單相串勵電動機(jī)電刷
偏移角的計(jì)算
彭亦糈(麗水市微型電機(jī)廠)
【摘 要】在單相串勵電動機(jī)中，為了改善換向性能，采用將電刷逆轉(zhuǎn)向偏離其幾何中性線一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌�。文中首先介紹準(zhǔn)確確定換向器上的幾何中性線的方法，在此基礎(chǔ)上對氣隙磁場作分解和波形簡化處理，推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)電勢與偏移角的關(guān)系式，從而得出電刷偏移角的計(jì)算式。
【敘 詞】單相電機(jī)，串勵，電刷，偏移角，計(jì)算
引 言
單相串勵電動機(jī)的容量都較小(一般輸出功率不超過1kw)。由于結(jié)構(gòu)上的限制，不能設(shè)置換向極來改善電機(jī)的換向。為此把電刷從換向器上的幾何中性線逆轉(zhuǎn)向偏移一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌圈�，使換向區(qū)域也跟著從電樞上的幾何中性線逆轉(zhuǎn)向偏移同樣的角度而進(jìn)入主極之下，以主極磁場來代替換向極磁場的作用，達(dá)到改善換向之目的，如圖l所示。這里所謂適當(dāng)?shù)慕嵌圈率侵福孩佴卤仨毚笥跉庀洞艌鑫锢碇行跃�的偏移角％這時(shí)換向元件切割氣隙磁場產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電勢ek的方向與其中電抗電勢ex的方向相反，當(dāng)ek=ex時(shí)，電機(jī)換向改善。②β角不能過大，一般
為極弧系數(shù)。原因是電刷的逆向偏移使電樞繞組產(chǎn)生去磁的直軸電樞反應(yīng)，偏移角β過大，則去磁過大，為保持主磁通不變而應(yīng)增加的定子勵磁安匝也過大，電機(jī)的耗銅量大為增加；同時(shí)過大的偏移角盧也使電樞繞組的有效安匝數(shù)明顯減小，兩者使電機(jī)的效率和功率因數(shù)明顯下降。
根據(jù)結(jié)構(gòu)需要電刷可固定在任何位置上。電刷的逆轉(zhuǎn)向偏移是通過順轉(zhuǎn)向偏移電樞元件與換向器的焊接位置，使電樞繞組在換向器上的幾何中性線順轉(zhuǎn)向偏離電刷中心線一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌圈聛淼刃У�，如圖2所示。因此準(zhǔn)確確定換向器上的幾何中性線是計(jì)算電刷偏移角盧的前提。
換向元件中除存在旋轉(zhuǎn)電勢ek和電抗電勢ex外，還存在因主磁通交變感應(yīng)產(chǎn)生的變壓器電勢et。由于et在時(shí)間相位上滯后電流90o，其方向時(shí)而對換向起超前作用，時(shí)而起滯后作用。故不能通過增大電刷偏移角β，從而增大在時(shí)間上與電流同相位的ek來抵消et。在計(jì)算偏移角β時(shí)，只需考慮ek、ex及兩者的關(guān)系。l換向器上的幾何中性線
電機(jī)學(xué)》中闡述的確定電樞繞組在換向器上的幾何中性線的方法只適用于每槽內(nèi)只有一個(gè)元件的電機(jī)，實(shí)際上很多電機(jī)每槽內(nèi)有2個(gè)或3個(gè)以上的元件。普遍適用的確定換向器上的幾何中性線的方法是：無論電樞繞組每槽內(nèi)有幾個(gè)元件，應(yīng)將同槽內(nèi)的所有元件視作一個(gè)“元件”，當(dāng)這個(gè)“元件”的軸線(即同槽內(nèi)所有元件的公共軸線)與主極軸線重合時(shí)，該槽內(nèi)所有元件所接換向片的中心線為換向器上的幾何中性線。
圖2所示為每槽內(nèi)有2個(gè)元件的電樞繞組，實(shí)槽節(jié)距為5．當(dāng)槽1和槽6處于主極軸線對稱位置時(shí)，同在兩槽內(nèi)的2個(gè)元件的公共軸線與主極軸線重合，故這兩槽內(nèi)的元件所接的3片換向片的中心線即為換向器上的幾何中性線。為改善換向，此幾何中性線順轉(zhuǎn)向偏離電刷中心線3／2片換向片。
2旋轉(zhuǎn)電勢ek
換向元件切割氣隙磁場產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢ek。由于氣隙磁密分布復(fù)雜，難以用算式表示。為使ek算式的推導(dǎo)簡化，對氣隙磁場作近似簡化處理，認(rèn)為氣隙磁場是由下述兩個(gè)磁場疊加而成，旋轉(zhuǎn)電勢ek就是換向元件切割下述兩磁場產(chǎn)生的電勢之和，再引入修正系數(shù)來考慮近似簡化的影響。
2．1偏移電勢eβ
由勵磁繞組的勵磁磁勢、電樞繞組的直軸去磁磁勢和交軸等效直軸去磁磁勢共同建立的對稱于主極軸線的磁場，及換向元件切割該磁場產(chǎn)生的偏移電勢eβ。
該磁場就是計(jì)算總勵磁磁勢時(shí)的等效磁場，它的氣隙磁密分布為平頂波，在保持每極磁通不變的條件下，可將氣隙磁磁分布波形簡化為梯形波，如圖所示。圖中的bδ就是磁路計(jì)算時(shí)的氣隙磁密，是電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)交變磁密的****值，單位g。在簡化時(shí)磁密波的面積πbδαp保持不變。對偏心氣隙，為使簡化的梯形波合理，圖3中的
(等效氣隙)。
當(dāng)電刷置于換向器的幾何中性線上時(shí)，換向元件的元件邊位于主極的對稱位置，其切割該磁場產(chǎn)生的電勢相互抵消，換向元件中電勢為零；當(dāng)電刷逆轉(zhuǎn)向偏移β角后，換向元件邊產(chǎn)生的電勢相互不能抵消，換向元件中就產(chǎn)生偏移電勢eβ.根據(jù)右手定則可知eβ的方向與元件換向前的電流方向相反。因偏移角
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