电机学_直流电机部分2详解.ppt

2.7 直流电机的换向 1. 换向过程 图示一单叠绕组元件的换向过程。设换向元件编号为1，电刷宽为bs，换向片宽为bk，bs＝bk，电刷固定，换向器以线速度vk按图示方向运动（从右向左移动）。 2.7 直流电机的换向 1. 换向过程 (a) 当电刷仅与换向片1相接触时（图a）元件1属于电刷右边的一条支路，元件1中的电流为ia。 2.7 直流电机的换向 1. 换向过程 (b) 当电刷与换向片1和2相接触时（图b），元件1被电刷短路。 (c) 当电刷仅与换向片2相接触时（图c），元件1属于电刷左边的一条支路，电流也为ia但方向与原来相反。 2.7 直流电机的换向 1. 换向过程 当电刷从换向片1过渡到换向片2 时，元件1中的电流从＋ia变到-ia，换向元件中电流的这种变化过程，称为换向过程 从换向开始到换向结束所需时间，称为换向周期 2.7 直流电机的换向 1. 换向过程 上图表示了元件1从换向到经过一对极距时电流变化的理想化曲线。从换向开始（图a所示的瞬间，对应于图中的ta点）到换向结束（图c所示瞬间，对应于图d的tc点）所需的时间称为换向周期，以Tk表示，即相当于元件被电刷短路的整个时间。通常Tk只有千分之几秒。 2.7 直流电机的换向 1. 换向过程 正在进行换向的元件称为换向元件 换向元件中的电流称为换向电流 在换向过程中，换向元件的元件边在电枢表面上所移过的距离称为换向区域。 良好的换向是一切装有换向器的电机持久运行的必要条件。 2.7 直流电机的换向 如果换向元件中电势为零， 则在被电刷短路的闭合回路中不会有环流 换向元件中的电流由电刷与相邻两换向片的接触面积决定。变化曲线为一条直线， 称为直线换向 但是换向过程中， 不可能没有电势！ t +ia -ia i 直线换向 2.7 直流电机的换向 (1) 电抗电势er 换向元件中由于换向电流的变化所引起的自感电势和互感电势之和，称为电抗电势 Lr：换向元件的电抗系数， 包括自感和互感 er的平均值： 设电刷宽度bs等于换向片宽度bk， 换向片数为K， 换向周期Tk： 2. 换向元件中的感应电势 2.7 直流电机的换向 电机负载越重或转速越高， 电抗电势越大 电抗电势的方向阻止换向电流的变化， 因此er的方向必与换向前的元件电流ia的方向一致 电抗电势的特点 2.7 直流电机的换向 换向元件所处的几何中性线处，主磁场几乎为零 电枢反应磁势所产生的磁通Φa正好穿过换向元件 电枢旋转时， 换向元件切割Φa所生电势ea称为旋转电势 Φa ea N S n er （2）旋转电势ea 2.7 直流电机的换向 设换向元件匝数为Ny，电枢反应磁势在换向元件处所生的磁密为Ba， 则ea的平均值： 特点： （1） ， 负载越重或者转速越高， 旋转电势也越大。 （2） 据右手定则， ea的方向总是与换向前元件中的电流方向相同， ea与er 方向一致，也是阻碍换向的。 旋转电势 的特点 2.7 直流电机的换向 合成电势在换向元件闭合回路中产生的环流 （3）电刷下产生火花的原因 对于换向良好的电机，在理想情况下，ek和er大小相当，方向相反，∑e≈0；反之，∑e不为零，导致换向不良，就有可能在电刷下发生火花。 t i 由闭合转为断开时，由ik建立的电磁能量以火花的形式释放出来 i k 2.7 直流电机的换向 （4）电动势平衡方程式及电流变化规律 i是元件l中的换向电流，i1和i2分别表示引线1和2经换向片1和2流过电刷的电流。设Ry、R1和R2分别为元件l、引线1和引线2的电阻，Rb1和Rb2分别为换向片1和2与电刷间的接触电阻，则按电路定律，可列写换向回路的电动势平衡方程为 : 2.7 直流电机的换向 （4）电动势平衡方程式及电流变化规律 ∑e中的er与换向电流i的变化规律有关，Rbl和Rb2也取决于诸多因素，因此。要直接由此解出i很困难。为此，假定 （1）换向片与电刷呈面接触，电流分布均匀。 （2）电刷与换向器单位接触面积上的电阻为常数，即接触电阻与接触面积成反比。 （3）换向元件中的合成电动势∑e在换向周期内保持不变，并取定为周期内的平均值。 2.7 直流电机的换向 （4）电动势平衡方程式及电流变化规律 设Rb为单片换向片与电刷完整接触时的接触电阻，并取换向开始瞬间作为时间起点，可得 图 (b)中的相关节点有 2.7 直流电机的换向 （4）电动势平衡方程式及电流变化规律 将上两式代入式电动势平衡方程式，进而忽略R1、R2和Ry（对普通电刷，它们的数值远小于接触电阻），可解得 式中，iL为直线换向电流分量；ik