Синхронный реактивно-гистерезисный двигатель

Дмитрий Левкин
Реактивно-гистерезисный электродвигатель - это гибридный синхронный электродвигатель с явно выраженными полюсами, ротор которого выполнен из магнитотвердого материала с большим остаточным намагничиванием. Пуск электродвигателя происходит за счет асинхронного и гистерезисного моментов, а работа - за счет гистерезисного и реактивного моментов.

Самозапускающийся синхронный реактивно-гистерезисный двигатель с редуктором был изобретен в 1916 г. Г.Е. Уорреном (Henry Ellis Warren). Данные электродвигатели выполнялись маломощными и широко применялись до недавнего времени для привода программных и временных механизмов (лентопротяжные механизмы, реле времени, электрические часы и т.п.).

  • Реактивно-гистерезисный электродвигатель
    Реактивно-гистерезисный двигатель
  • Ротор с редуктором электродвигателя Уоррена
    Ротор с редуктором электродвигателя Уоррена

Конструкция реактивно-гистерезисного электродвигателя

Синхронный реактивно-гистерезисный двигатель, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор - неподвижная часть, ротор - вращающаяся часть.

Статор однофазного реактивно-гистерезисного электродвигателя подобен статору однофазного асинхронного электродвигателя с экранированными полюсами и имеет шихтованный двухполюсный сердечник с явно выраженными полюсами. Для упрощения установки однофазной обмотки сердечник статора выполняют разборным, состоящим из двух половин. Полюсы сердечника статора оканчиваются полюсными наконечниками. Каждый полюс разделен на две равные части продольным пазом, на одной из частей расположены короткозамкнутые медные экранирующие витки, обеспечивающие получение в однофазном двигателе вращающегося магнитного поля [2]. Двигатели с экранированными полюсами нереверсивны - ротор всегда вращается только в одну сторону - от неэкранированной части полюса статора к экранированной.

Конструкция синхронного реактивно-гистерезисного электродвигателя
Конструкция синхронного реактивно-гистерезисного электродвигателя

Ротор включает две или более пластин (дисков) толщиной по 0,4 мм из закаленной магнитотвердой стали. Для создания гистерезисного момента выбирается сталь с большим остаточным намагничиванием. Пластины имеют форму колец с перемычками. Магнитное сопротивление ротора в направлении перемычек меньше, и поэтому магнитные проводимости по продольной xd и поперечной осям xq не равны, что обеспечивает получение на роторе еще и реактивного момента. Кольцевой обод на пластинах ротора обеспечивает получение асинхронного и гистерезисного моментов. Ротор закреплен на валу с помощью прорезей в перемычках пластин. Вал электродвигателя связан с редуктором, понижающим частоту вращения и увеличивающим вращающий момент. Ротор с редуктором помещен в герметичный корпус из немагнитного металла.

Принцип работы синхронного реактивно-гистерезисного двигателя

В реактивно-гистерезисном электродвигателе создается три электромагнитных вращающих момента. При пуске двигателя на ротор действуют вихревой и гистерезисный моменты. При этом магнитный гистерезис стального ротора снижает КПД двигателя, но значительно увеличивает пусковой момент. После пуска ротор втягивается в синхронизм и вращается с неизменной синхронной частотой под действием реактивного и гистерезисного моментов.

Преимущества и недостатки

Синхронные реактивно-гистерезисные двигатели Уоренна при сравнительно больших габаритных размерах и массе имеют низкие энергетические показатели (КПД и cosφ). Однако они широко применялись в автоматических устройствах благодаря простоте конструкции, технологичности и возможности работы от однофазного питания.

Серии однофазных реактивно-гистерезисных двигателей

Промышленностью СССР изготавливались однофазные синхронные реактивно-гистерезисные двигатели серий ДСД и ДСДР. Для возможности осуществления реверса в двигателях серии ДСДР на полюсах статора вместо короткозамкнутых витков расположены четыре катушки, по две на каждом полюсе на обеих его половинах. Концы катушек выведены на клеммную колодку. Замыкая ту или иную пару катушек, осуществляется изменение направления вращения электродвигателя. Механическая мощность таких двигателей не превышает 14 мкВт [2].