《项目一直流电机》PPT课件.ppt

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电刷与换向片之间的接触电阻与接触面积成反比,即(1.7.2)式中:A1、A2为电刷与换向片1、2的接触面积。由式(1.7.1)和式(1.7.2)可得(1.7.3)设换向元件中的电流为i,则根据基尔霍夫电流定律可以列出下面的电流关系:(1.7.4)由式(1.7.3)和(1.7.4)分析可知:t=0时,A2=0,i2=0,i=+i。,换向开始;0<t<Tk/2时,A1>A2,i1>i2,i>0与原方向相同;t=Tk/2时,Al=A2,i1=I2,i=0;Tk/2<t<Tk时,A1<A2,il<i2,i<0,开始反向;t=Tk时,A1=0,il=0,i=-i,换向结束。换向过程中,换向元件的电流i均匀地由+ia,变为-ia,变化过程为一条直线,如图1.7.2中曲线1所示,这种换向称为直线换向。直线换向时不产生火花,故又称为理想换向。图1.7.2换向过程中电流的变化2.延迟投向和电磁性火花1)电抗电动势换向元件中的电流在换向周期Tk内,由+i变化-ia,必将在换向元件中产生自感电动势eL;另外,实际电机的电刷宽度通常为2—3片换向片宽,因而相邻几个元件同时进行换向,由于互感作用,换向元件中还会产生由于相邻元件电流变化时在本元件中引起的互感电动势,用eM表示。通常将自感电动势eL和互感电动势eM合起来;称为电抗电动势,用er表示,故有(1.7.5)式中:Lr为换向元件的电感系数;L为换向元件的自感系数;M为换向元件的互感系数。根据楞茨定律,电抗电动势er的作用总是阻碍电流变化的,因此,er的方向与元件换向前的电流+ia的方向相同。2)旋转电动势由于电枢反应使磁场发生畸变,使几何中性线附近存在电枢磁动势产生的磁场(马鞍形分布的凹部),换向元件旋转时切割此电枢磁场所感应的电动势称为旋转电动势,也称电枢反应电动势,用ea表示:(1.7.6)式中:Ba换向元件边所在处的气隙磁密;l为元件边导体的有效长度;v电枢表面线速度。用右手定则可以确定,无论是在电动机还是发电机运行状态,换向元件切割电枢磁场所产生的旋转电动势ea总与元件换向前的电流+i的方向相同。电抗电动势er和旋转电动势ea的方向相同,都企图阻碍换向元件中电流的变化,使换向电流的变化延迟,如图1.7.2中曲线2所示,这种情况称为延迟换向。显然,曲线2与曲线1的电流之差就是电动势er+ea在换向元件中产生的电流,称为附加换向电流,用ik表示:(1.7.7)当足够大时,该元件换向结束瞬间,即t=Tk时,附加换向电流ik≠0而为ikT,所以,换向元件中还贮存一部分磁场能量Lri2kT/2,由于能量不能突变,LrI2kT/2就会以弧光放电的形式释放出来,因而在电刷与换向片之间产生火花,这种由电磁原因产生的火花称为电磁性火花。从 和 可以看出,两者均和电枢电流与转速成正比,所以大电流、高转速电机的电磁性火花大、换向更为困难。产生换向火花的机械原因有很多,主要有换向器偏心,换向片间云母绝缘凸出,转子平衡不良,电刷在刷握中松动,电刷压力过大或过小,电刷与换向器的接触面研磨得不好因而接触不良,等等。为使电机能正常工作,应经常对电机进行检查、维护和保养。电机运行时,由于空气中氧气、水蒸气以及电流通过时热和电化学的综合作用,在换向器表面会形成一层氧化亚铜薄膜,这层薄膜有较高的电阻值,能有效地限制换向元件中的附加换向电流ik,有利于换向。同时薄膜吸附的潮气和石墨粉能起润滑作用,使电刷与换向器之间保持良好而稳定的接触。电机运行时,由于电刷的摩擦作用,氧化亚铜薄膜经常遭到破坏,但在正常使用环境中,新的氧化亚铜薄膜又能不断形成,因而对换向不会有影响。如果周围环境氧气稀薄、空气干燥或者电刷压力过大,则氧化亚铜薄膜难以生成,或者周围环境中存在化学腐蚀性气体能破坏氧化亚铜薄膜,这些都将使换向困难,火花变大。1.7.3改善换向的方法改善换向的目的在于消除或削弱电刷下的火花。产生火花的原因是多方面的,其中最主要的是电磁原因。为此,下面分析如何消除或削弱电磁原因引起的电磁性火花。产生电磁性火花的直接原因是附加换向电流ik。为改善换向,必须限制附加换向电流ik。欲限制ik,应设法增大电刷与换向器之间的接触电阻r1和r2,或者减小换向元件中的感应电动势er+ea。改善换向的方法一般有以下两种。(1)选用合适的电刷,增加电刷与换向片之间的接触电阻。电机用电刷

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