《电机控制技术》课件_3.3.6直流电动机的换向 [修复的].pptx

直流电动机换向的概念1目录1换向的电磁理论234改善换向的方法3

直流电动机的换向直流电机电枢绕组中一个元件经过电刷从一个支路转换到另一个支路时，电流方向改变的过程为换向。当电动机带负载后，元件中的电流经过电刷时，电流方向会发生变化。换向不良会产生电火花或环火，严重时将烧毁电刷，导致电机不能正常运行，甚至引起事故。

直流电动机换向的概念1直流电机每个支路里所含元件的总数是相等的，但是，就某一个元件来说它一会儿在这个支路里，一会儿又在另一个支路里。一个元件从一个支路换到另一个支路时要经过电刷。当电机带有负载后，电枢元件中有电流流过，同一支路里各元件的电流大小与方向都是一样的，相邻支路里电流大小虽然一样，但方向却是相反的。可见，某一元件经过电刷，从一个支路换到另一个支路时，元件里的电流必然改变方向。现以图3-20所示单叠绕组为例来看某个元件里电流换向的过程。为了分析简单，忽略换向片之间的绝缘并假设电刷宽度等于换向片宽度。在图3-20中，图3-20直流电机的换向过程

直流电动机换向的概念1电枢绕组以线速度νa从右向左移动，电刷固定不动，观察图中元件1的换向过程。当电刷完全与换向片1接触时，元件1里流过的电流为图中所标方向，电流大小为i=ia;当电枢转到使电刷与换向片2相接触时，元件1被电刷短路。由于换向片2接触了电刷，该元件里的电流被分流了一部分。当电刷仅与换向片2接触时，换向元件1已进入另一支路，其中电流也从换向前的方向变为换向后的反方向，完成了换向过程元件1中流过的电流为i=-ia。元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为换向周期(Tk)，换向周期通常只有千分之几秒。直流电机在运行时电枢绕组每个元件在经历过电刷时，都要经历上述的换向过程。换向问题很复杂，换向不良会在电刷和换向片之间产生火花，当火花到一定程度时有可能损坏电刷和换向器表面，从而使电机不能正常工作，但也不是说，直流电机运行时，一点火花也不许出现。详细情况可以参阅有关国家技术标准的规定。产生火花的原因是多方面的，除电磁原因外，还有机械的原因，此外换向过程中还伴随着有电化学和电热学等现象，所以相当复杂。下面仅对电磁方面的原因做一简略地分析。

换向的电磁理论22.换向的电磁理论换向的电磁理论指的是换向元件在换向过程中电流变化的情况，从而判断什么情况下会产生火花，什么情况下不产生火花。设两相邻的换向片与电刷间的接触电阻分别为Rb1和Rb2，元件自身电阻为R，流过的电流为i，元件与换向片间的连线电阻为Rk，与两个换向片连接的元件电流为i1和i2，Σe是换向元件的合成电动势，则根据基尔霍夫电压定律可列写换向元件在换向过程中的回路方程： (3-9)根据合成电动势Σe的取值情况，换向可分为直线换向(Σe=0)、延迟换向(Σe0)或超越换向(Σe0)。

换向的电磁理论2（1）直线换向(Σe=0)如果元件里的合成电动势Σe为零，并忽略元件电阻过程R和元件与换向片或超越换向片间的连线电阻Rk，则上式可简化为 (3-10)式中接触电阻Rb1和Rb2是变化的，其值与电刷和换向片之间的接触面积成反比，即 (3-11) (3-12)式中,S1、S2是电刷与换向片1、2的接触面积，Rb是换向片与电刷完全接触时的接触电阻，Lb是电刷轴向长度，νk为换向器线速度，Tk是换向周期。根据结点电流定律 (3-13) (3-14)

换向的电磁理论2将式（3-9）至式（3-14）代入式（3-10）可得(3-15)从式（3-15）可看出，换向元件里的电流随时间线性变化，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，直线换向时元件电流i的变化曲线如图3-21所示。图3-21换向电流变化曲线

换向的电磁理论2（2）延迟换向由于换向元件为线圈，且换向过程中线圈中的电流是变化的，因此线圈中存在自感电动势eL；为了保证换向可靠，实际的电刷的宽度比换向片的宽度要大得多