磁滞电动机

一款同步电动机

磁滞电动机是利用转子上产生的磁滞转矩起动和运行的小功率同步电动机。磁滞电动机具有结构简单、启动方便、噪音小等优点，但它的瞬态稳定性较差、效率低，在要求较低转速的场合下，需靠齿轮来减速。

产品结构

铁磁材料中普遍存在磁滞现象，即磁通密度的变化滞后于磁场强度的变化。磁滞电动机就是一种利用磁滞性能良好的材料产生转矩的电动机。

磁滞电动机的定子结构和感应电动机相似，定子铁心由硅钢片叠压而成，上面冲有均匀分布的槽，用以放置绕组；绕组可以是三相，也可以是单相。单相磁滞电动机常采用电容器分相起动，在容量特别小时也有采用罩极结构实现起动的。

磁滞电动机的转子为光滑圆柱体，分内外两层，无任何绕组。内层为磁性或非磁性套筒，外层由磁滞材料制成，不预先充磁，结构如图1所示。常用的磁滞材料有铁钻钒系合金和铁钴钼系合金。

工作原理

为了理解磁滞电动机的工作原理。固定转子被可顺时针自由转动的N、S极包围。转子由高抗磁力的陶瓷材料组成。这是电阻接近绝缘体的永磁材料。所以转子中不可能产生涡流。

磁场转动使转子磁化，在转动N、s极下产生不同极性的磁极。实际上，旋转磁场不断调整转子中的磁畴。显然，磁畴每走过一个完整周期（或磁滞回线），磁场就完成一次完整旋转。因此转子中产生磁滞损耗，与磁滞回线的面积成比例。这些损耗使转子温度上升。

假定每次旋转的磁滞损耗为焦耳，每分钟场旋转n次。转子每分钟的能量损耗为：

相应的功率（耗散在热量上的）为：

但是转子耗散的功率只能来自用于驱动N、S极的机械功率。这个功率为：

因为，有

而

式中，T是施加在转子上的转矩（）；是每转转子损耗的磁滞能量（J/r）；6.28是常数（精确值是2π）。

上式表明驱动磁体所需要的转矩是常数，与转子转速无关。换句话说，不管磁极转得是快是慢，施加在转子上的转矩总是一样的。区分磁滞电动机和其他电动机的正是这一基本属性。

旋转磁场通常由三相定子或有副绕组的两相定子产生。当磁滞转子放进这样的定子中时，便会立刻加速直到同步转速。加速转矩基本恒定，如图2中a曲线所示。这和笼型感应电动机完全不同，后者随着转速接近同步转速，转矩逐渐降低到零。

由于大型配电系统频率固定，磁滞电动机用于电子时钟和其他精确定时装置。

它也用来驱动录音机、唱盘和其他精密的音频设备。在这些装置中，恒定的转速当然是追求的功能。而磁滞电动机特别适合驱动这些装置是因为它的高惯性。惯性阻碍许多电动机（比如磁阻电动机）加速因为达到同步时旋转磁场必须突然锁定。磁滞电动机因为保持恒转矩直到同步转速，故没有这样的突变。

当电动机加速时，全转矩可以带动机械负载并克服惯性。刚达到同步转速，转子磁极还有磁性所以电动机像永磁同步电动机一样运转。转子磁极滞后定子磁极一定角度，大小取决于加在负载上的机械转矩。

产品特性

起动特性

在磁滞电动机起动过程中，存在两种转矩，即磁滞转矩和涡流转矩，其转矩一转速特性如图3所示。无论是工作在同步状态还是异步状态，最大磁滞转矩都相同，与电动机的转速无关，即：

式中，P为极对数；为磁滞材料的比磁滞损耗[]；为磁滞材料的体积。

定子磁场旋转时，在转子中感应出涡流，涡流与定子旋转磁场相互作用产生转矩，称为涡流转矩。当磁滞电动机静止时，涡流转矩最大，在牵入同步后，涡流损耗为零。由于磁滞材料的电阻率很大，其中的涡流很小，可以忽略不计，涡流主要存在于转子铁心中。若采用整块铁心，可使磁滞电动机的起动转矩提高50%～120%；当使用叠片铁心时，涡流转矩很小，可以忽略不计。

磁滞转矩和涡流转矩的共同作田，使起动转矩较大。由于磁滞转矩在整个起动过程中不变，磁滞电动机可以将转动惯量较大的负载平滑地牵入同步。

工作特性

磁滞电动机的工作特性如图4所示。当外加电压和频率一定时，电动机的转速n、电流，输入功率、效率、功率因数、输出功率随输出转矩的变化而变化。在同步运行时，由于磁滞材料的磁导率很低，需要的磁化电流较大，使其效率和功率因数较低，通常效率，功率因数。负载变化时，电动机的电流变化不大。

为改善磁滞电动机的性能，有时采用过励的方法，即在磁滞电动机同步运行时，采用提高电源端电压或在电路中串联电容的方法，在短时（2~3个周期）内增大定子电流以加强对转子的磁化，使其成为永磁同步电动机运行。这一措施必须在起动完成后实施，否则将影响起动性能。

特点应用

磁滞电动机具有较大的起动转矩，能自行牵入同步并稳定运行在同步状态，结构简单，工作可靠，机械强度高，适合于高速运转，并且起动电流小，电磁噪声低。但与其他类型的同步电动机相比，其重量和体积较大，价格较贵，效率和功率因数较低。磁滞电动机一般只用于120W以下要求转速恒定的场合，特别适宜于驱动转动惯量较大、转速恒定、起动频繁、恒转矩的负载。

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