3. Гистерезисные двигатели

Статор 1 гистерезисного двигателя имеет такую же кон­струкцию, как у синхронных и асинхронных машин. В его пазах размещается трехфазная или двухфазная обмотка 2, которая при включении в сеть создает вращающееся маг­нитное поле (рис. 4). Ротор двигателя состоит из двух частей: насаженной на вал 6 магнитной или немагнитной втулки 5 и располагаемого на ней сплошного или шихтован­ного стального цилиндра 3, выполненного из магнитно-твер­дого материала, имеющего широкую петлю гистерезиса (обычно из сплава викаллой).

Рис. 4. Гистерезисный двигатель: 1 — статор; 2 — обмотка статора; 3 — кольцо из магнитотвердого материала; 4 — запорное кольцо; 5 — втулка ротора; 6 — вал

Р ис. 5. Принцип образования гистерезисного момента

Для фиксации цилиндра 3 служит кольцо 4.

Гистерезисный двигатель может работать как в син­хронном, так и асинхронном режимах. В асинхронном ре­жиме вращающий момент образуется в результате перемагничивания ротора и состоит из двух составляющих: мо­мента от вихревых токов М_B и гистерезисного момента М_Г:

Первая составляющая момента возникает, когда ротор вращается со скольжением относительно поля и в нем ин­дуцируются вихревые токи. От взаимодействия этих токов с магнитным полем образуется момент. Вторая составляю­щая возникает вследствие перемагничивания гистерезисно­го слоя ротора во вращающемся поле статора. Вследствие магнитного (гистерезисного) запаздывания ось наведенных полюсов ротора будет отставать от оси полюсов статора на угол θ (рис. 5). В результате этого возникнет взаимо­действие между этими полями и появится тангенциальная сила F_t, создающая Гистерезисный момент М_Г.

Электромагнитный момент М в асинхронном режиме пропорционален потерям в роторе, поделенным на сколь­жение s. Потери от вихревых токов Р_B зависят от квадрата частоты перемагничивания ротора f₂. Учиты­вая, что f₂=f₁S, можно записать

где Р_В,НОМ — потери от вихревых токов при s=1.

Потери на гистерезис пропорциональны f₂, тогда

где Р_г,НОМ — потери на гистерезис при s=1, тогда

Как следует из (39.1), момент от вихревых токов про­порционален скольжению и при синхронной скорости (s=0) равен нулю. Момент от гистерезиса постоянен и от скольжения не зависит. Для увеличения момента материал для ротора желательно выбирать с повышенными потерями.

На рис. 6 показана механическая характеристика дви­гателя. Асинхронный режим в гистерезисных двигателях используется главным образом при пуске.

Рис. 6. Механическая характеристика гистере­зисного двигателя в асин­хронном режиме

В этом случае, как следует из рис. 6, получается большой пусковой мо­мент, что является главным преимуществом этого типа дви­гателей.

Нормальная работа в асинхронном режиме неэкономич­на из-за значительных потерь в роторе. После окончания асинхронного пуска ротор двигателя втягивается в синхро­низм и машина работает как синхронный двигатель. Вра­щающий момент в этом случае создается в результате взаи­модействия поля статора с намагниченным в процессе пуска ротором, как и в синхронном двигателе с возбуждением от постоянных магнитов. В этом режиме ротор двигателя не перемагничивается, гистерезисные потери в нем отсутст­вуют.

Чем шире петля гистерезиса материала, из которого из­готовлен ротор, тем; больше остаточная индукция и тем больший вращающий момент будет развивать двигатель.

Гистерезисные двигатели выпускаются на мощности от долей ватта до 1—2 кВт. Они надежны в эксплуатации, просты по конструкции, малошумны, имеют большой пус­ковой момент и малый пусковой ток. Их КПД доходит до 60 %. К недостаткам гистерезисных двигателей следует от­нести низкий cosφ, склонность к качаниям ротора при рез­ко изменяющихся нагрузках, высокую стоимость из-за не­обходимости применения для роторов дорогостоящих магнитотвердых материалов и сложность их механической обработки.

Низкий cosφ в синхронном режиме обусловлен слабой намагниченностью ротора вследствие сравнительно малой МДС статора. Поэтому для создания нужного потока дви­гатель потребляет из сети относительно большой реактив­ный намагничивающий ток. Склонность к качаниям проис­ходит из-за отсутствия демпферной обмотки и других демп­фирующих контуров на роторе.

Гистерезисные двигатели применяются в приводах с по­стоянной частотой вращения. Широкое применение они на­ходят в качестве двигателей гироскопов.