موتور هیسترزیس -ساختار-نحوه عملکرد

در این مقاله قصد داریم در مورد موتور هیسترزیس، ساختار، نحوه عملکرد و سایر ویژگی‌های آن صحبت کنیم.

فهرست مطالب

1- موتور هیسترزیس چیست؟

2- اصول کار موتور هیسترزیسی چیست؟

3- تلفات توان، گشتاور و سرعت هیسترزیس

4- انواع موتور هیسترزیسی، مزایا، معایب و کاربردها

————————————————–

1- موتور هیسترزیس چیست؟

موتور هیسترزیس به عنوان یک موتور سنکرون تعریف شده‌است که دارای روتور استوانه‌ای‌است و بر اساس تلفات هیسترزیس ناشی از روتور فولاد سخت‌شده با قدرت نگه‌داری بالای مغناطیس کار می‌کند. این موتور تک فاز‌است و روتور آن از جنس فرومغناطیسی با ساپورت غیر مغناطیسی بر روی شافت ساخته شده‌است.

ویژگی ساختاری موتور هیسترزیس

موتورهیسترزیسی از قطعات زیر تشکیل شده‌است:

• 1- استاتور
• 2- سیم‌پیچ استاتور تک فاز
• 3- روتور
• 4- شافت
• 5- سیم‌پیچ سایه بان

استاتور: استاتور موتور هیسترزیس به طور خاص برای تولید میدان گردشی سنکرون از منبع تک فاز طراحی شده‌است. استاتور دو سیم‌پیچ ، الف) سیم‌پیچ اصلی (ب) سیم‌پیچ کمکی دارد. در نوع دیگری از طراحی موتور هیسترس ، استاتور قطبهای نوع سایه دار [1]را نگه می‌دارد.

روتور: روتور موتور هیسترزیس از مواد مغناطیسی ساخته‌شده‌است که خاصیت با تلفات هیسترزیسی بالایی دارد.نمونه این نوع مواد کروم ، فولاد کبالت یا آلنیکو یا آلیاژ است. تلفات هیسترزی به دلیل مساحت زیاد حلقه هیسترزی ایجاد می‌شود. روتور هیچ سیم‌پیچ یا دندانه‌ای ندارد. قسمت استوانه‌ای مغناطیسی روتور به وسیله مواد غیر مغناطیسی مانند برنج بر روی شافت مونتاژ می‌شود. روتور از مقاومت بالایی برای کاهش تلفات جریان گردابی برخوردار‌ست.

————————————————–

2- اصول کار موتور هیسترزیسی

رفتار راه‌اندازی موتور هیسترزیسی مانند یک موتور القایی تک فاز‌است و عملکرد آن مانند  یک موتور سنکرون‌است.

در شرایط راه‌اندازی

• هنگامی که استاتور با جریان AC تک فاز برق دار می‌شود ، میدان مغناطیسی در حال چرخش در استاتور تولید می‌شود.
• برای حفظ میدان مغناطیسی در حال چرخش ، سیم‌پیچ‌های اصلی و کمکی باید به طور مداوم هم در زمان راه اندازی و هم در زمان کار باید برقدار بمانند
• در شروع ، با پدیده القایی ، به وسیله میدان مغناطیس دوار استاتور ولتاژ ثانویه در روتور القا می‌شود. از این رو جریان گردابی در روتور ایجاد می‌شود و روتور مورد نیاز ما را می‌سازد .
• بدین ترتیب گشتاور جریان گردابی همراه با گشتاور هیسترزیس در روتور ایجاد‌می‌شود. گشتاور هیسترزیس در روتور به علت ماده مغناطیسی روتور با خاصیت تلفات هیسترزیس بالا و و خاصیت حفظ مغناطیسی بالا ایجاد‌می‌شود.
• روتور قبل از رفتن به حالت کار پایدار به فرکانس لغزشی می‌رود
• بنابراین می‌‌توان گفت هنگامی که روتور با کمک این گشتاور جریان گردابی ناشی از پدیده القایی شروع به چرخش کرد ، مانند یک موتور القایی تک فاز رفتار می‌کند.

در حالت کار پایدار

• هنگامی که سرعت روتور تقریباً به سرعت سنکرون نزدیک شود ، استاتور روتور را به حالت سنکرون می‌کشد.
• در شرایط سنکرون ، حرکت نسبی بین میدان استاتور و میدان روتور از بین می رود. بنابراین هیچ پدیده القایی دیگری برای ادامه وجود ندارد. از این رو هیچ جریان گردابی برای تولید در روتور وجود ندارد. بنابراین گشتاور ناشی از جریانهای گرداب ناپدید می‌شود.
• در زمان چرخش روتور با سرعت سنکرون ، چرخش شار میدان مغناطیسی در استاتور قطب هایی را توسط خاصیت القایی در روتور ایجاد می‌کند. آنها به عنوان قطب‌های شمالی (N) و جنوبی (S) نامگذاری شده‌اند. بنابراین روتور به عنوان یک آهنربای دائمی با محور روتور به عنوان محور مغناطیسی القا شده، رفتار می‌کند.
• به دلیل خاصیت پایداری مغناطیسی ، مقاومت قطب روتور پایدار یا بدون تغییر‌است. پایداری مغناطیسی میدان مغناطیسی روتور ، به معنای گشتاور هیسترزیس بیشتر‌است و گشتاور هیسترزیس همیشه از سرعت روتور مستقل‌است. خاصیت پایداری مغناطیسی قل بین استاتور و روتور را امکان پذیر می‌کند و بنابراین موتور با سرعت سنکرون می‌چرخد.
  

  در ادامه شرایط

• حداکثر کار انجام‌شده برای تعیین تلفات هیسترزیس تحت چرخه مغناطیس در روتور برابر با سطح داخل منحنی حلقه هیسترزیس B-H‌است.
• در گشتاور با بار کمتی ، کار لازم برای چرخش روتور برابر با حداکثر کار مغناطیس پدیده هیسترزیس‌است که در حال حاضر در روتور وجود دارد. بنابراین محور قطب مغناطیسی القا شده همیشه محور میدان مغناطیسی در حال چرخش استاتور را بدون هیچ زاویه تاخیر دنبال می‌کند.
• اما هنگامی که گشتاور بار به اندازه کافی زیاد‌است ، حداکثر کار مغناطیس در روتور توسط پدیده هیسترزیس نمی تواند نیروی لازم برای چرخش روتور را ایجاد کند.
• بنابراین محور میدان مغناطیسی القا شده یا محور قطب روتور به مقدار زاویه δ_h از محور دوار مغناطیسی استاتور عقب می افتد. از این رو محور قطب روتور سعی می کند به محور میدان مغناطیسی استاتور برسد.
• اگر گشتاور بار افزایش یابد ، این زاویه عقب ماندگی تا δmax  تا خارج شدن از حالت سنکرون و عقب افتادن از میدان سنکرون اتفاق می‌افتد
• قطب های روتور به سمت قطب‌های استاتور جذب می‌شوند و دوباره با سرعت سنکرون کار می‌کنند.

• از آنجا که هیچ لغزشی در حالت حالت عملکرد پایدار وجود ندارد و فقط گشتاور هیسترزیس وجود دارد تا روتور با سرعت سنکرون کار کند و مانند یک موتور سنکرون رفتار می‌کند.

————————————————–

3- تلفات توان، گشتاور و سرعت هیسترزیس

تلفات توان هیسترزیس P_h  در موتور هیسترزیسی چیست؟

تلفات توان هیسترزیس در روتور موتور هیسترزیس توسط داده فرمول زیر داده‌می‌شود

که،

• Fr فرکانس شار معکوس در روتور (هرتز)‌است
• B_max حداکثر مقدار چگالی شار‌است
• Ph تلفات گرمایی ناشی از هیسترزیس (W)‌است
• Kh ثابت هیسترزیس‌است

معادله گشتاور هیسترزیس در موتور هیستریس چیست؟

از معادله گشتاور هیسترزیس ، مشخص است که گشتاور هیسترزیس مستقل از فرکانس و سرعت‌است.

ویژگی گشتاور سرعت هیستریس موتور چیست؟

ویژگی‌های سرعت گشتاور موتور هیسترزیس در زیر آورده شده‌است.

ما می دانیم که گشتاور ثابت هیسترزیسی در موتور هیسترزیس رخ می‌دهد. این گشتاور با مقدار ثابت به موتور اجازه می دهد تا هر باری را که موتور می تواند به آن شتاب دهد سنکرون کند.

محدوده عملیاتی معمول با خط عمودی مشکی ذکر شده‌است.

گشتاور راه اندازی موتور هیسترزیس چیست؟

فرض کنید ΦS شار استاتور با سرعت سنکرون‌است.

Φr شار روتور‌است. به دلیل اثر هیسترزیس ، Φr  با  زاویه  αاز

Φ_S  عقب می‌افتد سپس گشتاور راه اندازی تولید شده توسط فرمول زیر داده‌می‌شود

K ثابت تناسبی‌است.

ویژگی‌های سرعت گشتاور چیست؟

ویژگی‌های گشتاور سرعت یک موتور هیسترزیس در زیر نشان داده‌شده‌است.

گشتاور تقریباً از زمان راه اندازی تا حالت کاری پایدار ثابت‌است.

در شرایط راه اندازی ، گشتاور راه اندازی گشتاور جریان گردابی و گشتاور هیسترزیس‌است. اما در شرایط در حال کار گشتاور اجرا گشتاور هیسترزیس‌است.

————————————————–

4- انواع موتور هیسترزیسی، مزایا، معایب و کاربردها

انواع موتورهای هیسترزیسی 

انواع مختلفی از موتور هیسترزیسی از نظر ساختار وجود دارد. آن ها عبارتند از:

• موتورهای استوانه ای هیسترزیس: دارای روتور استوانه ای‌است.
• موتورهای هیسترزیس دیسکی: دارای روتور به شکل حلقه‌است‌ست.
• موتور هیسترزیس میدان-جانبی: دارای روتوری‌است که توسط حلقه ای از مواد غیر مغناطیسی با نفوذپذیری مغناطیسی صفر ساپورت‌می‌شود.
• موتور هیسترزی میدان-محوری: دارای روتور‌است که توسط حلقه ای از ماده مغناطیسی با نفوذپذیری مغناطیسی نامحدود پشتیبانی‌می‌شود.

مزایای استفاده از موتور هیسترزیسی 

مزایای اصلی موتور هیسترزیسی در زیر آورده شده‌است.

• از آنجا که هیچ دندانه و سیم‌پیچ در روتور وجود ندارد ، هیچ لرزش مکانیکی در حین کار آن اتفاق نمی افتد.
• عملکرد آن آرام و بی صدا‌ست زیرا هیچ لرزشی وجود ندارد.
• برای شتاب به بارهای با اینرسی مناسب‌است.

معایب استفاده از موتور هیسترزیسی

معایب موتور هیسترزیس در زیر آورده‌شده‌است.

• موتور هیستریس دارای بازده ضعیفی‌است که یک چهارم خروجی موتور القایی با همان ابعاد‌است.
• راندمان پایین
• گشتاور کم.
• ضریب توان پایین
• این نوع موتور فقط در اندازه های بسیار کوچک موجود‌است.

کاربردهای موتور هیسترزیس

آنها به طور گسترده در موارد ذیل مورد‌استفاده قرار می‌گیرند

• تجهیزات تولید صدا ،
• ابزارهای ضبط صدا ،
• ضبط کننده‌ها با کیفیت بالا ،
• دستگاه‌های زمان بندی
• ساعت‌های برقی ،
• چاپگر راه دور

[1] shaded type

مقالات مرتبط:

سرو موتور – انواع ، ساختار ، کارکرد ، کنترل کردن و کاربرد

موتورهای DC بدون جاروبک (‌BLDC) _ ساختار ، نحوه کار و کاربرد

تفاوت بین موتور القایی و موتور سنکرون

تفاوت های بین ترانسفورماتور و موتورهای القایی

ماشین‌های الکتریکی: ترانسفورماتور، موتور و ژنراتور

لینک زبان اصلی مقاله:

Hysteresis Motor