Принцип действия гистерезисных двигателей
Гистерезисный двигатель имеет статор обычной электрической машины переменного тока с распределенной в пазах обмоткой. Ротор выполнен из магнитно-твердого материала в виде пустотелого цилиндра (гистерезисного слоя) без явно выраженных полюсов и какой-либо обмотки.
Природа электромагнитного момента ГД связана с гистерезисом материала активной части ротора - гистерезисным слоем (ГС).
Сущность явления магнитного гистерезиса заключается в отставании изменения магнитной индукции В в магнитно-твердом материале ротора от изменения напряженности Н внешнего намагничивающего поля статора. Причинами магнитного гистерезиса являются следующие необратимые процессы: рост объемов доменов с намагниченностью, ориентированной наиболее близко к направлению внешнего поля за счет объема соседних доменов (процесс смещения границ) и изменение направления спонтанной намагниченности отдельных доменов или всего кристалла в целом путем поворота вектора намагниченности (процессы вращения).
Ротор ГД намагничивается непосредственно полем статора, поскольку в нем используются магнитно-твердые материалы с низкими значениями Нс. Материал ротора ГД обладает заметным гистерезисом, поэтому при повороте вектора ЭДС статора на некоторый угол намагниченные домены ротора сохраняют свою ориентацию от предварительного намагничивания, и именно в силу гистерезиса материала появляется пространственный угол рассогласования между осями полей статора и ротора, обуславливающий возникновение тангенциальной составляющей силы, создающей вращающий момент. При дальнейшем смещении вектора внешнего магнитного поля вектор поля ротора движется синхронно с вектором поля статора, отставая от последнего на постоянный угол, зависящий от материала ротора и уровня внешнего поля. Если намагни¬ченность ротора представить эквивалентными полюсами, то в ГД полюса намагниченности ротора скользят относительно его тела. Если вращающий момент превосходит момент сопротивления Мс, ротор ГД приходит в движение и разгоняется за счет избыточного момента до синхронной частоты вращения. В процессе разгона ротор перемагничивается так же, как и в асинхронном двигателе с частотой, пропорциональной скольжению S тела ротора относительно поля статора по симметричной петле гистерезиса. Перемагничивание сопровождается выделением потерь в роторе - потерь на гистерезис.
Зависимости между изменениями напряженности и индукции соответственно во времени для какого-либо элемента ротора называют петлей перемагничивания (гистерезиса), а в пространстве по расточке ротора с координатой у - петлей распределения. В режиме запуска ГД петли перемагничивания и распределения по форме совпадают.
Так как потери на гистерезис определяются только квадратами B и H и не зависят от частоты перемагничивания, то в запуске гистерезисный двигатель (ГД) развивает при любых скольжениях S одинаковый максимальный электромагнитный момент Мэм, пропорциональный энергии гистерезисных потерь за один цикл перемагничивания (т.е. пропорциональный площади соответствующей петли гистерезиса). В этом случае пусковой момент и момент входа в синхронизм одинаковы.
С достижением синхронной частоты вращения S =0 перемагничивание ГС прекращается, снижается развиваемый электромагнитный момент, и ротор аналогично магнитоэлектрическому ЭД, поворачивается в поле статора с уменьшением угла рассогласования.