第三章 直流电机.ppt

时出现。3级火花是危险的，仅允许在直接起动或反转的瞬间出现，正常运行时是不允许的。五、改善换向的方法 换向不良将使电刷下出现火花，使换向器表面受到损伤，电刷磨损加快。改善换向的目的在于消除电刷下的火花，虽然产生火花的原因比较复杂，但若能设法减少或消除附加换向电流ic，就可以改善换向。下面介绍常见的改善换向方法。移动电刷 由于电枢反应的存在，几何中性线位置的磁密不再为零，换向元件内产生旋转电动势，使换向恶化。可以采用移动电刷的方法，使几何中性线位置的磁密为零，可以改善换向。对于直流发电机，应顺电机旋转方向移动电刷；对于直流电动机，应逆电机旋转方向移动电刷。电刷的移动是在电机生产过程中实现的，电机制成之后，电刷无法移动。 该方法缺点比较明显，当负载变动时，电枢反应发生变化，电刷位置不一定合适，可能使换向恶化；此外，若电机允许正反转，则该方法也不适合。这种方法只在运行情况固定而负载变化又不大的单向旋转的直流电机中采用。安装换向极 几乎所有的直流电机都在两个主极之间的几何中性线处装有换向极，如图3.56所示。换向极的磁动势除抵消电枢磁动势以外，还在换向区内产生一个与电枢磁场相反的换向磁场，使换向元件切割该磁场后产生的电动势与相抵消，这样就可以消除附加换向电流，改善换向。 换向极的极性可以由换向极磁场与电枢磁场相反的原则来确定。对于图3.56所示主极极性，电机作发电机逆时针旋转时，电枢磁场的方向为自左至右，故换向极磁场的方向为自右至左。由此可见，在发电机中，换向极的极性应与顺旋转方向的下一个主极的极性相同；在电动机中，换向极的极性与发电机相反。由于电抗电动势与电枢电流成正比，所以换向磁场也应与电枢电流成正比，使切割换向磁场产生的电动势与电枢电流成正比，和在不同负载下均能抵消，所以换向极绕组应与电枢绕组串联。 实践证明，只要换向极设计合理，可以实现无火花换向。因此，当直流电机的容量大于1kW时，大多装设换向极。此外，选择牌号合适的电刷和绕组型式，也可改善换向。图3.56装设换向极改善换向3.9特殊直流电机一、直流测速发电机直流测速发电机是一种把机械速度信号转换为电信号的直流发电机，其输出电压与转速成正比，在自动控制系统中广泛用作检测元件或解算元件，如传动控制系统中的速度检测、模拟量的积分和微分计算等。直流测速发电机主要采用他励和永磁两种励磁方式，其中永磁式直流测速发电机的优点更突出，应用更加普遍。自动控制系统对直流测速发电机的基本要求是：（1）线性度好。在工作范围内，输出电压与转速有较好的线性关系（包括正、反转情况）；（2）灵敏度高。速度的微小变化能由输出电压真实地反映；纹波小。输出电压的波形在速度均匀变化过程中无畸变。他励直流测速发电机的接线图如图3.57(a)所示。励磁电压恒定，负载电阻固定不变。空载时（断开），常数，电压和转速的关系为（3-21）如图3.57(b)中的实线所示。负载电阻接入后，因（3-22）则电压－转速关系式变为（3-23）不计电枢反应和电阻的温度效应，电压转速特性仍为直线，只是斜率变小，如图3.57(b)中的虚线所示。对于设计良好的直流测速发电机，在大范围内的线性电压－转速特性是可以实现的，其斜率（也称为测速发电机的灵敏度）可以通过改变负载电阻进行调节。(a)接线示意图（b）电压－转速特性图3.57直流测速发电机二、直流伺服电动机直流伺服电动机是一种将输入电信号转换为转轴上的角位移或角速度来执行控制任务的直流电动机，其转速和转向随输入信号的变化而变化，并具有一定的负载能力，在各类自动控制系统中广泛用作执行元件。自动控制系统对直流伺服电动机的基本要求是：可控性好。转速和转向完全由控制电压的大小和极性决定，并以线性控制特性为最佳。运行稳定。在宽调速范围内具有下降的机械特性，最好为线性机械特性。伺服性好。能敏捷地跟随控制信号的变化，起、停迅速。为满足上述要求，直流伺服电动机大都采用他励或永磁励磁方式，并在设计中力求磁路不饱和、电枢反应影响小、起动转矩大、转动惯量小。直流伺服电动机的功率一般很小，约在几瓦至几百瓦之间，在运行中采用电枢控制或磁场控制方式，下面分别介绍。电枢控制方式采用电枢控制方式时，直流伺服电动机的接线图如图3.58所示。励磁绕组由恒定电压源（=常数）供电，用以产生恒定磁通。电枢绕组（即控制绕组）加控制电压。