磁滯電動機

鐵磁材料中普遍存在磁滯現象，即磁通密度的變化滯後於磁場強度的變化。磁滯電動機就是一種利用磁滯性能良好的材料產生轉矩的電動機。

磁滯電動機的定子結構和感應電動機相似，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成，上面衝有均勻分佈的槽，用以放置繞組；繞組可以是三相，也可以是單相。單相磁滯電動機常採用電容器分相起動，在容量特別小時也有采用罩極結構實現起動的。

磁滯電動機的轉子為光滑圓柱體，分內外兩層，無任何繞組。內層為磁性或非磁性套筒，外層由磁滯材料製成，不預先充磁，結構如圖1所示。常用的磁滯材料有鐵鑽釩系合金和鐵鈷鉬系合金 ^[2]  。

為了理解磁滯電動機的工作原理。固定轉子被可順時針自由轉動的N、S極包圍。轉子由高抗磁力的陶瓷材料組成。這是電阻接近絕緣體的永磁材料。所以轉子中不可能產生渦流。

磁場轉動使轉子磁化，在轉動N、s極下產生不同極性的磁極。實際上，旋轉磁場不斷調整轉子中的磁疇。顯然，磁疇每走過一個完整週期（或磁滯回線），磁場就完成一次完整旋轉。因此轉子中產生磁滯損耗，與磁滯回線的面積成比例。這些損耗使轉子温度上升 ^[3]  。

假定每次旋轉的磁滯損耗為

焦耳，每分鐘場旋轉n次。轉子每分鐘的能量損耗為：

相應的功率（耗散在熱量上的）為：

但是轉子耗散的功率只能來自用於驅動N、S極的機械功率。這個功率為：

因為

，有

而

式中，T是施加在轉子上的轉矩（

）；

是每轉轉子損耗的磁滯能量（J/r）；6.28是常數（精確值是2π）。

上式表明驅動磁體所需要的轉矩是常數，與轉子轉速無關。換句話説，不管磁極轉得是快是慢，施加在轉子上的轉矩總是一樣的。區分磁滯電動機和其他電動機的正是這一基本屬性。

旋轉磁場通常由三相定子或有副繞組的兩相定子產生。當磁滯轉子放進這樣的定子中時，便會立刻加速直到同步轉速。加速轉矩基本恆定，如圖2中a曲線所示。這和籠型感應電動機完全不同，後者隨着轉速接近同步轉速，轉矩逐漸降低到零。

由於大型配電系統頻率固定，磁滯電動機用於電子時鐘和其他精確定時裝置。

它也用來驅動錄音機、唱盤和其他精密的音頻設備。在這些裝置中，恆定的轉速當然是追求的功能。而磁滯電動機特別適合驅動這些裝置是因為它的高慣性。慣性阻礙許多電動機（比如磁阻電動機）加速因為達到同步時旋轉磁場必須突然鎖定。磁滯電動機因為保持恆轉矩直到同步轉速，故沒有這樣的突變。

當電動機加速時，全轉矩可以帶動機械負載並克服慣性。剛達到同步轉速，轉子磁極還有磁性所以電動機像永磁同步電動機一樣運轉。轉子磁極滯後定子磁極一定角度，大小取決於加在負載上的機械轉矩 ^[3]  。

在磁滯電動機起動過程中，存在兩種轉矩，即磁滯轉矩和渦流轉矩，其轉矩一轉速特性如圖3所示。無論是工作在同步狀態還是異步狀態，最大磁滯轉矩

都相同，與電動機的轉速無關，即：

式中，P為極對數；

為磁滯材料的比磁滯損耗[

]；

為磁滯材料的體積。

定子磁場旋轉時，在轉子中感應出渦流，渦流與定子旋轉磁場相互作用產生轉矩，稱為渦流轉矩。當磁滯電動機靜止時，渦流轉矩最大，在牽入同步後，渦流損耗為零。由於磁滯材料的電阻率很大，其中的渦流很小，可以忽略不計，渦流主要存在於轉子鐵心中。若採用整塊鐵心，可使磁滯電動機的起動轉矩提高50%～120%；當使用疊片鐵心時，渦流轉矩很小，可以忽略不計。

磁滯轉矩和渦流轉矩的共同作田，使起動轉矩較大。由於磁滯轉矩在整個起動過程中不變，磁滯電動機可以將轉動慣量較大的負載平滑地牽入同步。

磁滯電動機的工作特性如圖4所示。當外加電壓和頻率一定時，電動機的轉速n、電流

，輸入功率

、效率

、功率因數

、輸出功率

隨輸出轉矩

的變化而變化。在同步運行時，由於磁滯材料的磁導率很低，需要的磁化電流較大，使其效率和功率因數較低，通常效率

，功率因數

。負載變化時，電動機的電流變化不大。

為改善磁滯電動機的性能，有時採用過勵的方法，即在磁滯電動機同步運行時，採用提高電源端電壓或在電路中串聯電容的方法，在短時（2~3個週期）內增大定子電流以加強對轉子的磁化，使其成為永磁同步電動機運行。這一措施必須在起動完成後實施，否則將影響起動性能 ^[2]  。

磁滯電動機具有較大的起動轉矩，能自行牽入同步並穩定運行在同步狀態，結構簡單，工作可靠，機械強度高，適合於高速運轉，並且起動電流小，電磁噪聲低。但與其他類型的同步電動機相比，其重量和體積較大，價格較貴，效率和功率因數較低。磁滯電動機一般只用於120W以下要求轉速恆定的場合，特別適宜於驅動轉動慣量較大、轉速恆定、起動頻繁、恆轉矩的負載 ^[2]  。