1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гистерезисный двигатель что это такое

Синхронный гистерезисный двигатель

  • Преимущества и недостатки

Конструкция гистерезисного электродвигателя

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

Статор гистерезисного двигателя имеет обычную трех- или двухфазную обмотку, которая создает вращающееся магнитное поле, а ротор представляет собой массивный цилиндр без обмотки, изготовленный из магнитотвердого материала с широкой петлей гистерезиса (например, сплав викаллой). При этом в целях экономии дорогостоящего магнитотвердого материала ротор делают сборным.

Принцип работы синхронного гистерезисного двигателя

Принцип работы синхронного гистерезисного двигателя основан на действии гистерезисного момента. Для наглядности на рисунке ниже показаны только два элементарных магнитика ns 1 и 2. Сила взаимодействия между этими магнитиками и полем статора NS направлена по оси последнего (рисунок слева). Если поворачивать поле NS, например, против часовой стрелке, то в том же направлении поворачиваются и элементарные магнитики. Однако вследствие магнитного гистерезиса магнитики ns не сразу повернутся на тот же угол, что и поле NS. Между осями NS и ns появится некоторый угол рассогласования γ . Помимо радиальных сил появляются тангенциальные (рисунок справа), которые и создадут гистерезисный момент Мг. Угол γ определяется формой петли гистерезиса материала, из которого изготовлен ротор.

Гистерезисный момент Мг не зависит от частоты вращения ротора. Радикальный способ увеличения вращающего момента гистерезисного двигателя — применение магнитотвердых материалов с прямоугольной петлей гистерезиса. Частота вращения такого двигателя синхронна с частотой вращения поля, КПД высокий — до 80% [2].

Явление магнитного запаздывания заключается в том, что частицы ферромагнитного материала ротора, представляющие собой элементарные магниты, стремятся ориентироваться в соответствии с направлением внешнего магнитного поля. Если внешнее магнитное поле изменит свое направление, то элементарные частицы также меняют ориентацию. Однако повороту элементарных частиц в магнитотвердом материале препятствуют силы молекулярного трения. Этим и объясняется появление угла сдвига γ , значение которого зависит от магнитных свойств материала ротора [3].

Имея массивную конструкцию ротора, гистерезисные двигатели при пуске развивают также асинхронный вращающий момент. Однако этот момент значительно меньше гистерезисного момента, вследствие чего пуск, а также втягивание в синхронизм и работа происходят за счет гистерезисного момента вращения.

Разница между двигателями с постоянными магнитами и гистерезисными состоит в том, что у первых ротор подвергается специальному предварительному намагничиванию, а у вторых намагничивается полем статора двигателя. Гистерезисные двигатели имеют лучшие показатели, чем реактивные, и строятся мощностью до 300. 400 Вт.

Преимущества и недостатки

Достоинствами гистерезисных двигателей являются простота устройства, надежность в эксплуатации, отсутствие пусковых приспособлений, плавность втягивания в синхронизм, практически неизменный ток при пуске и работе. К недостаткам можно отнести относительно высокую стоимость материала ротора, хотя, как правило, ротор изготовляют из обычной стали и на него насаживают лишь полый цилиндр небольшой толщины из магнитотвердого материала.

Классификация электродвигателей

В зависимости от назначения, от предполагаемых режимов и условий работы, от типа питания и т. д., все электродвигатели можно классифицировать по нескольким параметрам: по принципу получения рабочего момента, по способу работы, по роду тока питания, по способу управления фазами, по типу возбуждения и т. д. Давайте же рассмотрим классификацию электродвигателей более подробно.

Возникновение вращающего момента

Вращающий момент в электродвигателях может быть получен одним из двух способов: по принципу магнитного гистерезиса либо чисто магнитоэлектрически. Гистерезисный двигатель получает вращающий момент посредством явления гистерезиса во время перемагничивания магнитно-твердого ротора, в то время как у магнитоэлектрического двигателя вращающий момент является результатом взаимодействия явных магнитных полюсов ротора и статора.


Магнитоэлектрические двигатели по праву составляют сегодня львиную долю всего обилия электродвигателей, применяемых в очень многих областях. Они подразделяются по роду питающего тока на:

  • двигатели постоянного тока,
  • двигатели переменного тока,
  • универсальные двигатели.

В отличие от магнитоэлектрического двигателя, в гистерезисном двигателе допускается перемещение намагниченности ротора относительно его геометрических осей, и именно данная особенность не позволяет распространять на синхронный режим работы гистерезисного двигателя общие закономерности магнитоэлектрического преобразования.

Двигатели постоянного тока


У двигателя, который питается постоянным током, за переключение фаз отвечает сам двигатель. Это значит, что хотя на электрическую машину и подается постоянный ток, тем не менее, благодаря действию внутренних механизмов устройства, магнитное поле оказывается движущимся и становится в состоянии поддерживать вращающий момент ротора (как будто в обмотке статора действует переменный ток).


Устройство и приницип работы электродвигателя постоянного тока: 1 — якорь, 2 — вал, 3 — коллекторные пластины, 4 — щеточный узел, 5 — магнитопровод якоря, 6 — магнитопровод индуктора, 7 — обмотки возбуждения, 8 — корпус индуктора, 9 — боковые крышки, 10 — вентилятор, 11 — лапы, 12 — подшипники.

Читать еще:  Шевроле авео хэтчбек технические характеристики двигателя

Электродвигатель постоянного тока состоит из неподвижной части, называемой индуктором, и подвижной части, называемой якорем. В зависимости от исполнения, место обмотки возбуждения на индукторе могут располагаться постоянные магниты, что позволяет упростить конструкцию, но не позволяет регулировать магнитный поток двигателя, влияющий на его скорость.

По способу создания движущегося магнитного поля, двигатели постоянного тока подразделяются на:

  • вентильные (бесколлекторные),
  • коллекторные.

Бесколлекторные двигатели имеют в своей конструкции электронные инверторы, которые и осуществляют переключение фаз. Коллекторные же двигатели традиционно оснащены щеточно-коллекторными узлами, которые призваны чисто механически синхронизировать питание обмоток двигателя с вращением его движущихся частей.

Возбуждение коллекторных двигателей


Коллекторные двигатели по способу возбуждения бывают следующих видов: с независимым возбуждением от постоянных магнитов или от электромагнитов, либо с самовозбуждением. Двигатели с возбуждением от постоянных магнитов содержат магниты на роторе. Двигатели с самовозбуждением имеют на роторе специальную якорную обмотку, которая может быть включена параллельно, последовательно или смешано со специальной обмоткой возбуждения.

Двигатель пульсирующего тока

На двигатель постоянного тока похож двигатель пульсирующего тока. Отличие заключается в наличии шихтованных вставок на остове, а также дополнительных шихтованных полюсов. Кроме того, у двигателя пульсирующего тока имеется компенсационная обмотка. Применение такие двигатели находит в электровозах, где они обычно питается выпрямленным переменным током.

Двигатель переменного тока

Двигатели переменного тока, как ясно из названия, питаются током переменным. Бывают они синхронными и асинхронными.

У синхронных двигателей переменного тока магнитное поле статора движется с той же угловой скоростью, что и ротор, а у асинхронных всегда есть некое отставание (характеризующееся величиной скольжения s) — магнитное поле статора в своем движении как бы опережает ротор, который в свою очередь все время стремится его догнать.

Синхронные двигатели больших мощностей (мощностью в сотни киловатт) имеют на роторе обмотки возбуждения. Роторы менее мощных синхронных двигателей оснащены постоянными магнитами, которые и образуют полюса. Гистерезисные двигатели тоже в принципе относятся к синхронным.

Шаговые двигатели — это особая категория синхронных двигателей с высокой точностью управления скоростью вращения, вплоть до дискретного счета шагов.

Вентильные синхронные реактивные двигатели получают питание через инвертор.


Асинхронные двигатели переменного тока отличаются тем, что у них угловая скорость вращения ротора всегда меньше чем угловая скорость вращения магнитного поля статора. Асинхронные двигатели бывают однофазными (с пусковой обмоткой), двухфазными (к ним относится и конденсаторный двигатель), трехфазными и многофазными.

Конструкция трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронный электродвигатель состоит и неподвижной (статора) части и подвижной (ротора) частей, которые удерживаются подшипниками 1 и 11, установленными в боковые крышки 3 и 9. Ротор состоит из вала 2, на котором закреплен магнитопровод 5 с обмоткой. Статор двигателя состоит из корпуса 7, к которому прикреплен магнитопровод 6. В пазы магнитопровода уложена трехфазная обмотка 8. Так же к корпусу крепится крышка клеммной коробки 4 и защитный кожух 12 крыльчатки 10.

Фазный ротор имеет трехфазную обмотку, выполненную по типу обмотки статора. Одни концы катушек соединены в нулевую точку («звезда»), а другие – подключены к контактным кольцам. На кольца наложены щетки, осуществляющие скользящий контакт с обмоткой ротора. При такой конструкции возможно подсоединение к обмотке ротора пускового или регулировочного реостата, позволяющего менять электрическое сопротивление в цепи ротора.

Асинхронный двигатель с частотным преобразователем для плавного регулирования скороcти вращения вала за счет изменения частоты и питающего напряжения:

Универсальные коллекторные двигатели

Универсальный коллекторнй двигатель может работать хоть от постоянного, хоть от переменного тока (50 Гц). Имеет последовательное возбуждение, используется в бытовых электроприборах, где требуется скорость вращения более высокая чем максимальные для обычных двигателей переменного тока 3000 об/мин. Как правило, мощность таких двигателей не превышает 200 Вт. Встречается тиристорное управление скоростью вращения универсального двигателя.

Усовершенствованная разновидность универсального двигателя — синхронный двигатель с датчиком положения ротора, где роль коллектора выполняет электронный инвертор.

Гистерезисный двигатель что это такое

Рис. 3.13. Зависимости B = f (H) магнитотвердых (МТМ) и магнитомягких (МММ) материалов

Статор синхронного гистерезисного микродвигателя (СГМД) ничем не отличается от статора известных синхронных и асинхронных микродвигателей. Ротор СГМД — гладкий неявнополюсный и состоит из двух частей (рис. 3.12): сплошного или шихтованного цилиндра 1 из магнитотвердого материала (МТМ), посаженного на немагнитную или ферромагнитную втулку 2.

Для выяснения принципа действия СГМД примем ротор целиком состоящим из МТМ, обладающего широкой петлей гистерезиса (рис. 3.13).

При включении обмотки статора в сеть возникает вращающееся магнитное поле, которое мы представим в виде постоянного магнита (рис.3.14). Под действием внешнего поля ротор намагнитится, т.е. его элементарные магнитики (домены, размер которых не превышает 10 -3 см) сориентируются по полю и займут положение, показанное на рис. 3.14,а.

Читать еще:  Электрическая схема газ 2752 с двигателем 406

Рис. 3.14. К вопросу о принципе действия синхронного гистерезисного микродвигателя

Силы магнитного притяжения, действующие на ротор, направлены радиально, взаимно уравновешиваются и никакого момента не развивают. При повороте поля статора (рис. 3.14,б) вслед за ним будут стремиться повернуться элементарные магнитики ротора. Однако вследствие межмолекулярного трения, которое у магнитотвердого материала весьма значительное (явление гистерезисного запаздывания), их поворот будет отставать от поля статора на некоторый угол q. Силы магнитного притяжения в этом случае, кроме радиальных, получат тангенциальные составляющие, которые и создадут гистерезисный момент.

Значение гистерезисного момента определяется векторным произведением магнитных потоков ротора Фр и статора Фс [3]:

где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров СГМД.

Магнитные потоки статора и ротора, пространственный угол q, на который поток ротора отстает от потока статора, при симметричном питании не зависят от скорости вращения и определяются той коэрцитивной силой НС, при которой начинается поворот элементарных магнитиков. Это значит, что гистерезисный момент не зависит от скорости вращения, поэтому для пуска двигателя не требуется пусковая обмотка, необходимая для других синхронных двигателей.

В синхронном режиме ротор вращается синхронно с полем статора, поэтому ротор не перемагничивается. Его поток ФР сохраняется за счет остаточной индукции Brи вращается вместе с ротором с синхронной скоростью Поток тем больше, чем выше остаточная индукция. Двигатель работает как обычный синхронный двигатель с постоянными магнитами. Отличие только в том, что угол отставания оси поля ротора от оси поля статора не может превысить угол гистерезисного запаздывания. Для большинства двигателей в номинальном режиме угол нагрузки не превышает 20÷25 о .

При асинхронном пуске СГМД, пока скорость ротора не равна скорости поля статора, кроме гистерезисного момента на ротор действует асинхронный момент, возникающий от взаимодействия магнитного потока статора и вихревых токов ротора (МВТ). В этом режиме момент двигателя равен

Найдем величину результирующего момента. Известно, что электромагнитная мощность, передаваемая со статора на ротор, равна потерям в роторе, поделенным на скольжение двигателя

Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты перемагничивания РВТ

f 2 = (f1s) 2 , а потери на гистерезис — частоте перемагничивания в первой степени РГ

где РГК, РВТК — потери на гистерезис и вихревые токи в неподвижном роторе (s = 1). Вращающий момент СГМД равен

Рис. 3.15. Механическая характеристика СГМД и ее составляющие

На рис. 3.15 показана механическая характеристика и ее составляющие для идеального СГМД. В реальных двигателях характеристики не такие линейные, поскольку сказывается действие высших гармоник поля, кроме того, в двухфазных конденсаторных двигателях оно в большинстве случаев эллиптическое. Необходимо отметить, что в случае шихтованного цилиндра из МТМ и немагнитной втулки ротора момент вихревых токов практически равен нулю.

Гистерезисные микродвигатели могут работать в синхронном и асинхронном режимах. В этом легко убедиться, рассматривая рис. 3.15. Пока момент нагрузки не больше МС, СГМД работает как синхронный двигатель (его скольжение равно 0). При больших нагрузках он переходит в асинхронный режим (точка а). Причем переход из одного режима в другой и обратно происходит плавно, без рывков, что является одним из достоинств СГМД.

Исследования показали, что гистерезисный момент можно рассчитать по формуле

где: рГ — удельные потери на гистерезис (величина пропорциональная площади петли гистерезиса); V — объем магнитотвердого материала; f1 — частота сети; w1 — синхронная угловая частота вращения; p — число пар полюсов.

Перемагничивание ротора происходит под действием НС статора, которая в СГМД сравнительно небольшая. Поэтому для каждого конкретного двигателя существует такой объем V, при котором произведение рГV будет максимальным. Действительно, если V чрезмерно велико, то НС статора не сможет перемагнитить такой объем по предельной петле гистерезиса, перемагничивание будет идти по одной из частных петель гистерезиса, что соответствует малому значению рГ. С другой стороны, при чрезмерно малом V НС статора его легко перемагнитит. Но все равно, перемагничивание не может осуществляться по петле, большей предельной.

Требованию рГV = max отвечают две конструкции ротора (рис. 3.16).

В первой — втулка выполняется из ферромагнитного материала. Поток статора проходит в радиальном направлении, поэтому объем перемагничиваемого магнитотвердого материала здесь сравнительно небольшой, следовательно, он должен иметь достаточно широкую петлю гистерезиса (НС >300кА/м).

Во второй — втулка выполняется из немагнитного материала (алюминий или пластмасса). Магнитный поток статора проходит в основном по гистерезисному слою, поэтому объем перемагничиваемого материала сравнительно большой, следовательно, он должен быть с относительно узкой петлей гистерезиса (НС -4 у СГМД и

Читать еще:  Давление масла двигателя форд галакси

·N = 10 -6 у двигателей с постоянными магнитами.

Попытки уменьшить качания ротора путем покрытия его тонким слоем меди не привели к желаемому результату.

Гистерезисный двигатель, принцип действия, асинхронный и синхронный режим работы, область применения Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Мутовина Е.А., Сотников Д.И., Юрковец Н.В.

Показаны принцип действия и особенности применения гистерезисных двигателей в авиационной аппаратуре. Отмечена их область использования, преимущества и недостатки.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Мутовина Е.А., Сотников Д.И., Юрковец Н.В.

Текст научной работы на тему «Гистерезисный двигатель, принцип действия, асинхронный и синхронный режим работы, область применения»

Секция « Техническая эксплуатация электросистем и авионика »

нение размеров и положения отдельных участков проводов учитывается изменением параметров трансформатора.

Для практического использования полученных результатов разработаны две функции:

— функция определения индуктивной связи проводов МР = 1пй$чр(Р,0), входными параметрами которой являются матрица координат узлов первого провода Р и матрица координат узлов второго первого Q, а откликом — матрица индуктивной связи

— функция определения параметров эквивалентного трансформатора W = ekvtr(MP), параметром которой, является матрица индуктивной связи MP, а откликом — вектор параметров трансформатора

1. Семенова С. Э., Юдин В. В. Вычисления в MAT-LAB : учеб. пособие. Рыбинск РГАТА, 2009. 144 с.

© Москалева О. А., Хохлов О. А., Панкратов М. В., 2013

УДК 629.73.08; 629.7.004.67

Е. А. Мутовина, Д. И. Сотников Научный руководитель — Н. В. Юрковец Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ГИСТЕРЕЗИСНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, АСИНХРОННЫЙ И СИНХРОННЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Показаны принцип действия и особенности применения гистерезисных двигателей в авиационной аппаратуре. Отмечена их область использования, преимущества и недостатки.

Гистерезисным двигателем называют синхронный двигатель, вращающий момент которого создаётся за счет явления гистерезиса при перемагничивании ферромагнитного материала ротора [1].

Гистерезисный двигатель имеет статор обычной электрической машины переменного тока (как у асинхронного двигателя) с распределенной в пазах обмоткой. Ротор гистерезисного двигателя намагничивается под действием магнитного поля статора.

При синхронной частоте вращения ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного поля статора и ось магнитного поля ротора отстает от оси поля статора на угол уг, вследствие чего возникают тангенциальные составляющие сил взаимодействия между ротором и статором и вращающий момент Мг.

Гистерезисный двигатель работает в двух режимах, один из них — асинхронный. В этом режиме ротор вращается с меньшей скоростью, чем поле статора (О Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рассмотрен учебный стенд имитатора сигналов системы ILS.

Канал курса системы ILS. или c «опорным нулем» [1] содержит антенную систему, которая в пределах диаграммы направленности (ДН) /1(ф) (рис. 1) излучает амплитудно-модулированный сигнал АМС с частотами модуляции F1 = 90 Гц и F2 = 150 Гц: e1 = Ет1/1(ф) [(1+m^inQ^) + (1 + m2sinŒ2i)]sinœ0£ В пределах ДН /2(ф) излучается балансно-модулированный сигнал (БМС) с теми же частотами модуляции, фазы которых в обоих лепестках ДН отличаются на 180°:

e2 = Ет/2(ф) [(1 + misin^it) + (1 + m2sinß2t)] sinœ0t.

В результате сложения электромагнитных полей e1 и e2 создается результирующее высокочастотное поле с амплитудной модуляцией колебаниями F1 и F2, спектры которых приведены на рисунке. Смещение ЛА относительно ЛК приводит к нарушению равенства глубин пространственной модуляции на частотах F1 и F2.

Результирующее поле КРМ при m1 = m2 = m и равенстве фаз токов, питающих антенны, имеет в дальней зоне амплитуду

Ер = 2Ет1/1 (ф) (1 + М^шй^ + М^пй^ ),

где М1 = 0,5т [1 + Ет/2(ф) / Ет/1(ф)]; М2 = 0,5т [1 -Ет 2/2(ф) / Ет/1(ф):

— коэффициенты глубины пространственной модуляции. Информативный параметр — разность глубин модуляции РГМ = М — М2 может принимать как положительные, так и отрицательные значения в зависимости от направления отклонения от линии курса. На линии курса значение РГМ равно нулю. В принимаемом сигнале выделяются модулирующие составляющие с частотой ^ и Е2, детектируются, и измеряется разность их амплитуд, которая пропорциональна РГМ.

Для изучения процессов, происходящих при формировании сигналов курсового радиомаяка и его обработки в курсовом приемнике, была создана исследовательская установка (рис. 2), которая моделирует сигналы с заданным значением РГМ.

Рис. 1. Диаграмма направленности антенной системы КРМ ILS

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector