Гистерезисный двигатель

курсовая работа

5. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГД

На трехфазную обмотку статора подается переменное напряжение и создается вращающееся магнитное поле (подобно тому, как это происходит в трехфазных АД). Будем характеризовать его вектором МДС Fs, совпадающим с вектором Ф1.

Рис. 3 - Пояснение принципа действия ГД [5]

Под действием внешнего поля ротор намагнитится по оси обмотки, т.е. его элементарные магнитики (домены, размер которых не превышает 0,01 мм) сориентируются по полю и займут положение, показанное на рис.3а [5]. Вектора Fs и Bр совпадут.

При повороте поля (вектора Fs) статора (рис.3б) вслед за ним будут стремиться повернуться домены ротора (то есть ось намагниченных элементарных магнитиков, формирующих полюса ротора ГД, то есть вектор Вр). Однако вследствие явления гистерезиса вектор Вр хоть и будет вращаться со скоростью вращения поля статора (вектора Fs), но будет отставать от него на некоторый угол . Силы магнитного притяжения в этом случае будут иметь тангенциальные составляющие, которые и создадут вращающий момент, стремящийся увлечь ротор за полем статора. Этот момент называется гистерезисным [5].

Выражение для гистерезисного момента:

(1)

Значения Fs, Bр и от угловой скорости ротора не зависят. Как следствие, не зависит от угловой скорости ротора и значение вращающего гистерезисного момента Мга.

Значение Fs определяется током статора и числом витков в обмотке.

Значение Bр определяется МДС статора Fs и толщиной активного слоя. При ограниченном значении Fs толщину слоя не следует брать большой, иначе снизится индукция Bр и развиваемый ГД момент. И расход дорогостоящего материала будет неоправданным [9].

Угол определяется коэрцитивной силой материала ротора Нс. Чем больше Нс (то есть чем шире петля гистерезиса), тем сильнее должно изменяться внешнее поле, прежде чем начнет изменяться направление поля элементарных магнитиков [8]. У материала с прямоугольной петлей гистерезиса угол магнитного запаздывания =90 град. Материал с нулевой площадью петли имеет =0 град. Современные материалы активного слоя имеют =30-60 град [4], 30-50 град [2], микродвигатели 20?25 град [5,7]. Отметим, что угол , с которым ГД работает в асинхронном режиме, равен макс, с которым ГД может работать в синхронном режиме. О нем мы поговорим ниже.

Итак, первый режим работы ГД, с которым он работает при разгоне - это асинхронный режим. В этом режиме ротор вращается с меньшей скоростью, чем поле статора (?<?0). Полюса намагниченности ротора двигателя в этом режиме скользят относительно ротора. Материал ротора перемагничивается и в нем выделяются потери, пропорциональные скольжению.

По мере разгона скорость вращения ротора увеличивается и приближается в синхронной. Если момент нагрузки (номинальный момент) Мс будет меньше максимального синхронного момента Мс.макс в момент достижения синхронной скорости вращения ?0 произойдет дальнейшее ускорение ротора. Угол станет меньше макс и электромагнитный момент, развиваемый двигателем, уменьшится до уровня момента сопротивления Мс. Двигатель будет вращаться с синхронной скоростью ?0=2?f1/p.

Таким образом, второй режим работы ГД - это синхронный режим. Скорость вращения ротора равна скорости вращения поля ?= ?0. Скольжение равно 0, перемагничивание гистерезисного слоя отсутствует.

В синхронном режиме ГД работает как обычный синхронный двигатель с постоянными магнитами на роторе. Отличие состоит в том, что угол отставания оси потока ротора Ф2, принимаемый за его продольную ось, от МДС статора Fs не может превысить угла гистерезисного запаздывания =макс (у СД это угол составляет 90 град). Если это случится, ГД выпадет из синхронизма, перейдет в асинхронный режим и его ротор начнет перемагничиваться.

Наибольшее значение момента нагрузки Мс.макс, с которым может работать ГД в синхронном режиме, таким образом, равно

Мс.макс= kFsBрsinмакс

Делись добром ;)