Open Library - открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

Категории

Электротехника Гистерезисные двигатели
просмотров - 479

Работа гистерезисного двигателя основана на действии гистерезисного момента. На рис. 23.6, а показаны два полюса постоянного магнита (поле статора); между ними расположен цилиндр (ротор) из магнитно-твердого материала. Под действием внешнего магнитного поля ротор намагничивается. На стороне обращенной к северному полюсу постоянного магнита͵ возбуждается южный полюс, а на стороне ротора, обращенной к южному полюсу постоянного магнита͵ - северный полюс. На ротор начинают действовать силы , направленные радиально к его поверхности. В случае если полюсы постоянного магнита вращать вокруг ротора, то вследствие явления магнитного запаздывания (гистерезиса) активная часть ротора не будет перемагничиваться одновременно с изменением направления вращающегося магнитного поля и ме­жду осью поля ротора и осью внешнего поля появится угол .

 

Рис. 23.6. К понятию о гистерезисном моменте

Силы , действующие на ротор, также изменят свое направление на угол , а тангенциальные составляющие этих сил , создадут гистерезисный момент Мг (рис. 23.6, б).

Явление магнитного запаздывания состоит по сути в том, что частицы ферромагнитного материала (помещенного во внешнее магнитное поле), представляющие собой элементарные магниты, стремятся ориентироваться в соответствии с направлением внешнего поля. В случае если внешнее поле изменит свое направление, то элементарные частицы меняют свою ориентацию. При этом повороту элементарных частиц препятствуют в магнитно-твердых материалах внутренние силы молекулярного трения. Для изменения направления этих частиц необходима определœенная МДС, вследствие чего перемагничивание ротора несколько отстает от измене­нии направления внешнего поля. Это отставание (магнитное запаздывание) характеризуется углом гистерезисного сдвига между вектором магнитного потока ротора и вектором магнитного потока обмотки статора , (рис. 23.6, в). Этот угол зависит исключительно от магнитных свойств материала ротора.

На преодоление сил молекулярного трения расходуется часть подводимой мощности, которая составляет потери на гистерезис. Величина этих потерь зависит от частоты перемагничивания ротора , а следовательно, от скольжения:

(23.2)

где — потери на гистерезис при неподвижном роторе (при =1),

т. е. в режиме к. з.

Так как электромагнитная мощность, передаваемая ротору, равна потерям в роторе, делœенным на скольжение [см. (13.5)]:

, (23-3)

а вращающий момент — электромагнитной мощности, делœенной на синхронную угловую скорость:

(23.4)

то, очевидно, величина гистерезисного момента не зависит от час­тоты вращения ротора (скольжения). График Мг = представ­ляет собой прямую, параллельную оси абсцисс (рис. 23.7).

Угол гистерезисного сдвига зависит от ширины петли гисте­резиса: чем шире петля гистерезиса магнитного материала, тем больше угол гистерезисного сдвига. На рис. 23.8, а представлены две петли гистерезиса: обычной стали (кривая 2) и сплава викаллой (кривая 1).

Рис. 23.7. Механические характеристики гистерезисного двигателя

Рис. 23.8. Петли гистерезиса обычной электротехнической стали

и сплава викаллой (а) и устройство сборного ротор;

гистерезисного двигателя (б)

Применение обычной стали для изготовления ротора не обес­печивает гистерезисного момента достаточной величины. Только магнитно-твердые материалы, к примеру такие, как

викаллой, дают возможность получить большой гистерезисный момент. Роторы гистерезисных двигателœей обычно делают сборными. Магнитно-твердая часть выполняется в виде шихтованного или массивного кольца 1, размещенного на втулке 2 (рис. 23.8, б). Последняя же­стко посажена на вал 3.

В машинах с нешихтованным (массивным) ротором вращающееся поле статора наводит в роторе вихревые токи. В результат взаимодействия этих токов с полем статора возникает электромагнитный момент , значение которого пропорционально скольжению:

(23.5)

где — потери на вихревые токи в роторе при = 1, т. е. в режиме к.з., Вт; , — угловая синхронная скорость, рад/с.

Наибольшего значения момент достигает при неподвиж­ном роторе ( = 1), т. е. в момент пуска электродвигателя. Затем по мере возрастания частоты вращения (уменьшении скольжения) момент убывает (см. рис. 23.7), при синхронной частоте он становится равным нулю.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, электромагнитный вращающий момент гисте­резисного двигателя создается совместным действием моментов от вихревых токов и гистерезисного Мг:

М=Мвт + Мт= . (23.6)

На рис. 23.7 представлена зависимость результирующего мо­мента гистерезисного двигателя от скольжения: М = . Харак­тер этой кривой зависит от соотношения моментов и Мг.

Гистерезисный двигатель может работать с синхронной и асинхронной частотами вращения. При этом работа двигателя в асинхронном режиме неэкономична, так как связана со значитель­ными потерями на перемагничивание ротора, величина которых возрастает с увеличением скольжения.

Достоинства гистерезисных двигателœей — простота конструк­ции, бесшумность и надежность в работе, большой пусковой мо­мент, плавность входа в синхронизм, сравнительно высокий КПД, малое изменение кратности тока от пуска до номинальной нагруз­ки ( ).

Недостатки гистерезисных двигателœей — низкий коэффициент мощности ( , = 0,4—0,5) и сравнительно высокая стоимость. Вместе с тем, при резких колебаниях нагрузки гистерезисные двига­тели склонны к качаниям, что создает неравномерность хода (вращения). Объясняется это отсутствием у гистерезисных двига­телœей пусковой клетки, которая при резких изменениях нагрузки оказывает на ротор успокаивающее (демпфирующее) действие. Наиболее сильные качания наблюдаются у шихтованного ротора, в котором вихревые токи сильно ограничены. Вызываемая кача­ниями неравномерность вращения ограничивает области примене­ния гистерезисных двигателœей.


Читайте также


  • - Гистерезисные двигатели

    Статор гистерезисного двигателя такой как и у обычного. Ротор (рис.6.35) выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала 1, насаженного на втулку 2 которая жестко соединена с валом 3. Под воздействием внешнего поля ротор намагничивается: на стороне обращенной к северному... [читать подробенее]


  • - Гистерезисные двигатели

    Статор гистерезисного двигателя такой как и у обычного. Ротор (рис.6.35) выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала 1, насаженного на втулку 2 которая жестко соединена с валом 3. Под воздействием внешнего поля ротор намагничивается: на стороне обращенной к северному... [читать подробенее]


  • - Гистерезисные двигатели

    Реактивные двигатели Синхронные машины специального назначения В основе работы реактивного двигателя лежит стремление явнополюсного ротора ориентироваться по оси магнитного поля (рис. 6.33). Вращающееся магнитное поле статора представим в виде... [читать подробенее]


  • - Гистерезисные двигатели

    Реактивные двигатели Синхронные машины специального назначения В основе работы реактивного двигателя лежит стремление явнополюсного ротора ориентироваться по оси магнитного поля (рис. 6.33). Вращающееся магнитное поле статора представим в виде... [читать подробенее]


  • - Гистерезисные двигатели

    Особенности управления пуском СД средней и большой мощности Роторы указанных СД часто выполняют явнополюсными, а в полюсные башмаки закладывают специальную пусковую обмотку. Как правило, используется асинхронный пуск СД, суть которого сводится к следующему. Под... [читать подробенее]


  • - Гистерезисные двигатели

    Работа гистерезисного двигателя основана на действии гистерезисного момента. На рис. 23.6, а показаны два полюса постоянного магнита (поле статора); между ними расположен цилиндр (ротор) из магнитно-твердого материала. Под действием внешнего магнитного поля ротор... [читать подробенее]