•                                                          磁滯電動(dòng)機(jī)

  
  

    磁滯電動(dòng)機(jī)是利用轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的磁滯轉(zhuǎn)矩起動(dòng)和運(yùn)行的小功率同步電動(dòng)機(jī)。磁滯電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)方便、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，但它的瞬態(tài)穩(wěn)定性較差、效率低，在要求較低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合下，需靠齒輪來(lái)減速。

磁滯電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

    鐵磁材料中普遍存在磁滯現(xiàn)象，即磁通密度的變化滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。磁滯電動(dòng)機(jī)就是一種利用磁滯性能良好的材料產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)。

   磁滯電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成，上面沖有均勻分布的槽，用以放置繞組；繞組可以是三相，也可以是單相。單相磁滯電動(dòng)機(jī)常采用電容器分相起動(dòng)，在容量特別小時(shí)也有采用罩極結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)起動(dòng)的。

磁滯電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為光滑圓柱體，分內(nèi)外兩層，無(wú)任何繞組。內(nèi)層為磁性或非磁性套筒，外層由磁滯材料制成，不預(yù)先充磁，結(jié)構(gòu)如下圖所示。常用的磁滯材料有鐵鉆釩系合金和鐵鈷鉬系合金。

磁滯電動(dòng)機(jī)的工作原理

   為了理解磁滯電動(dòng)機(jī)的工作原理，先分析下圖。圖示為固定轉(zhuǎn)子被可順時(shí)針自由轉(zhuǎn)動(dòng)的N、S極包圍。轉(zhuǎn)子由高抗磁力的陶瓷材料組成。這是電阻接近絕緣體的永磁材料。所以轉(zhuǎn)子中不可能產(chǎn)生渦流。

磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)使轉(zhuǎn)子磁化，在轉(zhuǎn)動(dòng)N、s極下產(chǎn)生不同極性的磁極。實(shí)際上，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不斷調(diào)整轉(zhuǎn)子中的磁疇。顯然，磁疇每走過(guò)一個(gè)完整周期（或磁滯回線），磁場(chǎng)就完成一次完整旋轉(zhuǎn)。因此轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生磁滯損耗，與磁滯回線的面積成比例。這些損耗使轉(zhuǎn)子溫度上升。

假定每次旋轉(zhuǎn)的磁滯損耗為

焦耳，每分鐘場(chǎng)旋轉(zhuǎn)n次。轉(zhuǎn)子每分鐘的能量損耗為：

相應(yīng)的功率（耗散在熱量上的）為：

但是轉(zhuǎn)子耗散的功率只能來(lái)自用于驅(qū)動(dòng)N、S極的機(jī)械功率。這個(gè)功率為：

因?yàn)?/p>

，有

而

式中，T是施加在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩（

）；

是每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子損耗的磁滯能量（J/r）；6.28是常數(shù)（精確值是2π）。

上式表明驅(qū)動(dòng)磁體所需要的轉(zhuǎn)矩是常數(shù)，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。換句話說(shuō)，不管磁極轉(zhuǎn)得是快是慢，施加在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩總是一樣的。區(qū)分磁滯電動(dòng)機(jī)和其他電動(dòng)機(jī)的正是這一基本屬性。

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)通常由三相定子或有副繞組的兩相定子產(chǎn)生。當(dāng)磁滯轉(zhuǎn)子放進(jìn)這樣的定子中時(shí)，便會(huì)立刻加速直到同步轉(zhuǎn)速。加速轉(zhuǎn)矩基本恒定，如下圖a曲線所示。這和籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)完全不同，后者隨著轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩逐漸降低到零。

由于大型配電系統(tǒng)頻率固定，磁滯電動(dòng)機(jī)用于電子時(shí)鐘和其他精確定時(shí)裝置。

它也用來(lái)驅(qū)動(dòng)錄音機(jī)、唱盤(pán)和其他精密的音頻設(shè)備。在這些裝置中，恒定的轉(zhuǎn)速當(dāng)然是追求的功能。而磁滯電動(dòng)機(jī)特別適合驅(qū)動(dòng)這些裝置是因?yàn)樗母邞T性。慣性阻礙許多電動(dòng)機(jī)（比如磁阻電動(dòng)機(jī)）加速因?yàn)檫_(dá)到同步時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)必須突然鎖定。磁滯電動(dòng)機(jī)因?yàn)楸３趾戕D(zhuǎn)矩直到同步轉(zhuǎn)速，故沒(méi)有這樣的突變。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)加速時(shí)，全轉(zhuǎn)矩可以帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載并克服慣性。剛達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子磁極還有磁性所以電動(dòng)機(jī)像永磁同步電動(dòng)機(jī)一樣運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子磁極滯后定子磁極一定角度，大小取決于加在負(fù)載上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。

磁滯電動(dòng)機(jī)的特性

起動(dòng)特性

在磁滯電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，存在兩種轉(zhuǎn)矩，即磁滯轉(zhuǎn)矩和渦流轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性如下圖所示。無(wú)論是工作在同步狀態(tài)還是異步狀態(tài)，最大磁滯轉(zhuǎn)矩

都相同，與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，即：

式中，P為極對(duì)數(shù)；

為磁滯材料的比磁滯損耗[

]；

為磁滯材料的體積。

定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出渦流，渦流與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，稱(chēng)為渦流轉(zhuǎn)矩。當(dāng)磁滯電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)，渦流轉(zhuǎn)矩最大，在牽入同步后，渦流損耗為零。由于磁滯材料的電阻率很大，其中的渦流很小，可以忽略不計(jì)，渦流主要存在于轉(zhuǎn)子鐵心中。若采用整塊鐵心，可使磁滯電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩提高50%～120%；當(dāng)使用疊片鐵心時(shí)，渦流轉(zhuǎn)矩很小，可以忽略不計(jì)。

磁滯轉(zhuǎn)矩和渦流轉(zhuǎn)矩的共同作田，使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。由于磁滯轉(zhuǎn)矩在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中不變，磁滯電動(dòng)機(jī)可以將轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的負(fù)載平滑地牽入同步。

工作特性

磁滯電動(dòng)機(jī)的工作特性如下圖所示。當(dāng)外加電壓和頻率一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電流

，輸入功率

、效率

、功率因數(shù)

、輸出功率

隨輸出轉(zhuǎn)矩

的變化而變化。在同步運(yùn)行時(shí)，由于磁滯材料的磁導(dǎo)率很低，需要的磁化電流較大，使其效率和功率因數(shù)較低，通常效率

，功率因數(shù)

。負(fù)載變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電流變化不大。

為改善磁滯電動(dòng)機(jī)的性能，有時(shí)采用過(guò)勵(lì)的方法，即在磁滯電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行時(shí)，采用提高電源端電壓或在電路中串聯(lián)電容的方法，在短時(shí)（2~3個(gè)周期）內(nèi)增大定子電流以加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)子的磁化，使其成為永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。這一措施必須在起動(dòng)完成后實(shí)施，否則將影響起動(dòng)性能。

磁滯電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)及應(yīng)用

磁滯電動(dòng)機(jī)具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能自行牽入同步并穩(wěn)定運(yùn)行在同步狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，機(jī)械強(qiáng)度高，適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，并且起動(dòng)電流小，電磁噪聲低。但與其他類(lèi)型的同步電動(dòng)機(jī)相比，其重量和體積較大，價(jià)格較貴，效率和功率因數(shù)較低。磁滯電動(dòng)機(jī)一般只用于120W以下要求轉(zhuǎn)速恒定的場(chǎng)合，特別適宜于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大、轉(zhuǎn)速恒定、起動(dòng)頻繁、恒轉(zhuǎn)矩的負(fù)載。