Специальные машины постоянного тока 47

2. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Машинами постоянного тока с постоян­ными магнитами называют машины, в которых магнитное поле образуется с помощью по­стоянных магнитов. От машин с электромагнитным возбужде­нием они отличаются только устройством магнитной системы. Возможные исполнения магнит­ных систем этих машин (без об­моток возбуждения) представле­ны на рис. 1. Исполнения по рис.1, а, б с радиальным расположением магнитов целе­сообразно применять в много­полюсных машинах при 2p> 4. Из-за малой длины магнитов вдоль линий поля в этом испол­нении заметно проявляется раз­магничивающее действие МДС якоря. Для его ослабления не­обходимо изготовлять магниты из материала с большой коэр­цитивной силой (ферритбариевые магниты) и снабжать маг­ниты полюсными наконечни­ками из магнитно-мягкого материала (рис. 1, а). Исполнение по рис.1, в особенно целе­сообразно при 2р = 2, когда тангенциально расположенные маг­ниты имеют большую длину в направлении намагничивания. В этом случае можно применить магнитные материалы со сравни­тельно небольшой коэрцитивной силой, но с большой удельной энер­гией (альни, альнико, магнико). То же самое можно сказать об исполнении по рис.1, г, в котором магнитная система представ­ляет собой намагниченное определенным образом кольцо из магнит­но-твердого материала. Достоинство этого исполнения — конструктивная простота. Недостаток — ухудшение коммутации из-за ма­лого зазора по поперечной оси и увеличенного поля якоря. Для изго­товления постоянных магнитов используются те же материалы, что и в синхронных машинах с постоянными магнитами.
Дополнительные полюсы, возбуждение которых должно быть принципиально только электромагнитным, в машинах с постоян­ными магнитами не применяются.
Двигатели с постоянными магнитами мощностью от нескольких до сотен ватт находят применение в маломощных приводах автомо­билей и самолетов и в различных системах автоматики. Двигатели используются чаще всего в кратковременных или повторно-кратко­временных режимах; пускаются в ход и реверсируются без реостатов в цепи якоря. Частота вращения двигателей регулируется изме­нением напряжения якоря, применяется также импульсное регули­рование частоты вращения. Последнее производится с помощью реле, управляемого тахогенератором, которое периодически замыкает накоротко добавочный резистор в цепи якоря. В более мощных двигателях используется комбинированное возбуж­дение. В этом случае двигатель снабжается обмоткой возбужде­ния, МДС которой достаточна для регулирования магнитного поля в заданных пределах.
Генераторы постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов получили относительно меньшее распространение, чем аналогичные синхронные. Они находят применение для стабили­зации систем автоматического регулирования в качестве датчиков частоты вращения (тахогенераторов) и т. п.
Для стабилизации напряжения генераторов, работающих при переменной нагрузке, используются комбинированные системы воз­буждения. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения выбирается достаточной для компенсации падения напряжения в цепи якоря и влияния МДС якоря.

Рис. 1. Магнитные системы машин постоянного тока с постоянными маг­нитами.

а — радиальные магниты с полюсными на­конечниками, б — то же без полюсных наконечников; в — тангенциальные маг­ниты; г — кольцевые магниты.

В двухъякорных электромашинных преобразователях для ста­билизации напряжения генератора с постоянными магнитами приме­няется автоматическое регулирование частоты вращения двигателя.

При расчете и проектировании машин постоянного тока с по­стоянными магнитами приходится считаться со своеобразным про­явлением влияния МДС якоря, размагничивающее действие которой слабее, чем в синхронных машинах с постоянными магнитами, но все же достаточно существенно.
Благодаря отсутствию обмоток возбуждения и потерь в этих обмотках, машины с постоянными маг­нитами имеют по сравнению с машинами электромагнитного воз­буждения более высокий КПД, облегченные условия охлаждения, меньшие габаритные размеры, массу и стоимость (при небольшой мощности); более стабильное возбуждение (поток постоянных маг­нитов не зависит ни от частоты вращения, ни от напряжения якоря, ни от температуры). Вместе с тем машины с постоянными магнитами обладают следующими существенными недостатками:
а) частоту вращения двигателей и напряжение генераторов невозможно регулировать изменением поля возбуждения;
б) при мощности, превы­шающей несколько десятков ватт, они уступают по габаритным размерам, массе и стоимости машинам электромагнитного возбуж­дения;
в) материалы, входящие в состав сплавов для постоянных магнитов, дефицитны;
г) технология изготовления и намагничива­ния постоянных магнитов отличается большой сложностью.