4.3. Энергетические показатели гистерезисных машин

Энергетические показатели гистерезисного микродвигателя не особенно высоки ( ), так как поток ротора является вторичным, наве­денным рабочим потоком статора и работа такого двигателя соответ­ствует режиму синхронной машины с недовозбуждением. Низкие энергетические показатели гистерезисных машин и, в частности, гистерезисных двигателей – главный их недостаток.

Рис. 4.8. Рабочие характеристики гистерезисно­го двигателя

Низкие энергетические показатели связаны с большим реактивным намагничивающим током, потребляемым обмоткой статора из сети. В асинхронном ре­жиме это обусловлено большим магнитным сопротивлением гистерезисного слоя из магнитотвердого материала.

Поясним это на примере зависимости тока I₁ гистерезисного микродвигателя в синхронном режиме от напряжения воз­буждения U₁, при снижении последнего от величины U_1П, при кото­рой происходит пуск (см. рис. 4.9). Величина возбужденной МДС ротора определяется напряжением пуска U_1П, а величина результирующего потока двигателя умень­шается пропорционально U₁. Значит, при уменьшении U₁/U_1П возрастает роль МДС ротора в создании результирующего магнитного поля и меняется величина и характер тока статора. Индуктивная намагничи­вающая составляющая тока статора (  > 0) постепенно уменьшается до нуля ( = 0) и затем появляется размагничивающая емкостная соста­вляющая ( < 0). Эта зависимость по своей физической сути аналогична U-образной характеристике синхронного микродвигателя с электромагнитным возбуждением.

Рис. 4.9. U-образная характеристика гистерезисного микродвигателя

В синхронном режиме низкий обусловлен низкой намагниченностью гистерезисного слоя, в результате чего гистерезисный двигатель работает как сильно недовозбужденный синхронный двигатель.

Поскольку основной рабочий режим двигателя – синхронный, а асинхрон­ный является лишь пусковым и длится доли секунды, то важно повышать энергетические показатели в синхронном режиме. Одним из методов является так на­зываемое «перевозбуждение» двигателя. Поскольку магнитная индукция вершины гистерезисной петли до которой намагничен гистерезисный слой в син­хронном режиме, определяется напряжением, подведенным к двигателю , то «перевозбуждение» заключается в кратковременном (в течение не­скольких периодов переменного тока) повышении напряжения в 2-3 раза по сравнению с номинальным, после чего его вновь снижают до номинального уровня. В результате ротор оказывается намагниченным до больших индукций, увеличивается значение ЭДС холостого хода Е₀ и снижается реактивный намагничивающий ток, в связи с чем повышаются энергетические показатели.

Подмагниченный ротор, как и ротор с постоянными магнитами обычного синхронного микродвига­теля, начинает больше участвовать в создании основного рабочего магнитного потока и тем самым разгружать обмотку статора от реак­тивного намагничивающего тока. Это соответствует смещению рабо­чей точки характеристики двигателя из А в В на рис. 4.9.

На рис. 4.10 приведены энергетические и весовые показатели гистерезисных микродвигателей в сравнении с теми же показателями некоторых серийных синхронных микродвигателей.

Наиболее высокие энергетические показатели (КПД и коэф­фициент мощности) и наименьший вес g на единицу номиналь­ной мощности имеют микродвигатели активного типа с постоянными магнитами. При частоте напряжения питания 50 Гц в диапазоне мощ­ностей 10-100 Вт, =40-80% (меньшие значения относятся к дви­гателям меньшей мощности). Затем идут гистерезисные микродвига­тели, режим которых, как указывалось, соответствует работе син­хронной машины с недовозбуждением. При тех же условиях их КПД =30-50%. Наихудшие показатели имеют реактивные микродви­гатели, у которых поток возбуждения ротора вообще отсутствует. В указанных условиях их КПД =20-40%.

Коэффициент мощности существенно зависит от схемы включения двигателя: трехфазной или однофазной с конденсатором. Коэффициент мощности, весьма низкий из-за собственных свойств у реактивных и гистерезисных микродвигателей (порядка 0,3-0,5 в трехфазном режиме), в конденсаторной схеме включения выше и примерно такой же, как у микродвигателей с постоянными маг­нитами (порядка 0,6-0,9).

а

б

Рис. 4.10. Зависимость КПД (а) и веса на единицу номинальной мощности (б) от номинальной мощности синхронных микродвигателей:

1 – реактивные; 2 – гистерезисные с однофазной схемой включения и частотой 50 Гц;

3 – гистерезисные с однофазной схемой включения и частотой 400 Гц;

4 – гистерезисные с трехфазной схемой включения и частотой 50 Гц;

5 – гистерезисные с трехфазной схемой включения и частотой 400 Гц;

6 – активного типа с постоянными магнитами и частотой 50 Гц;

7 – активного типа с постоянными магнитами и частотой 400 Гц

Синхронные микродвигатели, предназначенные для работы от сети с повышенной частотой (400 и 1000 Гц), могут иметь лучшие показатели КПД и веса, чем при частоте 50 Гц.