двигатель перей­дет в асинхронный режим работы, т. е. появится дополнитель­ный асинхронный момент М_а. Асинхронный момент М_а есть результат взаимодействия вращающегося магнитного поля с вихревыми токами, которые индуктируются этим полем в сер­дечнике ротора. Поскольку ротор имеет большое активное сопротивление, то характеристика M_a=f(s)практически линейна и асинхронный гистерезисный момент максимален при s = 1. Таким образом, на валу гистерезисного момента в общем слу­чае действует результирующий момент, который складывается из гистерезисного и асинхронного моментов:

. (5.9)

Момент при асинхронном режиме пропорционален поте­рям в роторе, деленным на скольжение. Потери в роторе вклю­чают потери на гистерезис ΔР_Г и на вихревые токи ΔР_вихр. Поэтому асинхронный момент равен:

(5.10)

гистерезисный момент:

1)

где Δ P_{Г н} — потери на перемагничивание ротора при непод­вижном роторе; ΔР_{вихр н} — потери на вихревые токи при неподвижном роторе.

К гистерезисным двигателям относится синхронный мик­родвигатель с экранированными полюсами (рис. 5.6). Двига­тель имеет явнополюсный статор 1 с однофазной обмоткой 2.

На полюсах статора находят­ся короткозамкнутые экраниру­ющие витки 4, охватывающие половину полюса, которые со­здают сдвиг по фазе между маг­нитными потоками, проходящими через экранированную и неэкранированную части полюсов.

Ротор 3 собирают из не­скольких плоских колец из магнитотвердого материала. Коль­ца имеют диаметральные пере­мычки. Кольцевой обод ротора обеспечивает появление гистерезисного и асинхронного моментов, а диаметральная пере­мычка — реактивный момент. При пуске действуют асинхрон­ный и гистерезисный моменты, при синхронной скорости — гистерезисный и реактивный.

Гистерезисные двигатели могут работать как в асинхронном, так и в синхронном режиме. Однако, в асинхронном режиме КПД гистерезисного двигателя резко уменьшается, поскольку существенно возрастают потери мощности на перемагничивание ротора, которые зависят от квадрата скольжения.

Достоинства гистерезисного двигателя: простота, надеж­ность, плавность входа в синхронизм, бесшумность, малый пус­ковой ток, сравнительно высокий КПД (до 60%).

Недостатки: повышенная стоимость, склонность к качаниям при резких изменениях нагрузки, низкий коэффициент мощно­сти (cosφ = 0,4...0,5).

Гистерезисные двигатели выпускаются на мощность до 2000 Вт, при номинальных 50, 400 и 500 Гц.