單相磁滯一磁阻電動機的穩(wěn)態(tài)特性
姚光中 (安徽機電學(xué)院)
引 言
磁滯電動機是一種具有自起動能力的同步電動機，廣泛應(yīng)用于驅(qū)動鐘表機構(gòu)、音像設(shè)備、電報傳真機、記錄儀表，陀螺儀表和自動化系統(tǒng)的小功率同步驅(qū)動裝置中。磁滯電動機的起動轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子所采用的未事先充磁的硬磁材料的磁滯效應(yīng)產(chǎn)生的，****轉(zhuǎn)矩就是磁滯轉(zhuǎn)矩，它取決于轉(zhuǎn)子材料的磁滯回線的面積。激磁一定，普通磁滯電動機的電磁轉(zhuǎn)矩從起動到同步速是恒定的，因此它的牽入同步轉(zhuǎn)矩較大，起動性能良好。如負載轉(zhuǎn)矩不超過****磁滯轉(zhuǎn)矩，電動機將穩(wěn)定同步運行，其功率角9將隨負載轉(zhuǎn)矩而變化，但不能超過磁滯角θb。然而它的牽出同步轉(zhuǎn)矩(失步轉(zhuǎn)矩)卻不大，理論上等于滿載轉(zhuǎn)矩。
另一方面，普通磁阻電動機雖無起動轉(zhuǎn)矩，牽入同步轉(zhuǎn)矩也較小，但其失步轉(zhuǎn)矩較大，在功率角θ=45o電角度時，達****同步轉(zhuǎn)矩。因此，為了全面提高同步電動機的牽入和牽出同步轉(zhuǎn)矩，獲得****性能，可將這二種電動機結(jié)合起來，制成磁滯一磁阻電動機，又稱反應(yīng)式磁滯電動機。在這種組合型同步電動機中，可有效地同時利用磁滯效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。
磁滯電動機的轉(zhuǎn)子一般都由鐵鈷釩(fe—co—v)或鐵鈷鉬(fe—co—mo)合金制成圓筒形，如將它的轉(zhuǎn)子制成凸極形，即相差90。電角度的軸上磁阻不同，則該電動機還能產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，與其磁滯轉(zhuǎn)矩迭加。在低于同步速運行時，磁阻轉(zhuǎn)矩進一步增大了牽入同步轉(zhuǎn)矩；在轉(zhuǎn)子達到同步速運行時，合成的****同步轉(zhuǎn)矩是磁滯效應(yīng)和磁阻效應(yīng)共同產(chǎn)生的，因此它的失步轉(zhuǎn)矩增大，其它性能也有所改善。
早在1916年，蘇聯(lián)制造的cii型單相罩極同步電動機就是這種電動機的雛型。70年代磁滯一磁阻電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，大都是將轉(zhuǎn)子外圓磨出平面或在轉(zhuǎn)子外表面開對稱的小槽，平面數(shù)或小槽數(shù)等于電動機的極數(shù)。顯然，這將造成氣隙不均勻，引起氣隙磁阻的脈動，產(chǎn)生齒諧波，從而導(dǎo)致附加損耗和電磁噪聲增大。本文介紹一種均勻氣隙的單相磁滯一磁阻電動機的結(jié)構(gòu)特點，并舉實例對比磁阻一磁滯電動機和普通磁滯電動機的額定運行性能和失步點的性能。
1 結(jié)構(gòu)特點
均勻氣隙的單相磁滯一磁阻電動機的原理線路和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
定子上有在空問正交的主、副二繞組m、a，副繞組電路串接電容以獲得圓形磁場；轉(zhuǎn)子磁滯環(huán)1內(nèi)壁開有4個對稱的磁阻槽2，使其形成一個4極轉(zhuǎn)子，這樣，氣隙仍保持均勻不變。磁滯環(huán)套在非磁性軸套3的外面。
原理線路和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。定子上有在空問正交的主、副二繞組m、a，副繞組電路串接電容以獲得圓形磁場；轉(zhuǎn)子磁滯環(huán)1內(nèi)壁開有4個對稱的磁阻槽2，使其形成一個4極轉(zhuǎn)子，這樣，氣隙仍保持均勻不變。磁滯環(huán)套在非磁性軸套3的外面。
2實例和比較
以普通磁滯電動機為例額定輸出功率p2n=80w，額定電壓ul=220v，頻率f=50hz，4極，單相電容運轉(zhuǎn)。
定子數(shù)據(jù)：
鐵心內(nèi)徑dil=6．0cm
鐵心長度l=7．2cm
槽數(shù)zl=24
每相串聯(lián)匝數(shù)wl=940匝線徑φ=0．47mm繞組型式，二相對稱正弦繞組，分布如圖2所示。
副相串接電容值c=6μf
轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)：
磁滯環(huán)外經(jīng)d=5．96cm
磁滯環(huán)內(nèi)經(jīng)d試=4．50cm
磁滯環(huán)長度l=7．2cm
磁滯材料選用fe—co—mo系2j25型合金，該系材料熱處理穩(wěn)定，鍛件性能不變。工藝簡單，且含鈷量較低，材料價格比較便宜，其磁性能為
br=10000gs
hc=2000e
pμ=3．8×105erg／cm3·hz
為便于比較，新設(shè)計的磁滯一磁阻電動機采用與上述磁滯電動機完全相同的定子，轉(zhuǎn)子環(huán)采用相同的磁滯材料和內(nèi)、外徑尺寸，但在磁滯環(huán)內(nèi)圓表面均布有4個相同的磁阻槽，其尺寸為
磁滯環(huán)外徑d=5．96cm
磁滯環(huán)內(nèi)徑did=4．50cm
實踐表明，磁滯—磁阻電動機的****轉(zhuǎn)矩與比值β=bp／τ，△d／di1／2和s／△d有密切關(guān)系。計算和試驗證明宜取β=0．8～0．9；但不宜過大，否則q軸處磁滯環(huán)內(nèi)磁密過高，磁滯轉(zhuǎn)矩減小太多。故取 |
