Cтраница 1
Синхронные гистерезисные двигатели ( СГД) имеют цилиндрический ротор, содержащий сплошной или шихтованный активный слой, выполненный из магнитотвердого материала. [2]
В синхронном гистерезисном двигателе основной рабочий поток Ф является суммой потоков: потока статора, создающегося намагничивающим током / д его обмотки, и потока ротора. Намагничивающий ток, таким образом, зависит от степени намагниченности ротора. [3]
В синхронном гистерезисном двигателе основной рабочий поток Ф является суммой потоков: потока статора, создающегося намаг НИЧйВЗЮЩИМ ТОКОМ / д его обмотки, и потока ротора. Намагничивающий ток, таким образом, зависит от степени намагниченности ротора. [4]
В синхронном гистерезисном двигателе вращающееся магнитное поле перемагничивает активную часть неподвижного ротора. Вследствие явления магнитного запаздывания ( гистерезиса) возникает электромагнитный ( вращающий) момент, который увлекает ротор в сторону вращения поля. [5]
Существенным недостатком синхронных гистерезисных двигателей является то, что их роторы при резких изменениях нагрузки способны длительное время качаться ( колебаться), нарушая равномерность хода. Это особенно сильно ощущается у двигателей, имеющих шихтованный ротор. [7]
Сердечники ротора синхронных гистерезисных двигателей выполняются в трех вариантах. Во всех вариантах активный слой может быть выполнен сплошным или шихтованным. В качестве магнитотвердого материала активного слоя часто применяется викаллой. [9]
Наряду с гироскопическими асинхронными двигателями в этих системах встречаются также и синхронные гистерезисные двигатели. [10]
При мощностях синхронных электродвигателей порядка от долей и до нескольких ватт наиболее удобной конструкцией является конструкция однофазного синхронного гистерезисного двигателя с явнополюсным статором и дисковым ротором Хрис. [12]
В таблице приведены данные испытаний ряда макетных образцов синхронных двигателей с постоянными магнитами ( СДПМ) и синхронных гистерезисных двигателей ( СГД), имеющих приблизительно одинаковые габаритные размеры. [14]
Синхронные гистерезисные двигатели с цилиндрическим ротором могут быть как трех -, так и однофазными. Статор этого типа гистерезисного двигателя неявнополюсный с пазами и распределенными в них трехфазной или двумя отдельными однофазными обмотками. Большей частью эти двигатели питаются от однофазной сети переменного тока, поэтому на статоре их помещаются две однофазные обмотки с разным числом витков. Эти обмотки взаимно сдвинуты по окружности статора на половину полюсного шага. Образование в этом двигателе вращающегося магнитного поля обеспечивается созданием фазного сдвига между токами этих обмоток с помощью конденсатора в цепи вспомогательной обмотки. [15]
Страницы: 1
www.ngpedia.ru
Так как материал ротора обладает значительным гистерезисом, то при повороте МДС статора на некоторый малый угол домены ротора сохраняют своё первоначальное положение, поэтому происходит пространственный сдвиг полей статора и ротора на определённый угол. Именно из-за появления этого рассогласования возникает тангенциальная сила, которая вызывает вращающий момент двигателя. При дальнейшем смещении поля статора (внешнего), ротор приходит в движение и его поле синхронно вращается с полем статора, отставая от него на определённый угол, зависящий только от магнитного материала самого ротора и уровня внешнего поля.
СГД может работать в нескольких режимах. Когда момент нагрузки двигателя больше его собственного гистерезисного момента при данном угле рассогласования этот угол, а, следовательно, и момент двигателя начинают пропорционально возрастать пока, не достигнут своих максимальных значений. Значение момента не зависит от скорости перемещения поля относительно ротора. Так как ротор СГД обладает некоторой инерцией, то он не может сразу достигнуть синхронной скорости вращения – имеет место асинхронный режим работы. В асинхронном режиме каждая точка материала ротора перемагничивается с частотой скольжения и в роторе выделяются потери на гистерезис.
Если момент нагрузки меньше собственного гистерезисного момента двигателя, то двигатель достигает синхронной скорости вращения – синхронный режим работы. В данном режиме перемагничивание прекращается и немного снижается развиваемый момент, вслед за которым уменьшается угол рассогласования.
Если в этом режиме сменить направление момента на валу, то двигатель перейдёт в режим синхронного генератора.
При дальнейшем увеличении скорости вращения (больше синхронной) двигатель переходит в асинхронный генераторный режим (скольжение меньше 0).
Если момент нагрузки превышает собственный максимальный момент двигателя, то он переходит в режим тормоза.
4. Достоинства и недостатки СГД
§ Достоинства:
· Простота и надёжность конструкции: нет вращающихся обмоток и полюсов на роторе; материал ротора обладает высокой прочностью, что позволяет достигать больших частот вращения; материал ротора имеет малый коэффициент температурного расширения – прочность конструкции в больших пределах температур; облегчённая балансировка ротора в силу его симметрии; долговечность.
· Наличие большого пускового момента, автоматический, плавный вход в синхронизм; малая кратность пускового тока (20-30)%; достаточно высокий КПД (<60%).
· Явление полисинхронизма – возможности ротора работать в полях различной полюсности;
· Малый уровень шума.
§ Недостатки:
· Низкие энергетические показатели, особенно в режимах пуска;
· Качания ротора;
· Большой технологический разброс;
· Нестабильность характеристик, обусловленная нестабилизированным состоянием ротора;
· Высокая стоимость материалов ротора: кобальт, ванадий, никель и др..
5. Применение СГД
На сегодняшний день СГД нашли широкое применение, как в повседневной жизни, так и в специальных приборах вплоть до космической техники.
В быту СГД можно встретить в системах звукозаписи и воспроизведения, для вращения видеокассет и дисков, для перемещения лент в киноаппаратах и различных бытовых приборах.
В области гироскопических систем благодаря своим качествам они практически не имеют конкурентов. К настоящему времени ГД нашли широкое применение в маломощных управляемых приводах и системах автоматического управления. Их используют в авиации и в объектах навигации.
СГД применяются и в некоторых промышленных технологических процессах, как привода центрифуг, распылителей, вентиляторов, мешалок. Также получено широкое распространение в медицинской технике.
Однако ГД малопригоден там, где требуется высокая точность поддержания углового положения ротора относительно вращающейся синхронной системы координат при отсутствии информации об этом положении и высокая степень линейности характеристик управления.
vunivere.ru
Количество просмотров публикации Синхронные гистерезисные двигатели - 236
Сегодня в схемах автоматики получили весьма широкое распространение синхронные гистерезисные микродвигатели. Статор обычного гистерезисного двигателя ничем не отличается от статоров синхронных и асинхронных машин. Пакет статора набирается из изолированных листов электротехнической стали. В полузакрытых (с неширокой прорезью) пазах располагается обычная трехфазная или двухфазная (в конденсаторных двигателях) обмотка, которая при подключении к сети переменного тока создает вращающееся магнитное поле. Ротор большинства гистерезисных двигателей представляет собой сплошной или шихтованный полый цилиндр из магнитотвердого материала, имеющего широкую петлю гистерезиса (обладающего большой остаточной намагниченностью), и располагается на магнитной или немагнитной втулке. Магнитные схемы гистерезисных двигателей с различными роторами представлены на рис. 18.18.
Принцип действия гистерезисного двигателя рассмотрим на примере двигателя со сплошным массивным ротором (рис. 18.19). Вращающий момент такого двигателя можно представить как сумму двух моментов: основного гистерезисного МГ, обусловленного наличием большой остаточной намагниченности, и момента от вихревых токов Мв: М= МГ + Мв.
Момент от вихревых токов возникает в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля двигателя с вихревыми токами ротора. По своей природе это асинхронный момент. Он равен нулю при синхронизме и вследствие большого активного сопротивления массивного ротора максимален при пуске (n = 0). В случае если бы двигатель обладал только моментом от вихревых токов, то его механическая характеристика не отличалась бы ничем от механической характеристики обычного асинхронного двигателя с повышенным активным сопротивлением ротора, имеющего sK> 1.
Возникновение гистерезисного момента объясняется наличием у материала ротора широкой петли гистерезиса. При асинхронной скорости вращения ротор, находясь в магнитном поле, все время перемагничивается. При этом ось поля ротора, изготовленного из магнитотвердого материала, при наличии момента сопротивления на валу отстает от оси вращающегося магнитного поля на некоторый угол θ. В результате взаимодействия поля ротора с опережающим его вращающимся магнитным полем статора возникает вращающий гистерезисный момент МГ.
В случае если ротор гистерезисного двигателя поместить в магнитное поле, то он намагнитится, его области спонтанной намагниченности — элементарные магнитики будут ориентированы по силовым линиям магнитного поля. На рис. 18.19 схематично показаны два элементарных магнитика. В результате взаимодействия внешнего поля, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ для наглядности представлено в виде двух полюсов магнита͵ с элементарными магнитиками ротора возникнут силы F = Fnкоторые в положении ротора, соответствующем, показанному на рис. 18.18, а, будут направлены радиально. Момент, действующий на ротор в данном случае, будет равен нулю.
В случае если полюсы магнита͵ а следовательно, внешнее магнитное поле вращать относительно ротора, то элементарные магнитики будут поворачиваться вслед за полем полюсов, однако вследствие молекулярного трения, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ у магнитотвердых материалов весьма значительно, они будут отставать от поля полюсов на некоторый угол θ. Силы взаимодействия F между элементарными магнитиками и полем полюсов магнита в данном случае (см. рис. 18.19, б) кроме радиальных составляющих Fnбудут иметь еще тангенциальные составляющие Ft, которые и создадут вращающий гистерезисный момент.
На рис. 18.20 представлены механические характеристики гистерезисного двигателя — зависимости гистерезисного момента МГ, момента от вихревых токов Мви суммарного момента М = MГ + Мвот частоты вращения n при круговом поле, синусоидально распределенном в пространстве. У гистерезисных двигателей с шихтованным ротором вихревые токи практически отсутствуют, в связи с этим Мв = 0 и механическая характеристика М= МГ= f(n) имеет вид прямой линии.
Роторы гистерезисных двигателей по конструктивному исполнению можно разделить на три группы.
1. Роторы (сплошные или шихтованные), целиком изготовленные из магнитотвердого материала (см. рис. 18.18, а).
2. Сборные роторы, состоящие из полого цилиндра (сплошного или шихтованного), изготовленного из магнитотвердого материала и ферромагнитной втулки (см. рис. 18.18, б). Такие роторы обычно применяются в случае, в случае если магнитотвердый материал имеет малую магнитную проницаемость μ (сравнительно небольшую индукцию насыщения Вmпри большой коэрцитивной силе Нс).
3. Сборные роторы, состоящие из активной части — полого (сплошного или шихтованного) цилиндра из магнитотвердого материала — и немагнитной (μ = 1) втулки из алюминия или пластмассы (см. рис. 18.18, в). Такие роторы применяются в том случае, когда магнитотвердый материал имеет сравнительно большую магнитную проницаемость μ (большую Втпри сравнительно небольшой Нс).
Наибольшее распространение в настоящее время получили роторы второй и третьей групп. В некоторых двигателях активная часть ротора изготовляется не из листов, а из проволоки, полос или пресс-порошка.
Положительные качества синхронных гистерезисных двигателей следующие:
большие пусковой момент и момент входа в синхронизм;
независимость момента входа в синхронизм от момента инерции;
плавность входа в синхронизм — отсутствие рывка;
незначительное изменение тока — на 20... 30 % от пуска (n = 0) до холостого хода (n = nс) и на 1... 3 % от холостого хода до номинальной нагрузки;
сравнительно высокий КПД, достигающий в некоторых двигателях 60%;
малое время разгона;
большая механическая прочность и симметрия ротора, что позволяет создавать высокоскоростные двигатели, в т.ч. гидродвигатели;
способность одного и того же ротора работать в магнитных полях различной полюсности — полисинхронизм ротора, позволяющий создавать многоскоростные синхронные двигатели, хотя и неравноценные по качеству на различных скоростях из-за различного намагничивания активного материала ротора;
высокая температурная стабильность пусковых и рабочих характеристик, обусловленная тем, что изменение температуры влияет лишь на значение активного сопротивления обмотки статора;
высокая надежность, малый уровень шума и сравнительно небольшие габариты и масса.
Недостатки синхронных гистерезисных двигателей, ограничивающие области их применения, сводятся к следующим:
низкий коэффициент мощности (cosφ), не превосходящий 0,3...0,45;
малая стабильность мгновенной скорости вращения — качание ротора при резко изменяющихся нагрузках;
большой технологический разброс характеристик двигателя, объясняющийся тем, что даже незначительные отклонения от установленного режима термической обработки ведут к значительным изменениям свойств магнитотвердых материалов;
высокая стоимость магнитотвердых материалов и сложность их механической обработки.
referatwork.ru
В настоящее время в схемах автоматики получили весьма широкое распространение синхронные гистерезисные микродвигатели. Статор обычного гистерезисного двигателя ничем не отличается от статоров синхронных и асинхронных машин. Пакет статора набирается из изолированных листов электротехнической стали. В полузакрытых (с неширокой прорезью) пазах располагается обычная трехфазная или двухфазная (в конденсаторных двигателях) обмотка, которая при подключении к сети переменного тока создает вращающееся магнитное поле. Ротор большинства гистерезисных двигателей представляет собой сплошной или шихтованный полый цилиндр из магнитотвердого материала, имеющего широкую петлю гистерезиса (обладающего большой остаточной намагниченностью), и располагается на магнитной или немагнитной втулке. Магнитные схемы гистерезисных двигателей с различными роторами представлены на рис.38.
Принцип действия гистерезисного двигателя рассмотрим на примере двигателя со сплошным массивным ротором (рис.39). Вращающий момент такого двигателя можно представить как сумму двух моментов: основного гистерезисного Мг, обусловленного наличием большой остаточной намагниченности, и момента от вихревых токов Мв:
М= Мг + Мв.
Рис.38. Магнитные схемы гистерезисных двигателей с различными роторами:
а — с ротором из магнитотвердого материала; б — с составным ротором с ферромагнитной втулкой; в — с составным ротором с немагнитной втулкой; г — двигателя с ферромагнитной втулкой; 1 — ротор; 2 — статор; 3 — магнитотвердый материал; 4 — втулка; 5 — запорное кольцо
Момент от вихревых токов возникает в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля двигателя с вихревыми токами ротора. По своей природе это асинхронный момент. Он равен нулю при синхронизме и вследствие большого активного сопротивления массивного ротора максимален при пуске
(n = 0). Если бы двигатель обладал только моментом от вихревых токов, то его механическая характеристика не отличалась бы ничем от механической характеристики обычного асинхронного двигателя с повышенным активным сопротивлением ротора, имеющего sк > 1.
Рис.39. Принцип действия гистерезисного двигателя:
а — схема сил при невращающемся магнитном поле; б — схема сил при вращающемся магнитном поле
Возникновение гистерезисного момента объясняется наличием у материала ротора широкой петли гистерезиса. При асинхронной скорости вращения ротор, находясь в магнитном поле, все время перемагничивается. При этом ось поля ротора, изготовленного из магнитотвердого материала, при наличии момента сопротивления на валу отстает от оси вращающегося магнитного поля на некоторый угол 9. В результате взаимодействия поля ротора с опережающим его вращающимся магнитным полем статора возникает вращающий гистерезисный момент Мг.
Если ротор гистерезисного двигателя поместить в магнитное поле, то он намагнитится, его области спонтанной намагниченности — элементарные магнитики будут ориентированы по силовым линиям магнитного поля. На рис.39 схематично показаны два элементарных магнитика. В результате взаимодействия внешнего поля, которое для наглядности представлено в виде двух полюсов магнита, с элементарными магнитиками ротора возникнут силы F = Fn, которые в положении ротора, соответствующем, показанному на рис.38, а, будут направлены радиально. Момент, действующий на ротор в этом случае, будет равен нулю.
Если полюсы магнита, а следовательно, внешнее магнитное поле вращать относительно ротора, то элементарные магнитики будут поворачиваться вслед за полем полюсов, однако вследствие молекулярного трения, которое у магнитотвердых материалов весьма значительно, они будут отставать от поля полюсов на некоторый угол 6. Силы взаимодействия F между элементарными магнитиками и полем полюсов магнита в этом случае (см.39, б) кроме радиальных составляющих Fn будут иметь еще тангенциальные составляющие Ft которые и создадут вращающий гистерезисный момент.
Рис.40. Механические характеристики гистерезисного двигателя
На рис.40 представлены механические характеристики гистерезисного двигателя — зависимости гистерезисного момента Mг, момента от вихревых токов Мв и суммарного момента М= Мг + Мв от частоты вращения n при круговом поле, синусоидально распределенном в пространстве. У гистерезисных двигателей с шихтованным ротором вихревые токи практически отсутствуют, поэтому Мв = 0 и механическая характеристика М = Mг = f(n) имеет вид прямой линии.
Роторы гистерезисных двигателей по конструктивному исполнению можно разделить на три группы.
1. Роторы (сплошные или шихтованные), целиком изготовленные из магнитотвердого материала (см. рис.38, а).
2. Сборные роторы, состоящие из полого цилиндра (сплошного или шихтованного), изготовленного из магнитотвердого материала и ферромагнитной втулки (см. рис.38, б). Такие роторы обычно применяются в случае, если магнитотвердый материал имеет малую магнитную проницаемость μ (сравнительно небольшую индукцию насыщения Вm при большой коэрцитивной силе Нс).
3. Сборные роторы, состоящие из активной части — полого (сплошного или шихтованного) цилиндра из магнитотвердого материала — и немагнитной (μ = 1) втулки из алюминия или пластмассы (см. рис.38, в). Такие роторы применяются в том случае, когда магнитотвердый материал имеет сравнительно большую магнитную проницаемость μ (большую Вm при сравнительно небольшой Нс).
Наибольшее распространение в настоящее время получили роторы второй и третьей групп. В некоторых двигателях активная часть ротора изготовляется не из листов, а из проволоки, полос или пресс-порошка.
Положительные качества синхронных гистерезисных двигателей следующие:
большие пусковой момент и момент входа в синхронизм;
независимость момента входа в синхронизм от момента инерции;
плавность входа в синхронизм — отсутствие рывка;
незначительное изменение тока — на 20...30 % от пуска (n = 0) до холостого хода (n = nс) и на 1... 3 % от холостого хода до номинальной нагрузки;
сравнительно высокий КПД, достигающий в некоторых двигателях 60 %;
малое время разгона;
большая механическая прочность и симметрия ротора, что позволяет создавать высокоскоростные двигатели, в том числе гидродвигатели;
способность одного и того же ротора работать в магнитных полях различной полюсности — полисинхронизм ротора, позволяющий создавать многоскоростные синхронные двигатели, хотя и неравноценные по качеству на различных скоростях из-за различного намагничивания активного материала ротора;
высокая температурная стабильность пусковых и рабочих характеристик, обусловленная тем, что изменение температуры влияет лишь на значение активного сопротивления обмотки статора;
высокая надежность, малый уровень шума и сравнительно небольшие габариты и масса.
Недостатки синхронных гистерезисных двигателей, ограничивающие области их применения, сводятся к следующим:
низкий коэффициент мощности (cosφ), не превосходящий 0,3...0,45;
малая стабильность мгновенной скорости вращения — качание ротора при резко изменяющихся нагрузках;
большой технологический разброс характеристик двигателя, объясняющийся тем, что даже незначительные отклонения от установленного режима термической обработки ведут к значительным изменениям свойств магнитотвердых материалов;
высокая стоимость магнитотвердых материалов и сложность их механической обработки.
ww.cyberpedia.su
