Гистерезисные двигатели

Работа гистерезисного двигателя основана на действии г и с терезисного 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 Fм, направленные радиально к его поверхности. Если полюсы постоянного магнита вращатьвокруг ротора, то вследствие явления магнитного запаздывание (гистерезиса) активная часть ротора не будет перемагничивать- ся одновременно с изменением направления вращающегося маг­нитного поля и между осью поля ротора и осью внешнего поля появится угол γ. Силы Fм, действующие на ротор, также изменят свое направление на угол у, а тангенциальные составляющий этих сил Ft создадут гистерезисный момент МГ (рис. 23.6, б).

Рис. 23.6. К понятию о гистерезисном моменте

Явление магнитного запаздывания заключается в том, что частицы ферромагнитного материала (помещенного во внешнее магнитное поле), представляющие собой элементарные магниты, стремятся ориентироваться в соответствии с направлением внешнего поля. Если внешнее поле изменит свое направление, то элементарные частицы меняют свою ориентацию. Однако по­вороту элементарных частиц препятствуют в магнитно-твердых материалах внутренние силы молекулярного трения. Для измене­ния направления этих частиц необходима определенная МДС, вследствие чего перемагничивание ротора несколько отстает от изменения направления внешнего поля. Это отставание (магнит­ное запаздывание) характеризуется углом гистерезисного сдви­га у между вектором магнитного потока ротора Ф2 и вектором магнитного потока обмотки статора Ф1 (рис. 23.6, в). Этот угол зависит исключительно от магнитных свойств материала ротора.

Рг = sPг.к. (23.2)

где Ргк — потери на гистерезис при неподвижном роторе (при s = 1), т. е. в режиме к. з.

На преодоление сил молекулярного трения расходуется часть подводимой мощности, которая составляет потери на гистерезис. Величина этих потерь зависит от частоты перемагничивания ро­тора f2 = f1s, а следовательно, от скольжения:Так как электромагнитная мощность, передаваемая ротору, равна потерям в роторе, деленным на скольжение [см. (13.5)]:

Рэм = Pг/s = Рг.к, (23.3)

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

Мг = Рэм/ω1 = Рг.к/ ω1 (23.4)

то, очевидно, величина гистерезисного момента не зависит от частоты вращения ротора (скольжения). График Мг — f(s) 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 ви- каллой (кривая 1).

Применение обычной стали для изготовления ротора не обес­печивает гистерезисного момента достаточной величины. Только магнитно-твердые материалы, например такие, как викаллой, дают возможность получить большой гистерезисный момент. Ро­торы гистерезисных двигателей обычно делают сборными. Магнитно-твердая часть выполняется в виде шихтованного или мас­сивного кольца 1, размещенного на втулке 2 (рис. 23.8,6). Последняя жестко посажена на вал 3.

Рис. 23.7. Механические характеристики гистерезисного дви­гателя

Рис. 23.8. Петли гистерезиса обычной электротехнической стали и сплава викаллой (а) устройство сборного ротора гистерезисного двигателя

(б) •

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

Мв.т = sPв.т.к/ω1 (23.5)

где Рв.т.к — потери на вихревые токи в роторе при s = 1, т. е. в режиме к. з., Вт; ω1 — угловая синхронная скорость, рад/с.

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

Таким образом, электромагнитный вращающий момент гисте­резисного двигателя создается совместным действием моментов от вихревых токов Мвт и гистерезисного Мг:

М = Мв.т + Мт = sPв.т.к/ ω1+ Рг.к/ ω1. (23.6)

На рис. 23.7 представлена зависимость результирующего мо­мента гистерезисного двигателя от скольжения: М = f(s): Харак­тер этой кривой зависит от соотношения моментов Мв т и Мг.

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

Достоинства гистерезисных двигателей — 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 (Iп/Iном = 1,3÷1,4).

Недостатки гистерезисных двигателей — низкий коэффициент мощности (cosφ1= 0,4÷ 0,5) и сравнительно высокая стоимость. Кроме того, при резких колебаниях нагрузки гистерезисные дви­гатели склонны к качаниям, что создает неравномерность хода (вращения). Объясняется это отсутствием у гистерезисных дви­гателей 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 двигателей.

Date: 2015-09-05; view: 1045; Нарушение авторских прав