串激電機原理-151130

1、1 研究生課程研究生課程單相串激電動機的原理與設(shè)計單相串激電動機的原理與設(shè)計 東南大學(xué)東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 胡虔生教授胡虔生教授NoImage2 目目 錄錄緒論緒論 (3)第一篇第一篇 原原 理理 篇篇第一章第一章 單相串激電動機的運行原理單相串激電動機的運行原理 (15) 第二章第二章 單相串激電動機的基本特性單相串激電動機的基本特性 (33)第三章第三章 單相串激電動機的轉(zhuǎn)子繞組單相串激電動機的轉(zhuǎn)子繞組 (53)第四章第四章 換向換向 (69)第五章第五章 單相串激電動機的單相串激電動機的噪聲及抑制噪聲及抑制 (106)第六章第六章 單相串激電動機對無線電電視的干擾及抑制的措

2、施單相串激電動機對無線電電視的干擾及抑制的措施 (118)3 緒緒 論論n單相串激電動機使用很廣泛，主要單相串激電動機使用很廣泛，主要用于各種家用電器用于各種家用電器，電動工具，醫(yī)電動工具，醫(yī)療器械，小型機床等療器械，小型機床等，也可制成通也可制成通用電機，作驅(qū)動用。用電機，作驅(qū)動用。n單相串激電動機是當(dāng)今世界單相串激電動機是當(dāng)今世界用量最用量最多的一種小功率電動機多的一種小功率電動機，年產(chǎn)量超，年產(chǎn)量超一億臺。一億臺。4交流換向器電機交流換向器電機n滑動接觸電機主要有兩種形式滑動接觸電機主要有兩種形式1.滑環(huán)和電刷滑環(huán)和電刷 如同步電機，繞線式轉(zhuǎn)子異步電機如同步電機，繞線式轉(zhuǎn)子異步電機2.換

3、向器和電刷換向器和電刷 如直流電機，交流換向器電機如直流電機，交流換向器電機n交流換向器電機交流換向器電機，按所接電源性質(zhì)分，按所接電源性質(zhì)分: 單相串激電動機單相串激電動機 (single phase series motor)和和交直流兩用電動機交直流兩用電動機; 按相數(shù)分有單相和多相; 按氣隙磁場分有脈動磁場和旋轉(zhuǎn)磁場等。 50-1.單相串激電動機的結(jié)構(gòu)特點單相串激電動機的結(jié)構(gòu)特點1.定子定子定子定子鐵心。鐵心。由0.5mm硅鋼片沖制疊壓而成。DR530 (D22),DR510(D23) ，應(yīng)用最廣泛為凸極式，也有隱極式。磁極形狀多為深槽式，為繞線機自動繞制。定子定子繞組，又稱串激繞組。

4、繞組，又稱串激繞組。由漆包圓銅線繞制為集中繞組，套在定子鐵心上。電刷裝置：刷握，彈簧和電刷組成，常用電化石墨電刷。672.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心，又稱電樞鐵心。鐵心，又稱電樞鐵心。由0.5mm硅鋼片沖制疊壓，沖片槽型多數(shù)為半閉口梨形槽，轉(zhuǎn)軸壓入鐵心軸孔。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組。繞組。為分布繞制的電樞繞組嵌放在電樞鐵心中，依次串聯(lián)成閉合繞組(詳見第三章)。換向器換向器(又稱整流子又稱整流子) 。與電刷電刷裝置，構(gòu)成滑動接觸。有半塑料換向器(由紫銅的換向片和云母片用塑料壓制成整體) ，全塑料換向器(無云母片) 。8Dscn1111.lnk半塑料換向器半塑料換向器9 單相串激電動機的基本結(jié)構(gòu)與直流電動機相似，帶

5、有電刷-換向器，且勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)。在細(xì)節(jié)上有所不同。串激電機既可由交流亦可由直流供電，原理上泛原理上泛稱為交直流兩用電動機。交直流兩用電動機。 單相串激電動機與直流電動機相比有不同之處不同之處: (1)直流電機磁極鐵心為鑄鋼制成，單相串激電機時交變磁通會產(chǎn)生很大的渦流損耗;(2)串激電動機的交流電抗電壓降很大;(3)換向元件中有變壓器電勢，使換向困難等. 因此單相串激電動機運行于交流電源和直流電源時性能上是有差異的。實用上實用上單相串激電動機與交直流兩用電動機在結(jié)構(gòu)是有所不同。10單相串激電動機單相串激電動機勵磁繞組電樞繞組換向器電刷定子鐵心11120-2.單相串激電動機的單相串激電動

6、機的優(yōu)點優(yōu)點(1)使用方便使用方便。具有直流電機結(jié)構(gòu)，可交直流兩用，改變輸入電壓大小，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，因此調(diào)速十分方便。(2)轉(zhuǎn)速高，效率功率因數(shù)高，體積小，質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)速高，效率功率因數(shù)高，體積小，質(zhì)量輕，成本低成本低。該類交流電機轉(zhuǎn)速與電源頻率，極數(shù)無關(guān)，因此電機轉(zhuǎn)速可設(shè)計很高，體積重量相應(yīng)減少。(3)啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強?？蛇_(dá)額定轉(zhuǎn)矩的4-6倍。n缺點缺點:換向比較直流電機困難，換向火花大，無線電干擾和振動噪聲都較大。13對電動機設(shè)計制造的特殊要求對電動機設(shè)計制造的特殊要求(1)適用的運行工作點。適用的運行工作點。電動機具有軟的機械特性，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載改變而改變。設(shè)計制造

7、時，要保證達(dá)到運行工作點，一個負(fù)載值，有一相應(yīng)轉(zhuǎn)速。(2)防止觸電的防護要求防止觸電的防護要求。大多用于電動工具，家用電器，手持操作，嚴(yán)格絕緣安全防護要求。(3)抑制無線電干擾要求抑制無線電干擾要求。高轉(zhuǎn)速又容易產(chǎn)生高的無線電干擾功率和干擾電壓，以及較大的噪聲，要加以抑制。14單相串激電動機的基本系列單相串激電動機的基本系列nG系列系列:單相交流電源，供小型機床，攪拌機等單相交流電源，供小型機床，攪拌機等輸出功率8W-750W，轉(zhuǎn)速有4000-12000r/minnSU系列系列,U系列系列(老產(chǎn)品老產(chǎn)品):交直流兩用電動機交直流兩用電動機輸出功率15W-180W，轉(zhuǎn)速有3600-5600r/m

8、innDT系列系列(老產(chǎn)品老產(chǎn)品): 電動工具用單相串激電動機電動工具用單相串激電動機輸出功率60W-800W，轉(zhuǎn)速有8000-14000r/minnDT2系列系列:電動工具用單相串激電動機電動工具用單相串激電動機輸出功率140W-1250W，轉(zhuǎn)速有9900-14300r/min16第一章第一章 單相串激電動機的運行原理單相串激電動機的運行原理171-1.運行原理及交直流兩用的基本概念運行原理及交直流兩用的基本概念直流電機原理直流電機原理電動力的方向可由電動力的方向可由左手定則左手定則決定決定18圖12-6， p189，李19直流電機原理直流電機原理n上圖圖(a) ，ab邊在N極面下，電流方向

9、a b，而cd邊在S極面下，電流方向c d，根據(jù)電磁力定律及左手定則，線圈的ab邊受力方向左，而cd邊受力方向右，從而形成轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)。n當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180度時，如圖圖(b) ， ab邊在S極面下，由于換向片和電刷作用，電流方向a b，而cd邊在N極面下，電流方向也改為c d，根據(jù)左手定則，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，使電動機繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 20 綜上所述，要使直流電機按一定方向運轉(zhuǎn)，關(guān)鍵是利用換向片和電刷作用，電刷在定子上是不動的，且極性不變;而換向器是在轉(zhuǎn)子上，與之固定連接的電樞線圈隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 由此可見，直流電機電樞繞組中電流并不是直流，而是交變的。 直流電機磁極極性不變，利用換向片和電刷

10、作用，磁極極面下導(dǎo)體隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動是不斷變化，但是極磁極極面下導(dǎo)體隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動是不斷變化，但是極面下導(dǎo)體中電流的方向始終不變，因此產(chǎn)生電磁面下導(dǎo)體中電流的方向始終不變，因此產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的方向也不變。轉(zhuǎn)矩的方向也不變。21n圖圖(a) ，單相串激電動機電源處于交流電正半周波，轉(zhuǎn)子受電磁力，逆時針方向旋轉(zhuǎn)。n交變電源變化至負(fù)半周波時，交變電源變化至負(fù)半周波時，圖圖(b) ，電勵磁的磁場極性和電刷極性發(fā)生變化，同時電樞電流方向也隨之改變了，根據(jù)左手定則，電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，使電動機繼續(xù)逆時針方向逆時針方向轉(zhuǎn)動。n由此可見，一臺直流串激電動機改接到交流電源后，雖然電源極性在反復(fù)變化，但是每一極面下導(dǎo)體電流方向

11、不變，電磁轉(zhuǎn)矩的方向電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變，不變，電動機轉(zhuǎn)向也不變，這就是單相串激電動機的工作原理。單相串激電動機原理單相串激電動機原理22 圖12-7， p190，李如何改變電機如何改變電機旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向(改改變磁場或電流變磁場或電流方向方向)改變定子繞改變定子繞組與電刷接組與電刷接法法(極性極性)改變電源改變電源極性極性(接線接線端頭端頭)？23 直流電動機的激磁方式有多種，作為交直流兩用電機，只有串激和并激方式(永磁，它磁均不可以) ，進(jìn)一步分析如下: 串激時串激時，激磁電流與電樞電流是同一電流，而激磁電流與磁通之間的相角差很小，因此磁通與電樞電流之間也不存在相角差，轉(zhuǎn)矩為磁通與電樞轉(zhuǎn)矩為

12、磁通與電樞電流兩者的乘積電流兩者的乘積，如圖示，平均轉(zhuǎn)矩大。 并激時并激時，并激繞組與電樞繞組是并聯(lián)的，都接到交流電源上，并激繞組電感很大，激磁電流滯后電源電壓接近90度，電樞電流滯后電源電壓的相角比較小，這樣磁通(激磁電流)與電樞電流之間有較大的相角差，因此二者乘積會有正，有負(fù)，如圖示，平均轉(zhuǎn)矩小。 因此，單相串激電動機轉(zhuǎn)矩大，有實用價值。單相串激電動機轉(zhuǎn)矩大，有實用價值。24 串激電動機轉(zhuǎn)矩曲線串激電動機轉(zhuǎn)矩曲線 并激電動機轉(zhuǎn)矩曲線并激電動機轉(zhuǎn)矩曲線251-2.高速運轉(zhuǎn)原理及軟特性高速運轉(zhuǎn)原理及軟特性一般交流電機轉(zhuǎn)速取決于同步轉(zhuǎn)速，與電源頻率與極對數(shù)有關(guān)。單相串激電動機單相串激電動機是按直

13、流電是按直流電機原理運行，按電磁感應(yīng)機原理運行，按電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)轉(zhuǎn)速。定律推導(dǎo)轉(zhuǎn)速。帶電導(dǎo)體在磁場中受電磁力作用而運動，e=Blv作為一臺電機， 60226022npaNBlDnaNBlaNBlE26單相串激電動機轉(zhuǎn)速單相串激電動機轉(zhuǎn)速為為式中E-電樞電勢有效值(V) -每極磁通(Wb)N-電樞導(dǎo)體數(shù)n-電機轉(zhuǎn)速(r/min)單相串激電動機單相串激電動機a(并聯(lián)支路對數(shù)),p(極對數(shù))均為1。NEn810260電機轉(zhuǎn)速與電源頻率，極對數(shù)無關(guān)，電勢由電源電壓決定，較難變化，減少磁通和導(dǎo)體數(shù)均能提高轉(zhuǎn)速.目前單相串激電動單相串激電動機機額定轉(zhuǎn)速都比較高，一般不超過18000r/min。27單相串

14、激電動機單相串激電動機的軟特性的軟特性n由公式可知:當(dāng)負(fù)載增大時，電樞電流相應(yīng)增大，由于串激繞組，電樞電流與勵磁電流相同，因此勵磁電流也增大，從而使磁通磁通增大，因磁通與轉(zhuǎn)速成反比，所以轉(zhuǎn)速下降。同時由于電樞電流增大，使各部分電阻壓降增大，電勢電勢下降，則轉(zhuǎn)速下降。n轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增大而明顯下降特性，稱之為軟特性。軟特性。281.3.調(diào)速原理調(diào)速原理n單相串激電動機的轉(zhuǎn)速與電勢E，磁通和電樞導(dǎo)體數(shù)N有關(guān)，大多采用調(diào)節(jié)電壓的方法。1.改變電源電壓調(diào)速改變電源電壓調(diào)速(常用常用)(1)利用串聯(lián)單向或雙向晶利用串聯(lián)單向或雙向晶閘管閘管(SCR)調(diào)壓調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速。改變SCR的導(dǎo)通角，就可以改變其端電壓，

15、從而實現(xiàn)有級或無級調(diào)速。見圖(a) 。29 當(dāng)輸入交流電壓為正半波時，可控硅二端是正向電壓，同時RC充電回路開始充電，只有在電容器二端電壓充到可控硅觸發(fā)電壓時，可控硅才導(dǎo)通，調(diào)節(jié)電阻 ，就能進(jìn)行可控移相整流調(diào)壓，達(dá)到調(diào)速目的。r211組F電樞A，C及激磁 繞，R，RD簡便移相調(diào)壓電路簡便移相調(diào)壓電路間越長。組成的RC充電回路，RC越大，充放電充放電時2R30圖8-12，P179,程31(2)串聯(lián)電抗器調(diào)速。串聯(lián)電抗器調(diào)速。見圖(b) ，改變電抗器抽頭可進(jìn)行有級調(diào)速。2.改變勵磁磁通調(diào)速改變勵磁磁通調(diào)速(1)將兩個串勵繞組由串接將兩個串勵繞組由串接(并接并接)改為并接改為并接(串接串接) ，見圖

16、(c) ，串聯(lián) 并聯(lián)，勵磁電流減半，磁通也減少，轉(zhuǎn)速上升;反之亦然。(2)勵磁繞組分級抽頭調(diào)速。勵磁繞組分級抽頭調(diào)速。見圖(d) ，勵磁繞組有3個抽頭，不同抽頭不同匝數(shù)Wf，Wf多,Ff大,磁通大，則轉(zhuǎn)速降低;反之亦然。3.串電阻調(diào)速串電阻調(diào)速 見圖(e) ，電樞回路串電阻，加到電機端電壓就下降，實現(xiàn)降壓調(diào)速。32小結(jié)(緒論，笫一章)n演變過程 直流電動機-直流串激電動機-單相串激電動機，交直流兩用電動機n基本原理-結(jié)構(gòu)特點(換向器-電刷)-運行原理(串激電動機:高轉(zhuǎn)速，軟特性，調(diào)速)33第二章第二章 單相串激電動機的基本特性單相串激電動機的基本特性NoImageNoImage342.1.電壓

17、向量圖和電勢平衡方程式電壓向量圖和電勢平衡方程式n電路方程式，向電路方程式，向(相相)量圖，等效電路是分析量圖，等效電路是分析交流電機的主要手段。交流電機的主要手段。n向(相)量圖基本概念，圖中各量(如u,i)為正弦交變的交流量(時間函數(shù))，且交變頻率相同(如50Hz) ，各向量(如U,I,E)空間相位差反映各交流量時間上的相角差，其幅值反映各向量的大小。n向(相)量圖中各量之間關(guān)系，符合電路原理和電磁感應(yīng)原理。3536dq-勵磁電流勵磁電流I流過勵磁繞組產(chǎn)生流過勵磁繞組產(chǎn)生主磁通主磁通(電源頻率脈動電源頻率脈動)位于電機磁極中心線，位于電機磁極中心線，直軸方向直軸方向，放在向量圖橫軸上。，放

18、在向量圖橫軸上。-電樞電流電樞電流I(大小同勵磁電流大小同勵磁電流) 流過轉(zhuǎn)子線圈流過轉(zhuǎn)子線圈，產(chǎn)生產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁通，位于與磁極中心線垂直位置，稱轉(zhuǎn)子磁通，位于與磁極中心線垂直位置，稱交軸磁通交軸磁通，磁通回路中空氣隙很大，鐵耗可以略去，可看成與電磁通回路中空氣隙很大，鐵耗可以略去，可看成與電樞電流樞電流I同相。同相。-電流電流I流過勵磁繞組產(chǎn)生主磁通，在鐵心中產(chǎn)生鐵流過勵磁繞組產(chǎn)生主磁通，在鐵心中產(chǎn)生鐵耗，所以超前主磁通一小角度耗，所以超前主磁通一小角度 。-定子繞組的自感電勢定子繞組的自感電勢，由主磁通產(chǎn)生，滯后于主磁，由主磁通產(chǎn)生，滯后于主磁通通 向量向量90度度(變壓器電勢變壓器電勢)W-

19、一個定子繞組的圈數(shù)一個定子繞組的圈數(shù) -每極磁通每極磁通(Wb)(88. 8VfWEddddEdI37 -轉(zhuǎn)子繞組的自感電勢轉(zhuǎn)子繞組的自感電勢。由磁通。由磁通 產(chǎn)生變壓器產(chǎn)生變壓器電勢，滯后于磁通電勢，滯后于磁通 向量向量90度，度，E-旋轉(zhuǎn)電勢旋轉(zhuǎn)電勢，轉(zhuǎn)子繞組切割主磁通，轉(zhuǎn)子繞組切割主磁通 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢勢E與與 方向方向相反相反，大小與旋轉(zhuǎn)頻率，電樞串聯(lián)，大小與旋轉(zhuǎn)頻率，電樞串聯(lián)匝數(shù)和主磁通成正比。匝數(shù)和主磁通成正比。 -定子漏抗壓降，超前定子漏抗壓降，超前I向量向量90度度 -轉(zhuǎn)子漏抗壓降，超前轉(zhuǎn)子漏抗壓降，超前I向量向量90度度 -定子繞組的電阻壓降，與定子繞組的電阻壓降，與

20、I向量同相向量同相 -轉(zhuǎn)子繞組的電阻壓降，與轉(zhuǎn)子繞組的電阻壓降，與I向量同相向量同相 U-外加電源電壓，外加電源電壓，U超前超前I角度角度)(0472. 022VKlINfEqqE1jIxq2jIx1Ir2Irddq38 外加電源電壓外加電源電壓U應(yīng)與這些反電勢和阻抗壓降相平衡應(yīng)與這些反電勢和阻抗壓降相平衡，電勢平衡方程式為電勢平衡方程式為 公式中略去了一對電刷的接觸壓降公式中略去了一對電刷的接觸壓降利用電勢平衡方程式和相量圖可解釋電機許多性能，利用電勢平衡方程式和相量圖可解釋電機許多性能，以功率因數(shù)為例。以功率因數(shù)為例。(1)由式可見，由式可見，單相串激電動機的轉(zhuǎn)速高單相串激電動機的轉(zhuǎn)速高，

21、旋轉(zhuǎn)電勢，旋轉(zhuǎn)電勢E增大，可以縮小電源電壓增大，可以縮小電源電壓U與電流與電流I間的相角間的相角 ，提高功率因素提高功率因素cos ，一般大于，一般大于0.9。2121x I jx I jr Ir IEEEUqdU239 由相量圖，由相量圖，功率因素功率因素EEEqd arctancossin)(sincos)(arctan2121EErrIEExxIEddq由于 很小，功率因素近似為功率因素近似為(2)減小轉(zhuǎn)子繞組自感電勢和定轉(zhuǎn)子漏抗壓降，減小轉(zhuǎn)子繞組自感電勢和定轉(zhuǎn)子漏抗壓降，也可以縮小相角差也可以縮小相角差 ，從而提高功率因素，從而提高功率因素cos ，為此，為此減少定轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)減少定轉(zhuǎn)

22、子線圈匝數(shù)，尤其是轉(zhuǎn)，尤其是轉(zhuǎn)子匝數(shù)，是十分有效的。子匝數(shù)，是十分有效的。40電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩(本教材用本教材用M表示，現(xiàn)己改用表示，現(xiàn)己改用T，兩者通用，兩者通用)電刷位于幾何中性線時電刷位于幾何中性線時瞬時值式中 為電磁轉(zhuǎn)矩平均值，即磁轉(zhuǎn)矩平均值，即工作轉(zhuǎn)矩。工作轉(zhuǎn)矩。 脈動轉(zhuǎn)矩脈動轉(zhuǎn)矩，兩倍頻率，平均轉(zhuǎn)矩為零，影響電機振動，兩倍頻率，平均轉(zhuǎn)矩為零，影響電機振動和噪聲。和噪聲。)()(titCTTefdmTdmTTTtICttICtTe22coscos21sin)sin(2)(cos21ICTdmTtICTdmTf2cos21241單相串激電動機單相串激電動機的性能的性能可利用三個基本公式

23、(1)電勢平衡方程式 考慮定子，轉(zhuǎn)子漏抗(2)反電勢計算公式 在相量圖上(3)電磁轉(zhuǎn)矩公式j(luò)xrIEUnCEeICTTO向量90向量滯后EpNaECEne60422-2.損耗分布和能量平衡損耗分布和能量平衡電機損耗分電氣損耗和機械損耗兩類1.電氣損耗電氣損耗(1)銅耗銅耗:電流流過定轉(zhuǎn)子繞組(銅導(dǎo)線)形成,與電流平方成正比。(2)鐵耗鐵耗:定子鐵心通過交變磁通(一般50Hz)形成，由磁滯損耗和渦流損耗，用硅鋼片疊壓而成(鐵耗與與B，f及材料特性有關(guān))。(3)換向損耗換向損耗:換向線圈中環(huán)流。(4)電刷壓降損耗電刷壓降損耗:電刷壓降乘以電流。43442.機械損耗機械損耗(1)風(fēng)摩耗風(fēng)摩耗:主要由

24、通風(fēng)耗，軸承損耗和電刷-換向器摩擦耗三部分組成，不容易精確計算，用實測和經(jīng)驗數(shù)據(jù)(如附圖1，高速電機損耗較大)。(2)電氣轉(zhuǎn)矩?fù)p耗電氣轉(zhuǎn)矩?fù)p耗:包括轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁化損耗和諧波損耗，歸納為轉(zhuǎn)子鐵耗轉(zhuǎn)子鐵耗(注意f=n/60與定子不同)。 旋轉(zhuǎn)磁化損耗旋轉(zhuǎn)磁化損耗是指轉(zhuǎn)子鐵心以一定(高)轉(zhuǎn)速相對于定子磁場旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的鐵心損耗。 諧波損耗諧波損耗是指由于磁場飽和，電流中含有大量高次諧波，使電機產(chǎn)生諧波轉(zhuǎn)矩?fù)p耗，諧波損耗一般小于旋轉(zhuǎn)磁化損耗。 45 功率平衡方程式功率平衡方程式coscos11UIPUIPPP462.3. 單相串激電動機的單相串激電動機的特性特性(電源電壓恒定電源電壓恒定)1.I=f(M)轉(zhuǎn)

25、矩特性轉(zhuǎn)矩特性 電磁轉(zhuǎn)矩M正比于電樞電流I與磁通的乘積，不考慮磁路飽和，磁通與電樞電流I成正比，因此 電流特性為拋物線，I隨M增大而增大，當(dāng)M較大時由于磁路飽和，I增大較快，如圖中虛線所示。MI2472.I=f(n)轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性從計算從計算n的公式來分析，的公式來分析，如不考慮磁路飽和如不考慮磁路飽和所以所以即即電源電壓恒定，電源電壓恒定，E變化不變化不大，而大，而取決于電機結(jié)構(gòu)取決于電機結(jié)構(gòu)的的a，p，N也是固定不變的。也是固定不變的。故故 nI=常數(shù)常數(shù)轉(zhuǎn)速特性是一條雙曲線轉(zhuǎn)速特性是一條雙曲線IpINEan60pNEanI6048 3.n=f(M)機械特性機械特性 從從I=f(M)和I

26、=f(n)的曲線中，可以得到同一I下的轉(zhuǎn)矩M和轉(zhuǎn)速n值，從而可畫出兩個機械量機械量關(guān)系曲線n=f(M) ，即機械特性。 機械特性為雙曲線雙曲線表明，M增大時，n下降;M減小時，n上升.其特性很軟，稱軟特軟特性性又稱串激特性又稱串激特性。這是因為M增加，(1)電樞電流I必定增大，此時電阻壓降增加，E減小，轉(zhuǎn)速下降;(2)電樞電流和激磁電流增大，主磁通增加，因而轉(zhuǎn)速更快下降。49 設(shè)計時設(shè)計時輸出功率P，輸出轉(zhuǎn)矩M和轉(zhuǎn)速n之間應(yīng)滿足 P=Mn/9.56(W) 當(dāng)要求M，n和P均為某一額定值時，既滿足上式，又應(yīng)在機械特性(取決于電機參數(shù)和結(jié)構(gòu))上，因此轉(zhuǎn)速上下變化應(yīng)符合容差要求。式中: -轉(zhuǎn)矩常數(shù)，

27、決定于電機結(jié)構(gòu)， -磁通滯后電流角度tICTmmT2coscosTCapNCT250 對于交直流兩用電機，交流比直流特性還要軟?？蛰d時兩者轉(zhuǎn)速比較接近，滿載工作時，交流要比直流時轉(zhuǎn)速低交流要比直流時轉(zhuǎn)速低。額定轉(zhuǎn)速越低，相差越大。交流供電頻率越高，相差也越大。cosnn該近似公式表示，在兩種不同電源下運行時轉(zhuǎn)速變化(1)交流比直流時轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速越越低低，功率因數(shù)越低。，功率因數(shù)越低。(2)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速比較高，功率因數(shù)也就比較高，兩曲線比較比較高，功率因數(shù)也就比較高，兩曲線比較接近。接近。51NUNU75. 0直流直流交流交流Mn0Mn0NU5 . 0不同電源電壓下機械特性不同電源電壓下機

28、械特性交直流兩用電機交直流兩用電機不同電源電壓下機械特性變化，電壓下降，特性曲線往下移，轉(zhuǎn)速下降。依此可調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行調(diào)速。52 M較小時,功率因數(shù)較大，M增大時，功率因數(shù)有所下降，這是因為M增大時電流也增大，電抗壓降也增大，同時由于機械特性很軟，M增大，n下降很快，因而反電勢E減少，因此 增大，功率因數(shù)減小。 單相串激電動機的功率因數(shù)較高，一般在0.9左右，速度提高，功率因數(shù)也提高，高速電機達(dá)0.95，曲線下降較平緩。 Mfcos4.功率因數(shù)特性功率因數(shù)特性53第三章 單相串激電動機的轉(zhuǎn)子繞組單相串激電動機的轉(zhuǎn)子繞組 相串激電動機的單迭繞組。激電動機的單迭繞組。543.1.直流電機轉(zhuǎn)子繞組的迭

29、繞組和波繞組直流電機轉(zhuǎn)子繞組的迭繞組和波繞組n電樞繞組由形狀相同的線圈單元組成，線圈有多股電樞繞組由形狀相同的線圈單元組成，線圈有多股線繞制而成，每一線圈有兩個圈邊，放在相鄰不同線繞制而成，每一線圈有兩個圈邊，放在相鄰不同極性的極面下，一個線圈有兩個端頭，分別聯(lián)接在極性的極面下，一個線圈有兩個端頭，分別聯(lián)接在兩個換向片上，每個換向片又與兩個線圈的端頭相兩個換向片上，每個換向片又與兩個線圈的端頭相連，所以連，所以各線圈通過換向片串聯(lián)起來各線圈通過換向片串聯(lián)起來，是一個，是一個閉合閉合繞組繞組(其它交流電機是開啟繞組其它交流電機是開啟繞組) 。n由于線圈兩端聯(lián)接換向片的位置不同，也即線圈間由于線圈

30、兩端聯(lián)接換向片的位置不同，也即線圈間聯(lián)結(jié)有不同聯(lián)法，因而繞組型式不同，可分為聯(lián)結(jié)有不同聯(lián)法，因而繞組型式不同，可分為:迭迭繞組和波繞組繞組和波繞組兩大類。兩大類。55563.1.1.迭繞組迭繞組n一個線圈的兩個端頭一個線圈的兩個端頭(始端和末端始端和末端)接在相鄰的兩接在相鄰的兩個換向片上個換向片上，而第二個線圈的，而第二個線圈的始端始端與笫一個線圈與笫一個線圈末端相聯(lián)接末端相聯(lián)接，一個線圈相對于前一線圈僅移過一，一個線圈相對于前一線圈僅移過一個槽，彼此串聯(lián)，形成閉合繞組，其相鄰線圈端個槽，彼此串聯(lián)，形成閉合繞組，其相鄰線圈端部是重迭的，稱之為迭繞組。部是重迭的，稱之為迭繞組。n迭繞組相鄰兩線

31、圈是串聯(lián)的，逐一對各磁極下的迭繞組相鄰兩線圈是串聯(lián)的，逐一對各磁極下的線圈依此聯(lián)接，因此有一對磁極，就有一對并聯(lián)線圈依此聯(lián)接，因此有一對磁極，就有一對并聯(lián)支路，有一對電刷。支路，有一對電刷。n以上是以上是單迭繞組單迭繞組，當(dāng)相鄰兩線圈所聯(lián)換向片不是，當(dāng)相鄰兩線圈所聯(lián)換向片不是一片，而是二片或多片時，稱復(fù)迭繞組。一片，而是二片或多片時，稱復(fù)迭繞組。57583.1.2.波繞組波繞組n這種繞組繞組的線圈兩個端頭是接到相當(dāng)于兩個極的線圈兩個端頭是接到相當(dāng)于兩個極距的換向片上，中間相隔比較多的換向片，同距的換向片上，中間相隔比較多的換向片，同樣一個換向片連接兩個線圈的末端和始端，串樣一個換向片連接兩個線

32、圈的末端和始端，串聯(lián)在一起，這樣串聯(lián)聯(lián)在一起，這樣串聯(lián)P(極數(shù)極數(shù))個線圈后，回到個線圈后，回到原線圈始端相鄰換向片處，相鄰線圈連接成波原線圈始端相鄰換向片處，相鄰線圈連接成波浪形，稱為浪形，稱為波繞組波繞組。n這這種繞組繞組是把各極對下線圈都串起來，因此無是把各極對下線圈都串起來，因此無論極對數(shù)多少，并聯(lián)支路數(shù)只有一對。論極對數(shù)多少，并聯(lián)支路數(shù)只有一對。n以上是單以上是單波繞組波繞組，如回到原點是相隔二片或更，如回到原點是相隔二片或更多片，稱為復(fù)多片，稱為復(fù)波繞組波繞組。59603.1.3.迭繞組和波繞組比較迭繞組和波繞組比較n迭繞組和波繞組在電氣上差異，主要在于并聯(lián)支迭繞組和波繞組在電氣上

33、差異，主要在于并聯(lián)支路數(shù)的多少。路數(shù)的多少。n迭繞組迭繞組: 磁極數(shù)磁極數(shù)=并聯(lián)支路數(shù)并聯(lián)支路數(shù)=電刷數(shù)電刷數(shù) 可適用于較大功率電機可適用于較大功率電機。n波繞組波繞組: 并聯(lián)支路數(shù)少，串聯(lián)線圈多，適用于較并聯(lián)支路數(shù)少，串聯(lián)線圈多，適用于較高電壓較小電流電機高電壓較小電流電機。613.2.單相串激電動機實用的單迭繞組單相串激電動機實用的單迭繞組n單相串激電動機普遍采用單迭繞組普遍采用單迭繞組，原因是單相串激電動機輸出功率不大(大多200-500W) ，轉(zhuǎn)速較高，批量大。采用一對磁極，用單迭繞組線圈端聯(lián)結(jié)方式較為簡便，聯(lián)結(jié)到換向片的方式也方便，便于下線工藝，有利于批量生產(chǎn)。1.單相串激電動機中所

34、用的單迭繞組(1)采用漆包線直接繞在轉(zhuǎn)子鐵心槽中，線圈二個線頭不用彎到二個圈邊中間引出，而是直向引出，使線圈邊所在轉(zhuǎn)子槽位置與換向片在圓周上位置一致，所以電刷位置可放在幾何中心線上，而不是磁極中心線上(簡稱簡稱“借偏借偏”)。62(2)實槽數(shù)Z與虛槽數(shù) ，實槽內(nèi)線圈邊并列對數(shù) 因此，虛槽數(shù)虛槽數(shù)=換向片數(shù)換向片數(shù)=線圈數(shù)線圈數(shù) 習(xí)慣上稱一槽二片或一槽三片，就是指一個實槽中有二個或三個虛槽。這樣可以減少轉(zhuǎn)子實槽數(shù)，又能邦助換向。ZUZZeeZZU632.繞組的節(jié)距 實槽后節(jié)距實槽后節(jié)距 。后節(jié)距為一個線圈的二個圈邊間的距離。當(dāng)用實槽數(shù)表示 式中為兩極電機(Z/2) ，實槽節(jié)距必須是整數(shù)，實槽節(jié)距

35、小于極距稱短距短距，等于極距稱全全(整整)距距，大于極距稱長距長距。實用中 為短距，線圈兩邊電勢相加有小的相角差，所以不宜短得太多。 虛槽后節(jié)距虛槽后節(jié)距 。當(dāng)一個線圈的二個圈邊間的距離以虛槽數(shù)來表示，也即用換向片數(shù)表示NoImagesy2Zys1ZeUZy211y6465 換向器節(jié)距換向器節(jié)距 一個線圈兩個端頭在換向器上跨距，以換向片數(shù)表示。單迭繞組，單迭繞組， 合成節(jié)距合成節(jié)距 y 為兩個相鄰串聯(lián)線圈對應(yīng)邊在換向器上跨距，以換向片數(shù)表示。單迭繞組，單迭繞組， 前節(jié)距前節(jié)距 又稱第二節(jié)距。為線圈后一邊與相串聯(lián)線圈的前一邊間距離，以虛槽數(shù)或以換向片數(shù)表示。ky1ky1kyy2yyyy12663

36、-3繞組圖繞組圖1.單迭繞組放射圖單迭繞組放射圖 從換向器端看繞組接從換向器端看繞組接線情況，較直觀講原線情況，較直觀講原理時采用。繞組參數(shù)理時采用。繞組參數(shù)10,10Z,10e1kUZZ1, 3, 4, 421ksyyyyy10,10, 1,10kZUZeZ672.單迭繞組展開圖單迭繞組展開圖 展開圖將轉(zhuǎn)子展開成展開圖將轉(zhuǎn)子展開成平面，在平面視圖上平面，在平面視圖上將繞組接線表示出來。將繞組接線表示出來。有用于生產(chǎn)圖紙有用于生產(chǎn)圖紙。繞繞組參數(shù)組參數(shù)20,20, 2,10kZUZeZ20,20, 2,10kZUZeZ1, 7, 8, 421ksyyyyy68 實用單迭繞組展開圖單迭繞組展開圖

37、(虛槽，實槽等虛槽，實槽等)69 第四章第四章 換換 向向n單相串激電動機換向是運行中的一個突出問題，換向條件比較直流電機困難，對于高轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)速，又是交流電交流電供電情況下?lián)Q向，增加了換向的復(fù)雜性。n本章由簡簡到繁繁分析換向的機理，產(chǎn)生火花的原因和改善的措施。70上圖上圖直直流電機電機轉(zhuǎn)速電機轉(zhuǎn)速14000r/min，換向片數(shù)，換向片數(shù)24，電刷寬度為換向片的，電刷寬度為換向片的1.4倍，則換向時間為倍，則換向時間為 s000125. 0242140004 . 160下圖下圖單相串激電動機定單相串激電動機定轉(zhuǎn)子線圈電流變化曲線，轉(zhuǎn)子線圈電流變化曲線，交流電頻率交流電頻率50Hz，交變，交變周期

38、周期0.02s，一周內(nèi)完成，一周內(nèi)完成多次換向多次換向。714-1.直流電機的電阻換向直流電機的電阻換向n直流電機在理想情況下?lián)Q向稱直線換向。直流電機在理想情況下?lián)Q向稱直線換向。此時換向電流回路中只有此時換向電流回路中只有電阻電阻，不存在電，不存在電感，換向元件中感，換向元件中無感應(yīng)電勢無感應(yīng)電勢。n換向過程中，回路中電阻主要是換向片與換向過程中，回路中電阻主要是換向片與電刷間接觸電阻，忽略其它電阻，電刷間接觸電阻，忽略其它電阻，式中式中: 分別為換向片分別為換向片1和和2與電刷的接觸與電刷的接觸電阻。電阻。02211 riri21和rr7273 由于接觸電阻與接觸面積成反比式中: 分別是換向

39、片1和2與電刷接觸面積。如圖分析換向過程分析換向過程，假定電刷寬度等于換向片寬度圖圖(a) ，換向前，換向片1與電刷全接觸，流過電刷電流為右邊和左邊線圈中電流之和 換向線圈(換向片1,2間)中電流方向左，圖圖(b) ，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電刷處于兩換向片之間，流過電刷電流仍為 ,換向線圈中電流為零。1221rrii2112SSrr2121SSii21和SSaii21aiiiSS2121,ai 2aii 74 圖圖(c) ，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，換向片2與電刷全接觸，電刷電流不變，換向線圈(換向片1,2間)中電流大小同(a) ，方向向右，與(a)相反。換向線圈中電流換向線圈中電流i換向換向過程結(jié)束。過程結(jié)束

40、。 從電刷與換向片1全接觸到與換向片2全接觸，這段時間稱為換向周期換向周期T。 換向開始后，換向片2與電刷接觸面積，隨時間增大而增大，當(dāng)T時，電刷與換向片2全接觸 式中: -換向器表面線速度 t -換向開始后時間 -換向片長度CtLS2CL75換向片1與電刷接觸面積所以聯(lián)立解得表示換向電流i與時間t成直線關(guān)系，稱直線換向直線換向。CLtTS1ttTSS21ttTii21aiii221TtTiia 21Ttiia22aaaitTiiii2276圖可作以下分析(1)直線斜率為(2)斜率可表征電刷電流密度斜率可表征電刷電流密度大小，因斜率與電流密度成正比。前刷邊電流密度后刷邊電流密度因此(3)當(dāng)t=

41、T時，換向結(jié)束，此時 說明電刷與換向片脫開時，無電流流過，所以是無火花換向。無火花換向。titTiTitgtgtga2121222221tgLtLiSiCC1122SiSi11111tgLtTLiSiCC01i774-2.延遲換向與超前換向延遲換向與超前換向n電阻換向是理想情況，實際線圈有電感，線圈中還有感應(yīng)電勢。1.延遲換向延遲換向 換向換向線圈中電流變化，由此產(chǎn)生磁通大小，極性也變化，導(dǎo)致線圈中產(chǎn)生電抗電勢，被電刷短路的回路中 與電阻換向相比多了一個阻換向相比多了一個電抗電勢，電抗電勢性質(zhì)是力圖阻止換向換向線圈中電流變化。xeriir2217821tgtgaiiai電抗電勢電抗電勢作用:在

42、閉合的換向換向回路中，除了有電阻換向阻換向電流外，增加了一個環(huán)流，它的變化趨勢與電阻換換向向電流相反，因而使換向線圈換向線圈中中電流改變方向時間延遲了，換向向電流到零的時間大于T/2。這時兩電刷上電流密度不同，后刷邊電流密度大于前刷邊電刷滑出處可能產(chǎn)生火花電刷滑出處可能產(chǎn)生火花。若換向結(jié)束時，電流不為而是突然斷開，強制變?yōu)榫蜁a(chǎn)生火花火花。ai792.超前換向超前換向 換向向線圈中除了電抗電勢抗電勢外，還有外，還有換向向線圈切割外界磁場產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電勢旋轉(zhuǎn)電勢，此電勢又稱換向電勢換向電勢 旋轉(zhuǎn)電勢的方向，取決于外界磁場極性，可和電抗抗電勢電勢同相，也可反相，從改善換向看， 有利于克服延遲換向，若

43、換向向電勢大于電抗電勢，抗電勢，將會產(chǎn)生超將會產(chǎn)生超前換向，會使電刷前刷邊電流密度比后刷邊大，也會產(chǎn)生火花。axeeriir221NoImageaxeeriir221反相與exae804-3.單相串激電動機的換向單相串激電動機的換向n直流電機的換向理論同樣適用于流電機的換向理論同樣適用于單相串激電動機單相串激電動機，但有以下特點但有以下特點: 單相串激電動機電源是交流電，按電源頻率交變。交變交變定子磁通,恰好穿過換向向線圈，在換向線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，稱變壓器電勢變壓器電勢。81 一般大于電抗電一般大于電抗電勢，在閉合勢，在閉合換向向線圈中產(chǎn)生環(huán)流較大環(huán)流較大，對換向影響也較大，并無法抵消其影響

44、。 三種電勢三種電勢的相互關(guān)系，以及影響換向程度。用向量圖表示:82 電抗電勢電抗電勢與與電流I同相 定子磁通 與電流I同相 轉(zhuǎn)子橫軸磁通 與電流I同相 旋轉(zhuǎn)電勢旋轉(zhuǎn)電勢 變壓器電勢變壓器電勢 是由于交變是由于交變的磁的磁通產(chǎn)生，因此滯后 三個電勢合成合成e的存在，惡化了換向惡化了換向。dNoImagedq反方向與exaete090d83特別說明特別說明幾個問題: 三個電勢中，只有變壓器電勢是正弦量交變頻率是電源頻率，而電抗電勢和換向電勢頻率決定于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，三個電勢交變頻率不同，因此不符合畫向量圖條件。 電抗電勢與電流I同相也是有條件的有條件的。按感應(yīng)原理，電抗電勢滯后此變化電流90度，這對正

45、弦量而言，而換向電流可分解成很多不同頻率的正弦量。由于換向時間很短(如前例0.125ms)，與變壓器電勢交變周期(當(dāng)電源頻率50Hz周期為0.02s)相比可忽略不計，所以可看成與電流同相位。 84 形象分析幾種電勢對換向影響。 電抗電勢所形成環(huán)流電抗電勢所形成環(huán)流換向電勢所形成環(huán)流換向電勢所形成環(huán)流 兩種環(huán)流方向相反，兩種環(huán)流方向相反，可相反抵消一部分。可相反抵消一部分。 當(dāng)當(dāng) 為延遲換向為延遲換向 當(dāng)當(dāng) 為超前換向為超前換向exiexieaieaexiiexeaii 85 變壓器電勢所形成環(huán)流對換向影響。變壓器電勢按電源頻率交變，滯后于電流90度。 圖中畫出兩個換向期間，1中 幅值較小，處于

46、負(fù)值，相當(dāng)于加快換向環(huán)流作用;2中 幅值較大，處于正值，相當(dāng)于阻止換向環(huán)流作用，成為延遲換向。所以變壓變壓器電勢所形成環(huán)流對換器電勢所形成環(huán)流對換向影響難以控制向影響難以控制。etietieti864-4產(chǎn)生換向火花的原因產(chǎn)生換向火花的原因1.電磁因素電磁因素(1)換向線圈內(nèi)環(huán)流換向線圈內(nèi)環(huán)流，將使，將使電刷上電流密度不等，在電刷滑出或進(jìn)入處產(chǎn)生火花。(2)片間電壓過高及電樞反片間電壓過高及電樞反應(yīng)影響應(yīng)影響。片間電壓平均。片間電壓平均值值KEKEEp2287 實際各換向片間電壓不相等，e=BLv各線圈所在空間位置B不同，產(chǎn)生電勢大小也不同。 氣隙空間磁場分布如圖示，電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)使一半極面

47、(前極尖)下B增加，另一半極面(后極尖)下B減少，總量略有減少(磁場飽和去磁作用)。從而各換向片間電壓不相等，最大可高出平均值1.7-2.5倍，產(chǎn)生火花。1.定子定子磁通磁通密度密度B2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子磁動勢磁動勢F(B未畫未畫)3.定轉(zhuǎn)子定轉(zhuǎn)子合成磁通合成磁通密度密度B88892.機械因素機械因素(1)轉(zhuǎn)子動平衡不良。高速時劇烈振動，產(chǎn)生跳火。(2)換向器偏心或不圓。運行中換向器發(fā)熱，在熱和離心力作用下造成偏心或不圓。(3)電刷彈簧壓力不夠，也非越大越好，保持適宜范圍，使電刷換向器很好接觸，如30000Pa左右，高速及較小截面電刷電機，壓力更高些。90 (4).刷盒與電刷配合不好. 刷盒與電刷配合

48、，應(yīng)使電刷在刷盒內(nèi)上下滑動上下滑動，以致在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振動時，保證電刷與換向器有良好接觸。也不宜太松，造成跳動，引起火花。3.化學(xué)因素化學(xué)因素 換向器上氧化膜氧化膜有很必要，有兩層薄膜組成， 一層是氧化薄膜一層是氧化薄膜(主要是氧化亞銅主要是氧化亞銅)，是換向器銅排在空氣中氧化形成，而且還由于運轉(zhuǎn)時電流流過電刷換向片，使換向器表面水膜產(chǎn)生電解形成。單相串激電動機換向器極性交替，又是交流電，單相串激電動機換向器極性交替，又是交流電，從而便氧化還原交替發(fā)生，增加了回路電阻，對從而便氧化還原交替發(fā)生，增加了回路電阻，對改善換向，降低火花有利。改善換向，降低火花有利。91 二是炭素薄膜二是炭素薄膜，由于

49、旋轉(zhuǎn)中從電刷上磨下，由于旋轉(zhuǎn)中從電刷上磨下的石墨炭粉，吸附了水份而形成。這層的石墨炭粉，吸附了水份而形成。這層薄薄膜膜能對磨擦起潤滑作用，減少磨擦系數(shù)和能對磨擦起潤滑作用，減少磨擦系數(shù)和磨擦損耗。磨擦損耗。 運行中，氧化層在不斷被磨損及還原中，運行中，氧化層在不斷被磨損及還原中，同時又在被氧化而加厚，最終達(dá)到動態(tài)平同時又在被氧化而加厚，最終達(dá)到動態(tài)平衡。但當(dāng)周圍空氣非常干燥而缺乏水分，衡。但當(dāng)周圍空氣非常干燥而缺乏水分，會影響氧化膜生成，使換向惡化。當(dāng)周圍會影響氧化膜生成，使換向惡化。當(dāng)周圍有氯氣與水分化合物生成鹽酸，會消除氧有氯氣與水分化合物生成鹽酸，會消除氧化亞銅，破壞氧化層?；瘉嗐~，破壞

50、氧化層。924.環(huán)火和故障性火花環(huán)火和故障性火花 當(dāng)電機沿負(fù)載劇烈改變時，電樞電流突然增大，電抗電勢過大，產(chǎn)生過分延遲換向，后刷邊產(chǎn)生強烈火花，形成電弧，沿?fù)Q向器圓周表面，拉長電弧與火花匯合，導(dǎo)致兩電刷之間發(fā)生環(huán)火。 如果電機發(fā)生故障，如定,轉(zhuǎn)子繞組短路，斷路，接地等，也會使電機出現(xiàn)火花，稱為故障火花。934-5.換向火花等級換向火花等級n火花等級劃分按火花征狀和對花等級劃分按火花征狀和對換向器及電刷損傷情況分n不大于 級時，換向器及電刷均無明顯損傷n2級時，換向器上有用汽油不能擦除黑痕，電刷上也存灼痕，但電機仍能正常運轉(zhuǎn)。n3級時，換向器及電刷有嚴(yán)重?fù)p傷，可能產(chǎn)生環(huán)火，電機不容許繼續(xù)運轉(zhuǎn)。2

51、1194954-6 .改善換向的措施改善換向的措施n本節(jié)著重介紹減小電磁因素造成火花措施。 1.減小換向線圈內(nèi)電抗電勢減小換向線圈內(nèi)電抗電勢 電抗電勢正比于換向線圈電感及電樞電流，電抗電勢正比于換向線圈電感及電樞電流，反比于換向周期，對于功率大小，轉(zhuǎn)速己定反比于換向周期，對于功率大小，轉(zhuǎn)速己定電機，只有降低電感電機，只有降低電感L來改善換向，如減少來改善換向，如減少換向線圈匝數(shù)，采用較短轉(zhuǎn)子槽和較短鐵心換向線圈匝數(shù)，采用較短轉(zhuǎn)子槽和較短鐵心疊壓。疊壓。TiLeax2mRNIL2962.利用換向電勢來抵消電抗電利用換向電勢來抵消電抗電勢勢要使要使可從所產(chǎn)生環(huán)流與換向后電流可從所產(chǎn)生環(huán)流與換向后電

52、流方向一致來難斷磁場極性。方向一致來難斷磁場極性。圖圖(a) ，所示磁場和流入電流，所示磁場和流入電流，按電動機原理，左手定則，按電動機原理，左手定則，決定轉(zhuǎn)速方向為逆時針。決定轉(zhuǎn)速方向為逆時針。圖圖(b) ，畫出兩導(dǎo)體電流為換向，畫出兩導(dǎo)體電流為換向前的，利用右手定則推出磁前的，利用右手定則推出磁場極性，如圖中虛線所示。場極性，如圖中虛線所示?？梢姡梢?，為改善換向，換向區(qū)為改善換向，換向區(qū)域內(nèi)磁場極性應(yīng)和線圈未進(jìn)域內(nèi)磁場極性應(yīng)和線圈未進(jìn)入換向區(qū)域磁場極性相同。入換向區(qū)域磁場極性相同。方向相反與exae97 常用常用單相串激電動機單相串激電動機不加不加換換向向極，而用以下兩種方法來極，而用以

53、下兩種方法來實現(xiàn)。實現(xiàn)。(1)逆轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向移動電刷移動電刷位置。使轉(zhuǎn)子未到幾何中心線就開始換向。 不利一面(a)定子磁場作用到轉(zhuǎn)子上有效磁通減少，效率降低，轉(zhuǎn)速升高。 (b)移動電刷過大，改善換向作用并不增加，因為它對變壓器電勢產(chǎn)生環(huán)流無效。一般電刷位移角為10-26度。98(2)借偏轉(zhuǎn)子線圈到換向片的接線借偏轉(zhuǎn)子線圈到換向片的接線 大多數(shù)單相串激電動機的電刷是不能移動的，為了達(dá)到移刷效果，可轉(zhuǎn)子線圈接到換向片的位置借借偏偏一個角度。 將接線順轉(zhuǎn)向偏前1-2個換向片，與電刷逆轉(zhuǎn)向移后一個角度是等效。 如何進(jìn)行接線借偏借偏，以及如何計算借偏借偏角度。首先。首先定一個轉(zhuǎn)子槽內(nèi)線圈中心線槽內(nèi)線圈中

54、心線，然后，然后定出槽中心線槽中心線及換向片位置。兩個中心線中心線落在換向片上的間距，就是移片數(shù)。 具體做法如下: 99100圖4-16中,圖(a) ，為一槽兩線圈(兩個換向片)轉(zhuǎn)子，圖(b) ，為一槽三線圈(三個換向片)轉(zhuǎn)子。將相鄰將相鄰槽內(nèi)的與本槽線圈相連接的第一個線圈邊合在一槽內(nèi)的與本槽線圈相連接的第一個線圈邊合在一起，并把連到起，并把連到換向片的連線作為基線，這幾個連接線的中心，就是線圈中心線線圈中心線。 圖4-17中,圖(a) ，為一槽兩個換向片的轉(zhuǎn)子，圖(b) ，為一槽三個換向片的轉(zhuǎn)子。換向片的片中心應(yīng)對準(zhǔn)槽中心線槽中心線。 兩個中心線位置及換向片位置確定后，按接線借偏要求，來決定

55、線圈應(yīng)接到那一換向片上。圖4-18(a)為一槽兩個換向片的轉(zhuǎn)子，接線順旋轉(zhuǎn)方向借偏一個換向片;圖(b) ，為一槽三個換向片的轉(zhuǎn)子，接線順旋轉(zhuǎn)方向借偏一個半換向片。 101 以上移電刷和借偏方法，只適用于一種轉(zhuǎn)向的電機，否則反轉(zhuǎn)換向嚴(yán)重惡化。對于正反轉(zhuǎn)電機，正反轉(zhuǎn)電機，電刷放在幾何中心線上，線圈連到換向片的接線不借偏。(3)元件短距的影響元件短距的影響 a)由于磁極中心處磁密比邊緣部分高，元件短距會使換向電勢大于電抗電勢，產(chǎn)生超前換向。 b)由于短距使上下元件邊不同時進(jìn)行換向，削弱互感電勢的影響，有利換向。 但是，短距后會減少線圈中磁通量，從而減小電機電磁轉(zhuǎn)矩，因此短距不能太大。1023.減小電

56、樞反應(yīng)影響，限止氣隙磁場波形過多畸變減小電樞反應(yīng)影響，限止氣隙磁場波形過多畸變 為了減小電樞反應(yīng)影響為了減小電樞反應(yīng)影響，可加強定子磁場，相對削弱可加強定子磁場，相對削弱轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)子磁場。定子磁勢定子磁勢:2WI，而轉(zhuǎn)子磁勢，而轉(zhuǎn)子磁勢:NI/4 定轉(zhuǎn)子安匝比定轉(zhuǎn)子安匝比: 定轉(zhuǎn)子安匝比宜控制在定轉(zhuǎn)子安匝比宜控制在0.85-1.3，大一點對換向有利大一點對換向有利，過大則銅耗過大，效率下降。過大則銅耗過大，效率下降。4.限止變壓器電勢限止變壓器電勢 變壓器電勢往往比換向線圈內(nèi)其它電勢大，而且無法變壓器電勢往往比換向線圈內(nèi)其它電勢大，而且無法抵消，變壓器電勢為抵消，變壓器電勢為 只有減少每元件匝

57、數(shù)只有減少每元件匝數(shù) 設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計經(jīng)驗，變壓器電勢不超過變壓器電勢不超過7VNWNIWI842dtfWe244. 4KNW221035.限止片間電壓限止片間電壓 220V的電機，片間電壓片間電壓一般控制不超過25V，大多在10-15V，換向片數(shù)越多，對改善換向有利，但增加制造成本。6.削弱互感電勢影響削弱互感電勢影響 實際上電刷寬度總大于換向片寬度，即同時有2-3個線圈進(jìn)行換向，如這些線圈處于同一槽中，那么它們產(chǎn)生磁通相互匝鏈，而產(chǎn)生互感電勢互感電勢，使電抗電勢增大電抗電勢增大，換向惡化。減少互感電勢有效辦法是減少每槽并列線圈數(shù)，即虛槽數(shù)。此外，采用短距線圈(奇數(shù)槽) ，又會產(chǎn)生超前旋轉(zhuǎn)電勢，

58、邦助換向。pE1047.選擇適當(dāng)電刷選擇適當(dāng)電刷 電刷分四類電刷分四類:銅石墨電刷，碳石墨電刷，石墨電刷，電化石墨電刷。一般碳石墨電刷電刷最硬，接觸電阻也最大，其次是石墨電刷，電化石墨電刷，銅石墨電刷接觸電阻最小。隨著溫度增加，接觸電阻會下降，因此有的電機冷態(tài)換向較好，而熱態(tài)時運行惡化。 選擇合適的電刷，增加換向回路中電阻，相對削弱了電感影響，換向過程接近直線換向，增加接觸電阻最有效方法是選用硬質(zhì)電刷。但接觸電阻過大，接觸壓降也會太大。105笫四章小結(jié)笫四章小結(jié) 本章研究本章研究”換向換向”問題的思路是問題的思路是: 直流電機換向直流電機換向(引導(dǎo)引導(dǎo))-單相串激電機換向單相串激電機換向(+變

59、壓器電勢及影響變壓器電勢及影響)-火花火花-改善換向改善換向 換向是單相串激電機的突出問題，其機理換向是單相串激電機的突出問題，其機理分析及火花，對電機本身的影響值得分析分析及火花，對電機本身的影響值得分析討論。討論。106第五章第五章 單相串激電動機的單相串激電動機的噪聲及抑制噪聲及抑制n前四章中，主要研究單相串激電動機本身的問題，如基本特性，換向等。笫五章，第六章研究單相串激電動機對周圍環(huán)境周圍環(huán)境的影響。表現(xiàn)在兩個方面:一是電機發(fā)出的噪聲噪聲;二是無線電電視干擾無線電電視干擾，這兩個問題其它電機也存在，但不如單相串激電動機那樣突出。1075-1.噪聲的基本概念和量值噪聲的基本概念和量值n

60、聲波是個機械波，以空氣為媒介傳到人耳膜。聲波是個機械波，以空氣為媒介傳到人耳膜。n噪聲的大小通常以聲壓級聲壓級表示式中:P-所測點聲壓(Pa) -基準(zhǔn)聲壓，人耳能聽到聲音起始聲壓 人耳對音響感覺，還與聲波頻率聲波頻率有關(guān)，人耳聽覺頻率為20-20000Hz，高于20000Hz超聲波，低于20Hz次聲波，對1000-6000Hz高頻噪聲特別敏感。)(log20010dBPPLpPaP5010*20P108 響度響度是人耳對聲音大小感覺較一致的，單位為吩(phon) 。當(dāng)聲波頻率為1000Hz時聲壓級的分貝數(shù)與響度吩的數(shù)值相同，不同頻率時聲壓級分貝值與響度吩值的對應(yīng)關(guān)系見圖5-1。 實際上，人耳對