3直流电机的换向.ppt

(a)、(b)、(c)、(d)分别给出了iL、R′b、ik和i的变化曲线，而ik和i还分别针对∑e =0、∑e 0、∑e 0三种情况。 * 第*页 三种不同的换向过程，分述如下。 （1）∑e＝0，直线换向。这是最理想的换向情况。换向电流只有iL分量，随时间线性变化，从＋ia均匀地变化到－ia。可以证明，此时电刷下的电流密度也是均匀分布的。 * 第*页 （2）∑e 0，延迟换向。此时，换向电流同时包含iL和ik分量，且ik≥0，其结果是曲线轨迹处于直线换向上方(图(d))，致使过零时间滞后于直线换向，“延迟换向”由此而得名。 延迟换向时，左刷边(参见前图，电刷与换向片l接触的部分，通称后刷边)的电流密度会大于右刷边(与换向片2接触部分，亦称前刷边)的值。当电刷滑离换向片1时，很大的电流突然突然断路，换向回路中贮存的电磁能量通过空气释放，便导致火花在后刷边产生。 * 第*页 （3）∑e 0，超越换向。此时ik≤0，换向电流曲线落于直线换向下方(图(d))，过零时间提前，故称为‘超越换向”。与延迟迟换向相反，超越换向致使右刷边电流密度大于左刷边，在前刷边产生火花。 * 第*页 三、换向理论的补充 1 .物理角度对经典电磁换向理论进行补充： 接触面的点接触与离子导电理论 * 第*页 2.化学方面对经典电磁换向理论进行补充: 接触面的氧化膜理论。 * 第*页 从以上新理论可以看出，经典电磁换向理论还只是建立在很不严密的基础之上，因而所得结论严格讲只适用于定性分析．虽然工程实际中也用它来进行定量分析，并作为直流电机的主要设计依据。但大多还要结合电机的换向试验(无火花区域试验法)对电刷位置进行调整，才挺较好地解决换向问题。 * 第*页 §3.3 产生火花的原因 一、电磁性原因 二、机械原因 三、化学原因 * 第*页 一、电磁性原因 实际运行时，电刷下面的火花不应超过一定的等级，我国国家标准GB755—87将火花分为五个等级。 产生火花的电磁性原因是由于附加换向电流ik的出现，只要换向回路中由ik建立的磁场能量很大，或由ik引起的接触点上热能损耗很大，火花便可能发生。 * 第*页 二、机械原因 主要是换向器，转子和电刷装置等方面的缺陷，如换向器偏心，换向片间的云母绝缘突出，转子平衡不良，电刷在刷握盒中松动，电刷压力不适当以及电刷表面粗糙等，都可能导致电刷与换向器接触不良或发生振动而产生火花。也有由于各个刷杆之间，或磁极之间距离不相等，使换向元件受到主极磁场的作用而引起火花。 * 第*页 三、化学原因 前面已经指出，换向器表面的氧化亚铜薄膜的形成，对电机的良好换向有重大作用。如果电刷压力过大，或在高空缺氧与缺乏水汽，或在具有破坏氧化膜的气体(如酸性气体等)的环境中工作，都会使换向器表面的氧化膜遭到破坏，于是就容易引起火花。 * 第*页 §3.4 改善换向的措施 一、装置换向极 二、移动电刷位置 三、选用合适电刷 * 第*页 经典电磁换向理论表明，附加换向电流ik是导致延迟或超越换向，进而产生火花的根本原因。因此，改善换向亦必须从减小ik入手，具体途径亦不外乎减小换向回路合成电动势∑e 和增加换向回路电阻两大类，并且前者显然是更主要的，也是最根本的。 要使∑e减小，办法之一是减小电抗电动势er，具体是减少元件匝数Ny和降低等效比漏磁导λ。这对于有电枢铁心并通过电枢绕组实现能量转换的电机来说，实现难度较大，收效也比较有限。办法之二是在换向区域内建立一个适当的外磁场，使它能在换向元件内产生适当大小的旋转电动势ek，借以抵消er，使∑e≈0。这是一种更积极也更有效的方法，在工程实际中得到了比较多的应用，其实现方法亦包括设置换向极和移动电刷两种。 * 第*页 一、装置换向极 装置换向极是改善换向的最有效方法 。 换向极(Nk，Sk)装在相邻主磁极(N，S)间的几何中性线上(亦即主磁场的磁中性线或称交轴上)，作用是产生一个换向磁场Bk。 图示是按发电机状态画出的一台两极直流电机安装换向极的示意图。 * 第*页 换向极要在换向区域内产生所希望的换向磁场，显然首先必须抵消掉交轴电枢反应的作用。因此，运用叠加原理，可将换向极绕组产生的磁动势Fk分解成两部分，一部分用以平衡交轴电枢反应磁动势Faq，另一部Fδk。则用于建立换向区气隙磁场Bk，即 式中，δ′k为换向极下的等效气隙长度。 * 第*页 Bk的大小当然要根据所要求的ek来决定。在理想情况下，ek和er在任意瞬间都能完全抵消，但实际上难以做到。因为ek取决于Bk的波形，而er则取决于换向电流的变化规律。因此，折衷的解决办法是要求它们的平均值能相等，即 ek＝erav 由于