Содержание

Реактивно-гистерезисный двигатель

Дмитрий Левкин

  • Конструкция

  • Принцип работы

  • Преимущества и недостатки

  • Выпускаемые серии

Самозапускающийся синхронный реактивно-гистерезисный двигатель с редуктором был изобретен в 1916 г. Г.Е. Уорреном (Henry Ellis Warren). Данные электродвигатели выполнялись маломощными и широко применялись до недавнего времени для привода программных и временных механизмов (лентопротяжные механизмы, реле времени, электрические часы и т.п.).



  • Реактивно-гистерезисный двигатель



  • Ротор с редуктором электродвигателя Уоррена

Синхронный реактивно-гистерезисный двигатель, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

Статор однофазного реактивно-гистерезисного электродвигателя подобен статору однофазного асинхронного электродвигателя с экранированными полюсами и имеет шихтованный двухполюсный сердечник с явно выраженными полюсами. Для упрощения установки однофазной обмотки сердечник статора выполняют разборным, состоящим из двух половин. Полюсы сердечника статора оканчиваются полюсными наконечниками. Каждый полюс разделен на две равные части продольным пазом, на одной из частей расположены короткозамкнутые медные экранирующие витки, обеспечивающие получение в однофазном двигателе вращающегося магнитного поля [2]. Двигатели с экранированными полюсами нереверсивны — ротор всегда вращается только в одну сторону — от неэкранированной части полюса статора к экранированной.

Конструкция синхронного реактивно-гистерезисного электродвигателя

Ротор включает две или более пластин (дисков) толщиной по 0,4 мм из закаленной магнитотвердой стали. Для создания гистерезисного момента выбирается сталь с большим остаточным намагничиванием. Пластины имеют форму колец с перемычками. Магнитное сопротивление ротора в направлении перемычек меньше, и поэтому магнитные проводимости по продольной xd и поперечной осям xq не равны, что обеспечивает получение на роторе еще и реактивного момента. Кольцевой обод на пластинах ротора обеспечивает получение асинхронного и гистерезисного моментов. Ротор закреплен на валу с помощью прорезей в перемычках пластин. Вал электродвигателя связан с редуктором, понижающим частоту вращения и увеличивающим вращающий момент. Ротор с редуктором помещен в герметичный корпус из немагнитного металла.

В реактивно-гистерезисном электродвигателе создается три электромагнитных вращающих момента. При пуске двигателя на ротор действуют вихревой и гистерезисный моменты. При этом магнитный гистерезис стального ротора снижает КПД двигателя, но значительно увеличивает пусковой момент. После пуска ротор втягивается в синхронизм и вращается с неизменной синхронной частотой под действием реактивного и гистерезисного моментов.

Синхронные реактивно-гистерезисные двигатели Уоренна при сравнительно больших габаритных размерах и массе имеют низкие энергетические показатели (КПД и cosφ). Однако они широко применялись в автоматических устройствах благодаря простоте конструкции, технологичности и возможности работы от однофазного питания.

Промышленностью СССР изготавливались однофазные синхронные реактивно-гистерезисные двигатели серий ДСД и ДСДР. Для возможности осуществления реверса в двигателях серии ДСДР на полюсах статора вместо короткозамкнутых витков расположены четыре катушки, по две на каждом полюсе на обеих его половинах. Концы катушек выведены на клеммную колодку. Замыкая ту или иную пару катушек, осуществляется изменение направления вращения электродвигателя. Механическая мощность таких двигателей не превышает 14 мкВт [2].

    Библиографический список

  • А.И.Вольдек, В.В.Попов. Электрические машины. Машины переменного тока. Учебник для вузов.-СПб.: Питер, 2008.

  • М.М.Кацман. Электрические машины автоматических устройств: Учеб. пособие для электротехнических специальностей техникумов.- М.: ФОРУМ, ИНФРА-М, 2002.

Синхронный гистерезисный двигатель | Общие сведения об электрических машинах

Страница 25 из 25

В специализированных электроприводах малой мощности и системах автоматического управления широкое применение получили синхронные гистерезисные двигатели, вращающий момент которых возникает вследствие явления гистерезиса при перемагничивании материала ротора. По сравнению с синхронными реактивными микродвигателями они имеют меньшие габариты, меньшие потери и более высокий коэффициент мощности. Их изготовляют как в трехфазном, так и в однофазном исполнениях.

По конструкции статор аналогичен статору асинхронной машины с равномерно распределенной трехфазной или двухфазной обмоткой. Во втором случае в одну из обмоток (вспомогательную) включен конденсатор; электрическая схема аналогична изображенной на рисунке 363. Ротор гистерезисного двигателя выполняют из магнитотвердой стали с широкой петлей гистерезиса, например викаллоя. Обычные стали магнитомягкие, применяемые в электрических машинах, имеют узкую петлю, при которой гистерезисный момент не может быть сколько-нибудь значительным. Для уменьшения расхода магнитотвердого материала (обычно дорогостоящего) ротор делают сборным, из магнитотвердого материала выполняют лишь наружное кольцо, шихтованное или массивное (реже).

Рис. 364. Тихоходный редукторный двигатель.

Гистерезисный момент

Явление образования гистерезисного момента, может быть пояснено следующим образом. Предположим, что в магнитном двухполюсном поле находится ротор из магнитотвердого материала, причем элементарные магнитики, из которых можно представить ротор, ориентированы вдоль вектора этого поля (рис. 365, а). Силы взаимодействия F между элементарными магнитиками, например 1—2, и полем статора Фс направлены вдоль вектора поля, то есть действуют только радиальные силы, не создающие вращающего момента. Полюса статора и ротора совпадают.

Свойства гистерезисных двигателей

Преимущество гистерезисного двигателя по сравнению с другими синхронными двигателями заключается в его полисинхронизме — способности одного и того же ротора работать при различной (практически любой) полюсности вращающегося магнитного поля. Это позволяет создавать многоскоростные синхронные гистерезисные двигатели с несколькими обмотками на статоре на различные числа полюсов или с одной, переключаемой на разные числа полюсов.

Гистерезисные синхронные двигатели имеют большие начальный пусковой момент и момент входа в синхронизм, сравнительно высокий к. п. д. при работе в синхронном режиме — до 60%, они бесшумны в работе, просты, надежны.
К недостаткам синхронных гистерезисных двигателей следует отнести сравнительно низкий коэффициент мощности и склонность к качаниям, которые сильнее проявляются у гистерезисных двигателей с шихтованным ротором. Беличья клетка, помещенная на роторе, увеличивает начальный пусковой момент и способствует уменьшению качаний, но одновременно при этом снижается максимальный синхронизирующий момент.

Области применения коллекторных машин постоянного тока

В электрификации сельского хозяйства машины постоянного тока применения не находят. Но их используют как генераторы в качестве возбудителей синхронных машин, в зарядных агрегатах, сварочных установках, на автомобилях и как двигатели в качестве стартерных (на автомобилях, тракторах, комбайнах) и тяговых (на электрокарах).

В народном хозяйстве машины постоянного тока находят широкое применение в регулируемом электроприводе. Генераторы постоянного тока применяются для питания таких двигателей, а также для зарядки аккумуляторов, в установках проводной и радиосвязи, электролиза, в авто- и авиатранспорте. Двигатели, кроме того, применяются в крановых, подъемных установках и в качестве тяговых.

Лекция 2: Штейнмец и гистерезисный двигатель

В поисках скрытых способностей и новых возможностей двигателей

Технический консультант Nidec
Такаши Кэндзё

В последнее время было разработано несколько удивительных двигателей. Каждая была восхитительна по-своему.
Один из них, гистерезисный мотор, очень удобно применялся в магнитофонах.

Нет никаких сомнений в том, что магнитофоны были важными устройствами с точки зрения записи, хранения и считывания данных с магнитного носителя (длинная магнитная лента). Для аналоговых сигналов важно, чтобы магнитная лента подавалась с постоянной скоростью. Гистерезисный двигатель сделал это возможным благодаря очень простой конструкции.

Гистерезисный двигатель представляет собой двигатель переменного тока с вращающимся магнитным полем, как упоминалось в предыдущей статье. Он вращается с постоянной скоростью, связанной с частотой источника питания переменного тока. Мы называем такой двигатель синхронным двигателем.

Рис. 1. Как двигатель использовался в высококачественных магнитофонах в 1960-х годах

Для запуска среднего или большого ортодоксального синхронного двигателя из состояния покоя требуется отдельный пусковой компонент, чего не требуется гистерезисному двигателю. Простое приложение переменного тока к обмотке приводит к тому, что двигатель плавно запускается и разгоняется, а также начинает работать с синхронной скоростью.

Этот удивительный механизм создан с использованием кольцеобразного магнитного материала, показанного на фотографии рис.  4 в предыдущей статье. Характеристики материала позволяют двигателю плавно запускаться и ускоряться до тех пор, пока он не достигнет синхронной скорости, при которой двигатель работает с постоянной скоростью независимо от изменения нагрузки. Это одна из особенностей гистерезисных двигателей.

На рис. 1 показано, как гистерезисный двигатель использовался в высококачественных магнитофонах в 1960-х годах. Используемый в Японии двухполюсный намоточный механизм вращался примерно 50 или 60 раз в секунду. То есть 50 ротаций в Канто, Тохоку и Хоккайдо и 60 в районах к западу от реки Фудзи в префектуре Сидзуока.
Поскольку эта скорость слишком высока, были изготовлены двигатели с четырехполюсным механизмом, которые вращаются 25 или 30 раз в секунду. Также широко используется восьмиполюсный намоточный механизм, который вращается 12,5 или 15 раз в секунду.

Кто открыл принцип работы гистерезисного двигателя?

Кто открыл принцип работы этого двигателя? Я согласен с мнением, что одним из первооткрывателей был Штейнмец.

Как я описал в текущей исторической колонке, Штейнмец бежал в Швейцарию от режима Бисмарка в Германии. Освоив необходимые предметы в ETH (Федеральный институт науки и технологий, Цюрих), он отправился в Америку в поисках убежища, и вскоре его талант расцвел. Основываясь на теории гистерезисных потерь, возникающих в трансформаторе при передаче энергии, я думаю, что он обнаружил, что магнитный гистерезис не только вызывает потери мощности, но и создает крутящий момент при воздействии на двигатель переменного тока.

Рис. 2 Использование магнитных характеристик материала несущего винта другим способом в соответствии с заявкой

. Магнитный гистерезис можно определить как временные отношения характеристик B-H, которые рисуют петлю, показанную на рис. 2(b). Как показано на рис. 2 (а), магнитомягкая сталь, характеристики B-H которой изменяются на кривой или линейной кривой, проходящей через исходную точку, называется магнитомягким материалом.
Как показано на рис. 2 (b), магнитный материал, текущее состояние B-H которого изменяется в зависимости от прошлого состояния, называется магнитотвердым материалом. Постоянный магнит изготовлен из магнитотвердого материала.

Здесь важно помнить, что именно Джеймс Юинг (1855-1935) придумал слово «гистерезис» после открытия явления гистерезиса в 1881 году во время пребывания в Японии. Его открытие оказало сильное влияние на британские исследования в области магнетизма. В Кембриджском университете исследователи посвятили себя продвижению электромагнитных теорий ферромагнитных веществ. Ливенс был одним из тех, кто принимал участие в этом исследовании.

В одной из своих работ, написанной в 1918 году, «Теория электричества»[1], он раскрыл формулу электромагнетизма, которая легла в основу гистерезисного двигателя, наряду с резким добавлением теоретического выражения для электростатического двигателя. Он описал эти формулы, используя выражение для векторного анализа, которому, как мне кажется, не хватает объяснения.
Я думаю, что первый гистерезисный двигатель был изготовлен в Америке через 10 или более лет после смерти Штейнмеца (1923).

В 1937 году Б. Р. Тир представил в Йельский университет свою диссертацию, в которой он разработал теорию крутящего момента, применив принцип виртуального смещения к электродинамике. Подробно описал данные о производстве.

К вашему сведению, за семь лет до того, как г-н Сигэнобу Нагамори основал компанию Nidec (1966 г.), он начал изучать проекты двигателя для оборудования обработки информации в TEAC. Затем он удивил меня, показав копию диссертации Тира, которую он получил.
Я не знаю, как он его получил; быть может, у него был дар притягивать к себе нужные вещи!
В 1940 году Тир представил статью о крутящем моменте, создаваемом гистерезисным двигателем, основанную на отдельной теоретической разработке, в журнал тогдашнего AIEE (Американский институт инженеров-электриков, ныне IEEE)[2].

Пионеры японских магнитофонов, которые узнали о гистерезисном двигателе только после войны

Давайте посмотрим на достижения физики в мире за пределами Америки, где производились гистерезисные двигатели.

В Европе большое развитие получила квантовая механика. Гейзенберг и Дирак вызвали большое волнение среди молодых физиков в Японии, когда они посетили Японию в 1929 году.
В 1935 году Хидэки Юкава, в то время сотрудник Осакского университета, представил теорию, защищающую существование мезона. Его теория стала предметом обсуждения многих специалистов, и он был приглашен на Сольвеевскую конференцию по физике, а затем посетил Бельгию в 1939 г.
Однако конференция была отменена из-за вторжения Гитлера в Польшу. Для получения более подробной информации о событиях за это время см. ссылку [3].

Когда в мире физики открылась дверь в теорию элементарных частиц, в Америке был построен важный двигатель для оборудования обработки информации, о котором не знал ни один японский инженер. Это весьма примечательно.

По сравнению с продвинутым уровнем физики в Японии 1930-х годов, который уже опережал другие страны, похоже, что исследователи пренебрегли теоретическими исследованиями прикладных магнитных технологий, хотя и пригласили мастера в этой области из Великобритании. .
И только когда магнитофоны американского производства были завезены в Японию после окончания Второй мировой войны в 1945, что японские инженеры впервые узнали о гистерезисном двигателе.

Поскольку в Японии был запатентован метод смещения переменного тока, применимый к магнитной записи, исследователи полагали, что они смогут создать мощный инженерный потенциал, объединив запатентованную технологию с гистерезисным двигателем при условии, что они смогут изготовить его самостоятельно. Для этого им было важно попытаться разработать полосу магнитной стали для ротора.

Когда Хидэки Юкава был удостоен Нобелевской премии в 1949, все японцы были взволнованы; однако японские исследователи на тот момент не смогли разработать гистерезисный двигатель для практического применения. В 1960-х г-н Таку Ядзаки из компании Tohoku Kinzoku разработал недорогую полосу из магнитной стали, демонстрирующую отличные характеристики без дисперсии.

Сам автор получил ценную помощь от г-на Ядзаки. Г-н Ядзаки — очень талантливый человек, который сейчас очень активно работает в области композиции «хайку».

Завершение и предел технологии и дебют бесколлекторных двигателей

Если бы мне разрешили упомянуть один небольшой вклад, который я внес в область гистерезисных двигателей, это был бы практический метод, а не теория проектирования обмоток.

В Японии передача электроэнергии переменного тока различается по частоте в двух разных областях страны; одна область использует 50 Гц, а другая область использует 60 Гц. Следовательно, скорость вращения двигателя зависит от частоты. Соответственно, я настроил механический способ, чтобы обеспечить ленте разную окружную скорость, например, 90,5 см/сек для четырехполюсной обмотки или 4,75 см/сек для восьмиполюсной обмотки за счет изменения наружного диаметра ведущего вала.

Однако оптимальная емкость конденсаторов, необходимая для получения двухфазного переменного тока из однофазного, во многом зависит от частоты. область Гц.

В этих условиях моя цель состояла в том, чтобы определить характеристики двух наборов обмоток, чтобы четырехполюсная обмотка и восьмиполюсная обмотка могли быть размещены в заданном пространстве. Авторский метод заключался в том, чтобы сначала провести базовый замер, а затем по полученным данным построить график с помощью логарифмической линейки. В наши дни компьютер может выполнить такой простой рисунок в кратчайшие сроки, но в то время мой метод был весьма удобен.

Рис. 3 Ранние бесщеточные двигатели
В качестве ротора использовался магнит альнико. Для статора используется катушка с распределенной обмоткой, а для определения положения ротора используется элемент Холла. Четыре биполярных силовых транзистора использовались для получения двухфазного переменного тока из постоянного.
Конструкция двигателя была почти такой же, как у двигателя с гистерезисом.

Я думаю, что Nidec должен был использовать этот метод проектирования в период основания компании.
Эта теория была завершена в течение 1964 Олимпийских игр в Токио и представлен в 1968 году. Он был опубликован в Technische Zeitschrift Aufgabe, немецком научном журнале, посвященном этой области техники.

В те дни технологическую информацию в области компактных прецизионных двигателей часто узнавали из литературы, написанной на немецком языке, и в результате я почувствовал, что могу немного отплатить за полученную помощь своей презентацией. Оглядываясь назад, можно сказать, что это был способ добавить последний штрих к уже установленной технике.

Вскоре после того, как ряд японских производителей малых двигателей запустили производство двигателей с гистерезисом, их начали вытеснять бесколлекторные двигатели.

Если требовалось больше деталей, разрабатывались методы создания компактных и точных устройств контроля скорости. Новая технология помогла раз и навсегда решить сложную проблему разных частот (50 Гц и 60 Гц).

Развитие новых технологий часто сопровождается преемственностью, и это также верно в отношении перехода гистерезисных двигателей на бесщеточные. На фотографии Рис. 3 показаны бесщеточные двигатели, произведенные компанией Nidec в 1970-х годах.
Их конструкция почти такая же, как у гистерезисного двигателя. Они различаются только по следующим трем параметрам:

  1. 1) Материал: Кобальт добавляется в материал кольца ротора, чтобы преобразовать его в полноценный постоянный магнит за счет увеличения его коэрцитивной силы. Это позволило создать большую производительность для кольца ротора того же размера. В качестве альтернативы, его можно сделать более компактным при той же производительности.
  2. 2) Принятие инвертора: Инвертор вырабатывает переменный ток желаемой частоты и напряжения из постоянного тока, а биполярные транзисторы — это электронные устройства, которые выполняют такую ​​работу.
  3. 3) Применение датчика положения: управляющий сигнал от четырех транзисторов, используемых для инвертора, должен излучаться путем определения угла поворота ротора (положения). В примере на рис. 3 угол ротора можно определить с помощью четырех полюсов и трех единиц элемента Холла, разделив вращение на 12 частей.

От воспроизведения записанного голоса к воспроизведению изображений

Ограничения гистерезисных двигателей стали очевидны, когда аналоговая запись/воспроизведение данных с использованием магнитной ленты перешла от голоса к изображениям.
Магнитная запись была оцифрована, а носители превратились в жесткие диски. Жесткий диск теперь приводится в движение бесщеточными двигателями с мощными постоянными магнитами.

Связь между магнитным гистерезисом и современными технологиями

Я думаю, что Стейнмец выбрал в качестве объекта исследования влияние магнитного гистерезиса на трансформатор и большие генераторы. Это остается важной проблемой и сегодня.
Магнитный гистерезис генерирует тепло (то есть превращает генерируемую мощность в бесполезное тепло) и одновременно создает крутящий момент. В случае базовой модели двигателя с вращающимся магнитным полем взаимосвязь между потерями и крутящим моментом хорошо понятна. Однако, что касается двигателя SR (реактивного реактивного двигателя), отмеченного как энергосберегающий двигатель, теория, касающаяся этой взаимосвязи, еще не полностью установлена. Следовательно, коммерческое программное обеспечение для проектирования не способно правильно рассчитать потери и создание крутящего момента.

Для осуществления разработки и проектирования двигателей, демонстрирующих превосходную функциональность, крайне важно, чтобы исследователи обладали знаниями, полученными в результате фундаментальных углубленных исследований, накопленных данных о характеристиках материалов и фактических измерений. Это та область, где потенциальные проблемы, требующие углубленного изучения электромагнетизма, ждут своего решения.
В последней работе автора «SR Motor»[4] я отвел значительное количество страниц для обсуждения вопросов, связанных с изучением вышеупомянутого предмета исследования.

Чарльз П. Штайнмец (1865-1923)

Отец Штайнмеца был инженером-литографом на железной дороге в Бреслау на юге Германии. В 1883 году Штейнмец записал своего сына Карла (английское имя: Чарльз) в университет Бреслау, надеясь найти способ использовать его математический талант. В университете Карл занялся всесторонней учебой. Непосредственно перед выпуском в 1888 году его чуть не арестовали за написание статьи с критикой правительства во главе с Бисмарком, Железным канцлером. Зная о риске, он бежал в Швейцарию через Вену. Затем он поступил в ETH (ныне Федеральный институт науки и технологий) и получил квалификацию, изучая математику и машиностроение.

В 1889 году он иммигрировал в Америку с другом. Говорят, что ему потребовалось некоторое время, чтобы въехать в Америку, так как он был без гроша в кармане, не мог говорить по-английски и из-за его физических особенностей, связанных с наследственностью.
Он начал работать в Нью-Йорке чертежником, параллельно изучая магнитный гистерезис. Изучив английский, Стейнмец поступил в Американский институт инженеров-электриков (AIEE). Его математические способности, которые позволили ему проектировать неперегревающиеся двигатели на основе точных расчетов гистерезиса, стали известны среди сотрудников института (ему тогда было 27 лет).

В 1893 году, когда фабрика, на которой он работал, была присоединена к General Electric (GE), он работал под руководством Эдисона. Быстрое развитие технологии передачи переменного тока высокого напряжения в Америке связано с умственными способностями Стейнмеца. Из-за его выдающихся и точных вычислительных способностей руководители GE стали называть его «Верховным судом».

Рис. 4 Эйнштейн (слева), величайший физик-теоретик первой половины 20-го века, и Штейнмец (справа), величайший инженер-электрик второй половины 19-го векавек: оба родились в Германии, переехали в Швейцарию и учились в нынешнем Федеральном институте науки и технологий (бывший ETH) в Цюрихе.

Он представил свою теорию переменных цепей с использованием комплексных чисел в 1893 году, примерно в то же время, что и Артур Э. Кеннелли (1861-1939), который был лаборантом Эдисона.

Между прочим, эта теория является важным инструментом, используемым в электротехнике. Теория цепи переменного тока Штейнмеца также применялась к вышеупомянутому методу проектирования обмотки для двигателей с гистерезисом. Обратитесь к работе автора (Kenjo) [5] за описанием методов расчета с использованием комплексных чисел.

Автор однажды посетил ETH.
К моему удивлению, учебная площадка, используемая для измерения двигателей, была красиво оформлена на обширной территории помещения.

Для производителей двигателей важно создавать мастерские, где можно эффективно проводить практическое обучение инженеров на рабочем месте, а технические специалисты могут нести ответственность за техническое обслуживание и контроль двигателей.

Поскольку ETH предоставляла бизнес-образование (профессиональную подготовку), удивительно, как она смогла помочь Стейнмецу и Эйнштейну развивать свои инновационные способности.

  1. [1] Г. Х. Ливенс: Теория электричества, Cambridge University Press, 1918
  2. [2] Б. Р. Тир, младший: Теория гистерезисного крутящего момента двигателя, Пер. AIEE 59, стр. 907 (1940)
  3. [3] http://gihyo.jp/science/serial/01/pythagoras/0014
    Дополнительные занятия для более углубленного чтения «Понимание теории относительности с пифагорейским утверждением» (опубликовано Gijutsu-Hyohron) под авторством Кенджо и Сано; 14-я лекция: Эволюция от теории относительности к квантовой механике и японской эпохе.
  4. [4] Такаши Кэндзё: SR Motor, (Никкан Когё Симбун)
  5. [5] Такаши Кэндзё: Введение в электротехнику (Дэмпа Симбунша)

Что такое гистерезисный двигатель? — Строительство и эксплуатация

A Гистерезисный двигатель представляет собой синхронный двигатель с равномерным воздушным зазором и без возбуждения постоянным током. Работает как в однофазном, так и в трехфазном питании. Крутящий момент в гистерезисном двигателе создается за счет гистерезиса и вихревых токов, индуцированных в роторе действием вращающегося потока обмоток статора.

Содержимое:

  • Конструкция статора гистерезисного двигателя
  • Конструкция ротора гистерезисного двигателя
  • Работа гистерезисного двигателя
  • Характеристика скорости вращения гистерезисного двигателя

Работа двигателя зависит от работы постоянно вращающегося магнитного потока. Для работы с расщепленной фазой обмотка статора двигателя имеет два однофазных источника питания. Эта обмотка статора постоянно подключена к однофазной сети как при пуске, так и во время работы двигателя.

Ротор двигателя состоит из гладкого цилиндра из хромированной стали и не имеет обмотки. Он имеет высокую сохраняемость, и из-за этого очень трудно изменить магнитные полярности, если они вызваны вращающимся потоком ротора. Ротор гистерезисного двигателя движется синхронно, потому что полюс двигателя магнитно блокируется со статором, который имеет противоположную полярность.

Конструкция статора гистерезисного двигателя

Статор гистерезисного двигателя создает вращающееся магнитное поле и почти аналогичен статору асинхронного двигателя. Таким образом, статор двигателя подключается либо к однофазному, либо к трехфазному питанию. Трехфазный двигатель создает более однородное вращающееся поле по сравнению с однофазным питанием.
Обмотка статора однофазного двигателя с гистерезисом выполнена из постоянного конденсатора с расщепленным конденсатором или типа с экранированными полюсами. Конденсатор используется со вспомогательной обмоткой для создания однородного поля.

Конструкция ротора гистерезисного двигателя

Ротор гистерезисного двигателя состоит из сердечника из алюминия или другого немагнитного материала, на который нанесен слой специального магнитного материала. На рисунке ниже показан ротор гистерезисного двигателя:

Внешний слой имеет несколько тонких колец, образующих многослойный ротор. Ротор двигателя представляет собой гладкий цилиндр, на нем нет обмоток. Кольцо изготовлено из твердой хромистой или кобальтовой стали с большой петлей гистерезиса, как показано на рисунке ниже:

Работа гистерезисного двигателя

На следующем рисунке показано основное функционирование гистерезисного двигателя:

При подаче питания на статор создается вращающееся магнитное поле. Это магнитное поле намагничивает кольцо ротора и индуцирует в нем полюс. Из-за гистерезисных потерь в роторе индуцированный поток ротора отстает от потока вращающегося статора. Угол δ между магнитным полем статора B S и магнитное поле ротора B R отвечает за создание крутящего момента. Угол δ зависит от формы петли гистерезиса, а не от частоты.

Таким образом, значение Коэрцитивной силы и остаточной магнитной индукции магнитного материала должно быть большим. Идеальный материал должен иметь прямоугольную петлю гистерезиса, как показано петлей 1 на рисунке петли гистерезиса. Магнитное поле статора создает вихревые токи в роторе. В результате они создают собственное магнитное поле.

Потери на вихревые токи определяются уравнением, показанным ниже:

Где

  • k e – константа,
  • f 2 – частота вихревых токов,
  • B – плотность потока,

Как известно,

Где s — скольжение, а f1 — частота статора.

Таким образом,

Крутящий момент определяется приведенным ниже уравнением: Теперь крутящий момент из-за потерь на гистерезис определяется приведенным ниже уравнением:

Крутящий момент из-за гистерезиса определяется как:

Из уравнения (1) видно, что крутящий момент пропорционален скольжению. Следовательно, по мере увеличения скорости ротора значение Ʈ e уменьшается. Когда скорость двигателя достигает синхронной скорости, скольжение становится равным нулю, и крутящий момент также становится равным нулю.

Поскольку крутящий момент электромагнита развивается двигателем из-за гистерезисных потерь, он остается постоянным на всех скоростях вращения ротора вплоть до момента пробоя. На синхронной скорости вихретоковый крутящий момент равен нулю, и присутствует только крутящий момент из-за гистерезисных потерь.

Крутящий момент Характеристика скорости гистерезисного двигателя

Кривая скорости и крутящего момента двигателя показана ниже:

Здесь кривая 1 — идеальная кривая, а кривая 2 — практическая кривая гистерезиса двигателя . Характеристика скорости вращения гистерезисного двигателя отличается от характеристики асинхронного двигателя. Так как при синхронной скорости момент, развиваемый асинхронным двигателем, становится равным нулю, тогда как у гистерезисного двигателя момент постоянен на всех скоростях, даже при синхронной скорости.

Posted inДвигатель