Синхронные гистерезисные двигатели. Синхронно гистерезисный двигатель


Синхронные гистерезисные двигатели — КиберПедия

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.

 

cyberpedia.su

Синхронный гистерезисный двигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Синхронный гистерезисный двигатель

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

Гистерезисный двигатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Гистерезисный двигатель (ГД) — вид электрических машин, в основе работы которых лежит эффект магнитного гистерезиса. В гистерезисных двигателях вращающий момент возникает за счёт гистерезиса при перемагничивании ротора из магнитотвёрдого материала полем статора[1][2].

Гистерезисное преобразование энергии, в отличие от любого другого электромеханического преобразования, является универсальным, то есть синхронно — асинхронным. В асинхронном режиме оно, как и индукционное преобразование, имеет необходимым условием потери скольжения в подвижном элементе. Однако здесь потери скольжения пропорциональны лишь первой степени частоты, а не второй, как при индукционном преобразовании. Этим фактором обусловлены главным образом особенности характеристик гистерезисного преобразователя в асинхронном режиме.

В отличие от магнитоэлектрического преобразования энергии здесь допускается перемещение намагниченности подвижного элемента относительно его геометрических осей (пространственное перемагничивание). Эта особенность не позволяет распространять на синхронный режим общие закономерности магнитоэлектрического преобразования.

По сравнению с электромагнитным преобразованием отличие состоит в том, что проводимости подвижного элемента (ротора) по его геометрическим осям неоднозначны: они зависят от предыстории магнитного состояния ротора.

Совокупность этих особенностей приводит на практике к принципиальным отличиям в характеристиках, алгоритмах и средствах управления, выделяющим гистерезисный электропривод в самостоятельный класс электроприводов.

Достоинства

Достоинства гистерезисных двигателей[3]:

  • простота конструкции и надёжность в работе;
  • большой пусковой момент;
  • плавность входа в синхронизм;
  • сравнительно высокий КПД;
  • бесшумность в работе;
  • малое изменение тока от пуска до номинальной нагрузки.

Видео по теме

Недостатки

Недостатки гистерезисных двигателей[4]:

  • низкий коэффициент мощности cos⁡(φ)=0,4−0,5{\displaystyle \cos(\varphi )=0,4-0,5};
  • сравнительно высокая стоимость;
  • при резких колебаниях нагрузки склонны к качаниям, что ограничивает области применения гистерезисных двигателей.

См. также

Примечания

Литература

  • Герасимов В. Г., Кузнецов Э. В., Николаева О. В. Электротехника и электроника. Кн. 2. Электромагнитные устройства и электрические машины. — М.: Энергоатомиздат, 1997. — 288 с. — ISBN 5-283-05005-X.
  • Кацман М. М., Юферов Ф. М. Электрические машины автоматических систем. — М.: Высшая школа, 1979. — 261 с.

wikipedia.green

Синхронные гистерезисные двигатели

 

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. 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). 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.

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, которое 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 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 θ. Силы взаимодействия F между элементарными магнитиками и полем полюсов магнита в этом 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, поэтому 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, 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 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.

 

Глава 19



infopedia.su

Синхронные гистерезисные двигатели - Физика

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.

student2.ru

Синхронные гистерезисные двигатели

 

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. 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). 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.

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, которое 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 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 θ. Силы взаимодействия F между элементарными магнитиками и полем полюсов магнита в этом 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, поэтому 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, 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 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.

 

Дата добавления: 2015-07-14; просмотров: 83 | Нарушение авторских прав

Читайте в этой же книге: Исполнительные двигатели с обычным якорем и возбуждением от постоянных магнитов | Малоинерционные двигатели с печатной обмоткой якоря | Малоинерционные двигатели с обычной обмоткой якоря | Основные типы двигателей Асинхронные микродвигатели | Синхронные микродвигатели | Основные уравнения синхронных микродвигателей с возбужденными явно выраженными полюсами | Асинхронные двигатели с полым немагнитным ротором | Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором | Асинхронные двигатели с полым ферромагнитным ротором | Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами |mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.008 сек.)

mybiblioteka.su

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СИНХРОННОГО ГИСТЕРЕЗИСНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Заявляемое техническое решение относится к электротехнике, а именно к электроприводам с синхронными гистерезисными двигателями (СГД).

При скачкообразном изменении напряжения питания СГД ротор двигателя начинает качаться с частотой собственных колебаний, в результате чего появляется модуляция мгновенной скорости вращения ротора. Причиной этих колебаний является возникновение угла рассогласования между вектором результирующего магнитного поля в воздушном зазоре двигателя и вектором намагниченности ротора вследствие инерционности ротора СГД.

При колебании ротора происходит изменение момента и потребляемой СГД активной мощности, что, в свою очередь, приводит к появлению низкочастотной составляющей в цепи питания СГД и соответственно в цепи питания инвертора, вырабатывающего напряжение питания СГД.

Известно устройство, используемое в способе уменьшения колебаний ротора СГД, при скачкообразном изменении напряжения питания СГД путем сдвига на фиксированную величину фазы напряжения питания, описанное в авторском свидетельстве СССР №674181 «Способ перевозбуждения синхронных гистерезисных электродвигателей» (кл. МПК H02P 7/44, дата приоритета 25.11.1971) [1]. В данном способе перевозбуждение синхронных гистерезисных электродвигателей с инерционным характером нагрузки путем кратковременного увеличения амплитуды напряжения питания в синхронном режиме и скачкообразного ее снижения до рабочего значения в режиме перевозбуждения одновременно с изменением амплитуды изменяют и фазу напряжения питания, причем при увеличении амплитуды фазу изменяют в сторону отставания, а при ее уменьшении - в сторону опережения.

Также известно «Устройство для питания синхронного гистерезисного гироскопического двигателя с перевозбуждением», изложенное в авторском свидетельстве СССР №2100899 (кл. МПК H02P 7/44, дата приоритета 26.08.1984) [2]. В этом устройстве для обеспечения устойчивого и однозначного режима перевозбуждения СГД введен синхронизатор, который служит для привязки внешней команды управления режимом перевозбуждения к тактовой частоте задающего генератора.

В вышеупомянутых устройствах [1 и 2] для обеспечения устойчивой работы инвертора после включения режима перевозбуждения фаза выходного напряжения инвертора изменяется на фиксированную величину и потом остается неизменной, в результате чего процесс успокоения синхронных качаний ротора СГД имеет большую длительность и может вызвать частичное стирание эффекта перевозбуждения. К недостаткам этих устройств можно также отнести отсутствие успокоения синхронных качаний ротора СГД при возмущениях по цепи питания инвертора, при переключениях в силовой части инвертора, например при отключении избыточных компенсирующих конденсаторов, при изменении параметров нагрузки СГД.

Известно устройство для успокоения колебаний ротора СГД, при котором выделяют низкочастотную составляющую мгновенной частоты вращения ротора и подают ее на вход регулятора напряжения питания СГД, описанное в авторском свидетельстве СССР №420070 «Электропривод» (класс МПК H02P 7/46, дата приоритета 02.07.1971) [3]. Это устройство содержит один или несколько синхронных электродвигателей и автономный инвертор с регулятором напряжения, причем цепь управления регулятором напряжения подключена через фильтр низких частот к датчику тока во входной цепи инвертора.

Также известно устройство для питания синхронного гистерезисного электродвигателя по авторскому свидетельству СССР «Способ стабилизации мгновенной частоты вращения ротора гистерезисного электродвигателя» №1164850 (класс МПК H02P 7/36, дата приоритета 18.10.1982) [4]. В данном случае контролируют изменение мгновенной частоты вращения ротора, выделяют ее низкочастотную составляющую, определяемую собственной частотой качания ротора, измеряют режим питания электродвигателя и контролируют фазу низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора, устанавливают факт превышения нестабильности частоты вращения заданного уровня, по достижению низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора заданного значения увеличивают среднее значение полупериода напряжения питания, по времени совпадающего с заданным значением фазы низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения, повторяют указанные операции с частотой, кратной частоте низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора.

Недостатком устройств [3 и 4] можно считать то, что узел успокоения колебаний ротора СГД изменяет режим питания двигателя путем формирования по цепям статора двигателя импульсов напряжения большой амплитуды, что вызывает относительно большие затраты потребляемой энергии от источника питания и создает серьезные электромагнитные помехи. Кроме того, в изобретении [4] есть порог по величине качаний ротора, ниже которого они не успокаиваются.

Также известно «Устройство для регулирования гистерезисного двигателя» по авторскому свидетельству №1527699 (кл. МПК H02P 7/36, дата приоритета 21.06.1988) [5]. Данное устройство содержит регулятор напряжения, вход которого предназначен для подключения к источнику напряжения питания постоянным током, а выход через инвертор и датчик тока предназначен для подключения к гистерезисному двигателю, выход датчика тока подключен к входу фильтра, управляющий вход инвертора через регулятор фазы и фазовращатель подключен к задающему генератору, усилитель переменного тока, коммутатор, блок задержки и D-триггер, при этом последовательно соединенные усилитель переменного тока и коммутатор включены в цепь между выходом фильтра и управляющим входом регулятора напряжения, вход D-триггера и блока задержки являются входами внешних команд, выход D-триггера соединен с управляющими входами регуляторов фазы и напряжения, а вход синхронизации D-триггера соединен с задающим генератором, выход блока задержки соединен с управляющим входом коммутатора. В этом устройстве выделяют низкочастотную составляющую мгновенной скорости вращения ротора и подают ее на вход регулятора напряжения питания СГД, чтобы скомпенсировать изменение мгновенной скорости вращения ротора. Кроме того, при работе в режиме перевозбуждения одновременно со снижением напряжения питания СГД изменяется на фиксированную величину фаза этого напряжения.

К недостаткам этого устройства можно отнести то, что фаза напряжения питания СГД изменяется на фиксированную величину и только при уменьшении напряжения питания СГД, что увеличивает время успокоения колебаний ротора двигателя.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению и потому принятому за прототип является «Устройство для питания синхронного гистерезисного двигателя» по заявке на изобретение RU 2013139210 А (кл. МПК H02P 7/36, дата приоритета 22.08.2013) [6].

В данном устройстве для питания СГД, состоящем из инвертора, датчика тока, включенном в цепь выходного тока инвертора, задающего генератора и блока выделения низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора СГД, вход которого соединен с выходом датчика тока, а его выход с входом управления частотой задающего генератора.

При изменении активной мощности, потребляемой СГД, фаза выходного напряжения инвертора изменяется таким образом, чтобы скомпенсировать изменение мгновенной частоты вращения ротора СГД и стабилизировать активную мощность, потребляемую СГД. Для успокоения колебаний ротора двигателя используется только изменение фазы напряжения питания СГД, то есть демпфирование колебаний ротора двигателя происходит без изменения величины этого напряжения.

При использовании данного устройства для питания группы из нескольких сотен, тысяч СГД в некоторых режимах работы СГД наблюдались незатухающие колебания активной мощности при неизменной величине напряжения питания СГД. Частота этих колебаний была в 2-3 раза выше частоты синхронных качаний ротора СГД. Эти колебания вызываются рядом причин: нелинейная зависимость емкости варикапа от управляющего напряжения, которое изменяет частоту задающего генератора, нелинейная зависимость потребляемой активной мощности СГД от угла отставания вектора намагниченности ротора СГД от вектора результирующего магнитного поля в зазоре между статором и ротором СГД, неоптимальная величина коэффициента усиления в цепи регулирования фазы выходного напряжения инвертора, так как электрические параметры СГД очень сильно зависят от величины намагниченности приводного диска ротора СГД.

Задачей заявляемого технического решения является предотвращение возникновения незатухающих колебаний активной мощности, потребляемой СГД, во всех режимах работы СГД.

Указанная задача решается за счет того, что в известном устройстве для питания СГД, состоящем из инвертора, датчика тока, включенного в цепь нагрузки инвертора, задающего генератора и блока выделения низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора СГД, вход которого соединен с выходом датчика тока, а его выход с входом управления частотой задающего генератора, согласно заявляемому техническому решению выход блока выделения низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора СГД кроме того соединен с входом управления величиной выходного напряжения инвертора.

Заявляемое техническое решение поясняется фиг. 1, на которой представлена структурная схема заявляемого устройства для электропитания синхронного гистерезисного двигателя, реализующая стабилизацию мгновенной частоты вращения за счет регулирования фазы и величины напряжения питания СГД.

Заявляемое устройство для электропитания синхронного гистерезисного электродвигателя содержит инвертор (1) с подключенным к нему через датчик тока (2) синхронным гистерезисным электродвигателем (3). Выходной сигнал датчика тока (2) подается на вход блока выделения низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора СГД (4), а его выход подключен к входу управления выходным напряжением инвертора (1) и к входу управления частотой задающего генератора (5), выход которого через делитель частоты и фазорасщепитель (6) соединен с управляющими входами инвертора (1).

Заявляемое устройство работает следующим образом. В случае скачкообразного изменения напряжения питания синхронного гистерезисного электродвигателя (3) или при изменении нагрузки на синхронный гистерезисный электродвигатель (3) его ротор начинает качаться с частотой собственных колебаний, что может привести к размагничиванию ротора. В цепи питания синхронного гистерезисного электродвигателя (3) при этом возникает переменная составляющая потребляемой активной мощности, совпадающая по фазе с низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора. Блок выделения низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора (4) выделяет эту составляющую и изменяет величину выходного напряжения инвертора (1), частоту задающего генератора (5) и фазу импульсов на выходе делителя частоты и фазорасщепителя (6), подключенного к выходу задающего генератора (5). В результате этого величина и фаза выходного напряжения инвертора (1) изменяются таким образом, чтобы скомпенсировать изменение мгновенной частоты вращения ротора синхронного гистерезисного электродвигателя (3) путем регулирования величины и фазы его напряжения питания.

Как показали результаты применения предлагаемого технического решения, успокоение качаний ротора СГД происходит быстрее, предотвращаются колебания выходной активной мощности инвертора на частотах выше собственной частоты колебаний ротора СГД, поэтому не происходит размагничивание ротора СГД. Качания ротора СГД успокаиваются во всех режимах работы СГД, в том числе до и после перевозбуждения, при возмущениях по цепи питания инвертора, при изменении параметров нагрузки СГД. В современных инверторах используется широтно-импульсная модуляция и регулирование выходного напряжения инвертора осуществляется не изменением напряжения питания, а путем изменения коэффициента модуляции широтно-импульсной модуляции

Применение заявляемого устройства для электропитания синхронного гистерезисного двигателя не вызывает дополнительных потерь энергии в источнике питания инвертора, не создает электромагнитных помех.

Устройство для электропитания синхронного гистерезисного двигателя, содержащее инвертор, датчик тока, включенный в цепь выходного тока инвертора, задающий генератор и блок выделения низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора синхронного гистерезисного двигателя, вход которого соединен с выходом датчика тока, а его выход с входом управления частотой задающего генератора, отличающееся тем, что выход блока выделения низкочастотной составляющей мгновенной частоты вращения ротора синхронного гистерезисного двигателя, кроме того, соединяется с входом управления величиной выходного напряжения инвертора.

edrid.ru