Co je to hysterezní motor: Konstrukce, práce a její aplikace

NA motor je elektrické zařízení, kde je vstup uveden v elektrické formě jako proud nebo napětí a získaný výstup je v mechanické formě jako točivý moment nebo síla. Elektromotory jsou rozděleny do dvou typů, jmenovitě Stejnosměrné motory jako střídavé a kartáčované a střídavé motory jako synchronní střídavý motor a asynchronní střídavý motor. Synchronní motory se dělí na dva typy, například Nonexcited (Reluctance & Hysteresis) a Direct Current Excited. Asynchronní střídavé motory jsou indukční a komutátorové. Hysterezní motor je subklasifikace synchronního motoru, tyto motory se používají hlavně v bezhlučném provozním prostředí s konstantní rychlostí. Několik aplikací hysterezního motoru je zvukový záznam a experimenty produkující zvuk, jako jsou elektrické hodiny, magnetofony, gramofony atd.

Co je Hysteresis Motor?

Definice: Hysterezní motor pracuje na principu hysterezních ztrát (jedná se o ztrátu způsobenou magnetizací a demagnetizací materiálu v závislosti na směru toku proudu). Může být provozován buď pomocí jedné fáze nebo tří fází a v bezhlučném provozním prostředí udržuje konstantní rychlost. Kroutící moment generovaný v motoru je způsoben hysterezí a vířivým proudem, který je indukován v důsledku vinutí statoru. Existují 4 typy hysterezního motoru

• Válcový typ
• Typ disku
• Typ obvodového pole
• Typ axiálního pole

Konstrukční rys hysterezního motoru

Hlavní části hysterezního motoru jsou stator a rotor, stator je podobný jednofázovému nebo třífázovému (s využitím třífázového vyváženého vinutí) motoru. Kde jednofázový motor je klasifikován do dvou typů typu stínovaného pólu a typu trvalé rozdělené kapacity.

• Výhodou motoru se stíněným pólem je, že zabírá menší plochu a vyžaduje nižší náklady, nevýhodou však je, že generovaný točivý moment není rovnoměrný, což způsobuje hlučný provoz.
• Použitím děleného kapacitního rotoru je zajištěno vyvážené dvoufázové napájení, které generuje rovnoměrný točivý moment s bezhlučným provozem. Nevýhodou však je, že zabírá větší plochu a náklady jsou vysoké.

hysterezní motor

Rotor je vyroben z hysterezního materiálu, který obsahuje řadu hysterezních kroužků (vyrobených z tvrdého chromu nebo kobaltu nebo oceli), které mají velmi velkou hysterezní smyčku. Používá se ke snížení ztrát vířivým proudem. Protože má větší váhu k překonání této nevýhody, používáme nemagnetický materiál (také známý jako pavouk) vyrobený z hliníku, který je přítomen ve střední části motoru. Hlavní výhodou tohoto nemagnetického materiálu je, že odlehčuje hmotnost rotoru tím, že zvyšuje rychlost motoru a snižuje hodnotu setrvačnosti.

Pracovní princip hysterezního motoru

Hysterezní motor se spouští jako jednofázový indukční motor a běží jako synchronní motor, což lze pozorovat z následujících podmínek.

pracovní princip

Výchozí stav

Když je stator napájen střídavým proudem, generuje se magnetické pole na hlavním i pomocném vinutí motoru s konstantním rotujícím magnetickým polem. Zpočátku rotory začínají s vířivým momentem a poté dosahují hysterezního momentu. Jakmile dosáhne synchronizace, stator přemění rotor na synchronizaci, kde je točivý moment způsobený vířivými proudy nulový.

Provozní stav v ustáleném stavu

V ustáleném provozním stavu (nebo synchronní stator) indukuje póly na rotoru, kde hysterezní účinek vytvářený v obvodu způsobí, že tok rotoru bude zaostávat za tokem statoru pod úhlem α. Kde α je úhel mezi magnetickým polem statoru a rotoru (BS a BR). Proto rotor zažívá přitažlivost k rotujícímu statoru s točivým momentem zvaným hysterezní moment, který nezávisí na rychlosti rotoru (čím vyšší je zbytkový magnetismus, tím vyšší je hysterezní moment). Přítomnost vysoké retence umožňuje motoru pracovat buď se synchronní rychlostí, nebo normálně.

B-H křivka

Rovnice hysterezního momentu v hysterezním motoru

Rovnice vířivých proudů je uvedena jako

P_je= k_jeF_dva^dvaB^dva……… 1

Kde

k_je= konstantní

F_dva= frekvence vířivých proudů

B = hustota toku

Víme, že F_dva= sf₁……….dva

S = skluz, f1 = frekvence statoru

Proto P_je= k_jes^dvaF₁^dvaB^dva.. …… ..3

Rovnice točivého momentu je dána vztahem

Ґ_je= str_jem / s w_s…… .4

Ґ_je= k^''s ……… 5

Tam, kde je točivý moment nepřímo úměrný skluzu, což znamená, že při zvyšování otáček rotoru se hodnota krouticího momentu snižuje, a také pokud rychlost motoru dosáhne synchronní rychlosti, skluz a točivý moment se stanou nulovými.

Kde k ’= k_jeF₁^dvaB^dva/ t_s= konstantní

Hysterezní ztráta výkonu a Ph v hysterezním motoru

Ztráta hystereze je dána vztahem

P_h= k_hF_dvaB^1.6……… .6

Nebo

P_h= k_hsf₁B^1.6… ..… .7

Točivý moment způsobený hysterezí je dán vztahem

Ґ_h= str_h/ s w_s= k_hF₁B^1.6/ t_s= k ‘‘ = konstantní ……… ..8

Z výše uvedené rovnice můžeme pozorovat, že pokud kroutící moment, který je vyvíjen v důsledku ztráty hystereze, zůstává konstantní, dokud krouticí moment nedosáhne bodu rozpadu, a při synchronních otáčkách se točivý moment stane nulovým.

Ph v hysterezi motoru

Ztráty hystereze generované v motoru jsou přímo úměrné ploše průřezu pod hysterezní křivkou. Tam, kde jsou tyto ztráty rozptýleny ve formě tepla. Ztráty lze odvodit z následujících rovnic,

Rozptýlená energie v rotoru se udává jako

W = N_sJE_h(JE_h= ztráta hystereze na otáčku) ……… 9

Kde je energie rozptýlena ve formě tepla, které je dáno

P_h= W / t = N_sJE_h/ 60 ………… 10

Mechanická síla, která pohání rotor, je dána vztahem

P_h= 2Π N_sT_h/ 60 …… 11

Při vyrovnávání obou sil, které dostaneme

2Π N_sT_h/ 60 = N_sJE_h/ 60 ……… 12

T_h= rotory vyvíjely točivý moment [N-m] E_h= hysterezní energie.

Charakteristika točivého momentu hysterezního motoru

Charakteristiku momentu a rychlosti hysterezního motoru lze vysvětlit pomocí následujícího grafu, kde osa x představuje moment a osa y rychlost.

moment-rychlost-charakteristika-hystereze-motoru

• Kroutící moment (spouštění a běh) generovaný v tomto motoru je přibližně stejný.
• Točivý moment generovaný hysterezním motorem při synchronních otáčkách je konstantní.
• Rotor, počáteční točivý moment a vytahovací moment jsou v tomto stavu stejné. Proto motor pracuje bezhlučně s konstantní rychlostí.

Výhody

Níže jsou uvedeny výhody hysterezního motoru

• Absence mechanických vibrací
• Funguje bezhlučně
• Vhodný zejména pro zrychlení setrvačných zatížení

Nevýhody

Níže jsou uvedeny nevýhody hysterezního motoru

• Získaný výkon je ¼násobek indukčního motoru
• Malá velikost
• Točivý moment je menší

Aplikace

Níže jsou uvedeny aplikace hysterezního motoru

• Gramofony
• Elektrické hodiny
• Časovací zařízení atd.

Časté dotazy

1). Co jsou ztráty hysterezí?

Jde o ztrátu způsobenou magnetizací a demagnetizací materiálu v závislosti na směru toku proudu.

2). Co je motor Schrage?

Schrageův motor je vícefázový komutátorový motor, jehož charakteristiky jsou posunuty, přičemž rotor má dvě vinutí, jedno připojené k napájení a druhé ke komutátoru.

3). Co způsobuje hysterezi?

Je to způsobeno magnetizací a demagnetizací materiálu v závislosti na směru toku proudu.

4). Co je synchronní reluktanční motor?

Jedná se o střídavý synchronní motor, který přeměňuje elektrickou energii na mechanickou

5). Jaký je princip hysterezního motoru?

Hysterezní motor pracuje na principu hysterezních ztrát (jedná se o ztrátu způsobenou magnetizací a demagnetizací materiálu v závislosti na směru toku proudu).

Motor je elektrické zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii. Tento článek poskytuje přehled synchronní hysterezní motor který pracuje na principu ztráty hystereze. Generovaný točivý moment zůstává před dosažením synchronní rychlosti konstantní a po dosažení synchronní rychlosti se stává nulovým. Ztráty hystereze jsou oblasti pod B-H křivkou. Kroutící moment (spouštění a běh) generovaný v tomto motoru je přibližně stejný. Hlavní výhodou je, že pracuje bezhlučně.