•                                                          磁滯電動機

  
  

    磁滯電動機是利用轉子上產生的磁滯轉矩起動和運行的小功率同步電動機。磁滯電動機具有結構簡單、啟動方便、噪音小等優點，但它的瞬態穩定性較差、效率低，在要求較低轉速的場合下，需靠齒輪來減速。

磁滯電動機的結構

    鐵磁材料中普遍存在磁滯現象，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生轉矩的電動機。

   磁滯電動機的定子結構和感應電動機相似，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構實現起動的。

磁滯電動機的轉子為光滑圓柱體，分內外兩層，無任何繞組。內層為磁性或非磁性套筒，外層由磁滯材料制成，不預先充磁，結構如下圖所示。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。圖示為固定轉子被可順時針自由轉動的N、S極包圍。轉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。所以轉子中不可能產生渦流。

磁場轉動使轉子磁化，在轉動N、s極下產生不同極性的磁極。實際上，旋轉磁場不斷調整轉子中的磁疇。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。因此轉子中產生磁滯損耗，與磁滯回線的面積成比例。這些損耗使轉子溫度上升。

假定每次旋轉的磁滯損耗為

焦耳，每分鐘場旋轉n次。轉子每分鐘的能量損耗為：

相應的功率（耗散在熱量上的）為：

但是轉子耗散的功率只能來自用于驅動N、S極的機械功率。這個功率為：

因為

，有

而

式中，T是施加在轉子上的轉矩（

）；

是每轉轉子損耗的磁滯能量（J/r）；6.28是常數（精確值是2π）。

上式表明驅動磁體所需要的轉矩是常數，與轉子轉速無關。換句話說，不管磁極轉得是快是慢，施加在轉子上的轉矩總是一樣的。區分磁滯電動機和其他電動機的正是這一基本屬性。

旋轉磁場通常由三相定子或有副繞組的兩相定子產生。當磁滯轉子放進這樣的定子中時，便會立刻加速直到同步轉速。加速轉矩基本恒定，如下圖a曲線所示。這和籠型感應電動機完全不同，后者隨著轉速接近同步轉速，轉矩逐漸降低到零。

由于大型配電系統頻率固定，磁滯電動機用于電子時鐘和其他精確定時裝置。

它也用來驅動錄音機、唱盤和其他精密的音頻設備。在這些裝置中，恒定的轉速當然是追求的功能。而磁滯電動機特別適合驅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磁場必須突然鎖定。磁滯電動機因為保持恒轉矩直到同步轉速，故沒有這樣的突變。

當電動機加速時，全轉矩可以帶動機械負載并克服慣性。剛達到同步轉速，轉子磁極還有磁性所以電動機像永磁同步電動機一樣運轉。轉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，存在兩種轉矩，即磁滯轉矩和渦流轉矩，其轉矩一轉速特性如下圖所示。無論是工作在同步狀態還是異步狀態，最大磁滯轉矩

都相同，與電動機的轉速無關，即：

式中，P為極對數；

為磁滯材料的比磁滯損耗[

]；

為磁滯材料的體積。

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

磁滯轉矩和渦流轉矩的共同作田，使起動轉矩較大。由于磁滯轉矩在整個起動過程中不變，磁滯電動機可以將轉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，電動機的轉速n、電流

，輸入功率

、效率

、功率因數

、輸出功率

隨輸出轉矩

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

，功率因數

。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電容的方法，在短時（2~3個周期）內增大定子電流以加強對轉子的磁化，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用

磁滯電動機具有較大的起動轉矩，能自行牽入同步并穩定運行在同步狀態，結構簡單，工作可靠，機械強度高，適合于高速運轉，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，效率和功率因數較低。磁滯電動機一般只用于120W以下要求轉速恒定的場合，特別適宜于驅動轉動慣量較大、轉速恒定、起動頻繁、恒轉矩的負載。