2015-02-14
598
ферримагнитного образца от напряжённости Н внешнего магнитного поля (кривая намагничивания).
В достаточно сильном магнитном поле образец намагничивается до насыщения (точка А). При этом образец состоит из одного домена с магнитным моментом насыщения 
, направленным по полю.
При уменьшении напряжённости внешнего магнитного поля 
магнитный момент образца М будет уменьшаться по кривой / преимущественно за счёт возникновения и роста доменов с магнитным моментом, направленным против поля.
Рост доменов обусловлен движением доменных стенок. Требуются достаточно сильные магнитные поля для того, чтобы их сдвинуть. Поэтому при уменьшении поля 
до нуля у образца сохраняется т.н. остаточный магнитный момент 
(точка В).
Образец полностью размагничивается лишь в достаточно сильном поле противоположного направления, называемом коэрцитивным полем (коэрцитивной силой) 
(точка С). При дальнейшем увеличении магнитного поля обратного направления образец вновь намагничивается вдоль поля до насыщения (точка D). Перемагничивание образца (из точки D в точку А) происходит по кривой II.
|
|
|
При циклическом изменении поля кривая, характеризующая изменение магнитного момента образца, образует петлю магнитного гистерезиса. Вид и размеры петли магнитного гистерезиса могут меняться в широких пределах.
Площадь петли магнитного гистерезиса равна энергии, теряемой в образце за один цикл изменения поля. Эта энергия идёт, в конечном счёте, на нагревание образца. Такие потери энергии называются гистерезисными.
На рисунке 32.2 условно изображено вращающееся поле статора в виде
Рисунок 32.2 – Схема устройства гистерезисного двигателя
полюсов магнита 
и 
. При этом полюсы ротора 
и 
будут сдвинуты в пространство относительно полюсов статора на угол, соответствующий гистерезисному временному углу 
.
В результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора создается вращающий момент 
, зависящий от гистерезисного угла 
, который определяется гистерезисными свойствами стали.
Под действием развиваемого момента 
ротор двигателя приходит
Электромагнитная мощность двигателя, передаваемая со статора на
ротор,
где 
и 
- угловая скорость и частота вращения поля статора соответственно.
Эта электромагнитная мощность преобразуется:
- в механическую мощность
- расходуется на потери от гистерезиса
где 
и 
- угловая скорость и частота вращения ротора соответственно, (потерями от вихревых токов можно пренебречь).
Вращающий момент, развиваемый гистерезисным двигателем,
где 
Потери на гистерезис могут быть определены выражением 
|
|
|
где 
- коэффициент удельных потерь, зависящий от марки стали:
- частота перемагничивания ротора:
- амплитуда магнитной индукции;
- масса активной части ротора.
Таким образом, вращающий момент
Из этой формулы видно, что вращающий момент гистерезисного двигателя не зависит от частоты перемагничивания и от частоты вращения ротора.
Это значит, что при изменении скольжения от 1 до 0 (от момента пуска и пока не достигнет синхронной скорости) вращающий момент остается неизменным (рисунок 32.3).
Рисунок 32.2 – Механическая характеристика гистерезисного двигателя
Если вращать ротор каким-либо двигателем с частотой, большей синхронной, то угол между магнитными полями статора и ротора изменит знак. В этом случае момент будет тормозным, и машина будет работать в режиме гистерезисного генератора.
Если зависимость тормозного момента 
нагрузки от частоты вращения имеет вид кривых 1или 2, то есть при изменении скольжения от 1 до 0 момент 
, то двигатель разгонится, и будит устойчиво работать при синхронной скорости.
Если же тормозной момент изменяется по кривой 3, то двигатель не "разгонится" до синхронной скорости и устойчивая работа наступит при скольжении (
), а машина будет работать с асинхронной скоростью, что неэкономично.
В процессе пуска гистерезисный двигатель работает подобно асинхронному, ускоряясь, под действием динамического момента, равного разности гистерезисного и тормозного. В установившемся режиме гистерезисный двигатель работает как синхронный.
Это происходит потому, что при синхронной частоте ротора потери на гистерезис в нем отсутствуют (не перемагничивается), и вся электромагнитная мощность машины преобразуется в механическую.
Достоинство гистерезисных двигателей - надежность в эксплуатации, простота устройства и пуска, неизменность тока при пуске и работе, плавность вхождения в синхронизм. Недостаток - относительно высокая стоимость и большие габариты.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Устройство гистерезисного двигателя?
2. Какими свойствами должен обладать материал для изготовления ротора гистерезисного двигателя?
3. Как работает гистерезисный двигатель?
4. При каком условии гистерезисный двигатель будет работать как асинхронная машина?
5. Благодаря чему гистерезисный двигатель может работать?
