Синхронный двигатель с постоянными магнитами

Принцип работы синхронных двигателей с постоянными магнитами основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля обмотки статора с полем постоянных магнитов, расположенных на роторе. Если числа пар полюсов статора и ротора равны, а скорости вращения полей одинаковы (синхронный режим), то возникает постоянное электромагнитное притяжение разноименных полюсов статора и ротора, что вызывает появление электромагнитного момента. Этот момент называемый синхронным, в среднем равен нулю, если скорость ротора отлична от синхронной. Поэтому синхронный двигатель с постоянными магнитами не имеет пускового момента. Для пуска двигателя на роторе устраивают короткозамкнутую обмотку, с помощью которой ротор двигателя разгоняется до скорости, близкой к синхронной, и под действием синхронного момента входит в синхронизм. Таким образом, ротор двигателя должен сочетать в себе элементы синхронного двигателя (постоянные магниты) и асинхронного (короткозамкнутую обмотку).

Достоинства: высокие технико-экономические показатели в номинальном режиме, небольшие габариты. Недостаток – высокая стоимость из-за постоянных магнитов.

Реактивный синхронный двигатель

Работа синхронного реактивного двигателя основана на взаимодействии кругового вращающегося магнитного поля статора с явнополюсным невозбужденным ротором. Для выяснения принципа работы положим, что поле статора образовано двухполюсной обмоткой и неподвижно. Явнополюсный ротор займет по отношению к полю статора положение, соответствующее максимальной магнитной проводимости (магнитная проводимость определяется воздушным зазором). При повороте ротора вправо или влево от этого положения возникает момент, который направлен в противоположную строну и имеет максимальное значение, если угол поворота Θ = 45°. В положении Θ = 90°, момент также равен нулю, как и при Θ = 0, но это положение ротора не являемся устойчивым.

Постоянный синхронный момент возникает в двигателе только при синхронной скорости. Для запуска двигателя на его роторе устраивают короткозамкнутую обмотку. Пуск таких двигателей осуществляется непосредственным включением в сеть переменного тока.

Достоинства реактивных синхронных двигателей: простота конструкции, низкая стоимость, надежность.

Недостатки: низкие технико-экономические показатели (по габаритам такой двигатель в 2 раза больше, чем двигатель с постоянными магнитами).

Гистерезисный синхронный двигатель

Статор гистерезисного двигателя выполняется аналогично статору асинхронного двигателя: на нем имеется обмотка, создающая вращающееся магнитное поле (трехфазная, двухфазная с постоянно включенной емкостью и т.п.). Ротор двигателя сделан из магнитотвердого материала и обмоток не имеет. Вращающий момент гистерезисного двигателя возникает за счет сильно выраженного гистерезиса материала ротора. Сущность гистерезиса состоит в том, что при изменении (вращении) внешнего по отношению к ротору магнитного поля элементарные магниты вследствие сил молекулярного трения устанавливаются (поворачиваются) по направлению поля с некоторым отставанием.

При включении обмотки статора в сеть переменного тока в машине образуется вращающееся магнитное поле; при этом наведенные полюсы ротора вращаются с той же частотой, что и полюсы статора. При наличии гистерезиса под действием сил молекулярного трения наведенные полюсы ротора смещаются относительно полюсов статора на некоторый угол Θ, этот угол зависит от характеристики петли гистерезиса. При взаимодействии полюсов статора и ротора появляется вращающий электромагнитный момент.

Достоинство – высокий пусковой момент (гистерезисный момент возникает также и при пуске, кроме того возникает асинхронный момент).

Недостатки: высокая стоимость из-за высокой стоимости материала ротора; низкий коэффициент мощности (0,2 - 0,5) из-за плохой магнитной проницаемости магнитотвердых материалов.