磁滯電動機

    磁滯電動機是利用轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的磁滯轉(zhuǎn)矩起動和運行的小功率同步電動機。磁滯電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、啟動方便、噪音小等優(yōu)點，但它的瞬態(tài)穩(wěn)定性較差、效率低，在要求較低轉(zhuǎn)速的場合下，需靠齒輪來減速。

磁滯電動機的結(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強度的變化。磁滯電動機就是一種利用磁滯性能良好的材料產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電動機。

   磁滯電動機的定子結(jié)構(gòu)和感應(yīng)電動機相似，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。單相磁滯電動機常采用電容器分相起動，在容量特別小時也有采用罩極結(jié)構(gòu)實現(xiàn)起動的。

磁滯電動機的轉(zhuǎn)子為光滑圓柱體，分內(nèi)外兩層，無任何繞組。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。

磁滯電動機的工作原理

   為了理解磁滯電動機的工作原理，先分析下圖。圖示為固定轉(zhuǎn)子被可順時針自由轉(zhuǎn)動的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。

磁場轉(zhuǎn)動使轉(zhuǎn)子磁化，在轉(zhuǎn)動N、s極下產(chǎn)生不同極性的磁極。實際上，旋轉(zhuǎn)磁場不斷調(diào)整轉(zhuǎn)子中的磁疇。顯然，磁疇每走過一個完整周期（或磁滯回線），磁場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自用于驅(qū)動N、S極的機械功率。這個功率為：

因為

，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)（***值是2π）。

上式表明驅(qū)動磁體所需要的轉(zhuǎn)矩是常數(shù)，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無關(guān)。換句話說，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)分磁滯電動機和其他電動機的正是這一基本屬性。

旋轉(zhuǎn)磁場通常由三相定子或有副繞組的兩相定子產(chǎn)生。當磁滯轉(zhuǎn)子放進這樣的定子中時，便會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)電動機完全不同，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，磁滯電動機用于電子時鐘和其他***定時裝置。

它也用來驅(qū)動錄音機、唱盤和其他精密的音頻設(shè)備。在這些裝置中，恒定的轉(zhuǎn)速當然是追求的功能。而磁滯電動機特別適合驅(qū)動這些裝置是因為它的高慣性。慣性阻礙許多電動機（比如磁阻電動機）加速因為達到同步時旋轉(zhuǎn)磁場必須突然鎖定。磁滯電動機因為保持恒轉(zhuǎn)矩直到同步轉(zhuǎn)速，故沒有這樣的突變。

當電動機加速時，全轉(zhuǎn)矩可以帶動機械負載并克服慣性。剛達到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子磁極還有磁性所以電動機像永磁同步電動機一樣運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子磁極滯后定子磁極一定角度，大小取決于加在負載上的機械轉(zhuǎn)矩。

磁滯電動機的特性

起動特性

在磁滯電動機起動過程中，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。無論是工作在同步狀態(tài)還是異步狀態(tài)，***大磁滯轉(zhuǎn)矩

都相同，與電動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)，即：

式中，P為極對數(shù)；

為磁滯材料的比磁滯損耗[

]；

為磁滯材料的體積。

定子磁場旋轉(zhuǎn)時，在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出渦流，渦流與定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，稱為渦流轉(zhuǎn)矩。當磁滯電動機靜止時，渦流轉(zhuǎn)矩***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，渦流主要存在于轉(zhuǎn)子鐵心中。若采用整塊鐵心，可使磁滯電動機的起動轉(zhuǎn)矩提高50%～120%；當使用疊片鐵心時，渦流轉(zhuǎn)矩很小，可以忽略不計。

磁滯轉(zhuǎn)矩和渦流轉(zhuǎn)矩的共同作田，使起動轉(zhuǎn)矩較大。由于磁滯轉(zhuǎn)矩在整個起動過程中不變，磁滯電動機可以將轉(zhuǎn)動慣量較大的負載平滑地牽入同步。

工作特性

磁滯電動機的工作特性如下圖所示。當外加電壓和頻率一定時，電動機的轉(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。在同步運行時，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)

。負載變化時，電動機的電流變化不大。

為改善磁滯電動機的性能，有時采用過勵的方法，即在磁滯電動機同步運行時，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（2~3個周期）內(nèi)增大定子電流以加強對轉(zhuǎn)子的磁化，使其成為永磁同步電動機運行。這一措施必須在起動完成后實施，否則將影響起動性能。

磁滯電動機的主要特點及應(yīng)用

磁滯電動機具有較大的起動轉(zhuǎn)矩，能自行牽入同步并穩(wěn)定運行在同步狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，機械強度高，適合于高速運轉(zhuǎn)，并且起動電流小，電磁噪聲低。但與其他類型的同步電動機相比，其重量和體積較大，價格較貴，效率和功率因數(shù)較低。磁滯電動機一般只用于120W以下要求轉(zhuǎn)速恒定的場合，特別適宜于驅(qū)動轉(zhuǎn)動慣量較大、轉(zhuǎn)速恒定、起動頻繁、恒轉(zhuǎn)矩的負載。