电机与电器控制 教学课件 作者 冯晓 刘仲恕编 - 副本第六节.ppt

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1、第二章第六节直流电机的换向直流电机运行时，随着电枢的转动，电枢绕组的元件从一支路经过被电刷短路一下后进入另一条支路，元件中的电流随之改变方向的过程称为换向过程，简称换向。从换向开始到换向结束的过程就称为换向过程。电枢绕组中每个元件都要经过换向过程，所有元件在换向过程中的情况一样，只需讨论一个元件的换向过程就可以了。第二章第六节直流电机的换向下图表示1个元件的换向过程。设电刷的宽度等于一个换向片的宽度，电刷不动，元件和换向器以v的速度自右向左运动。第二章第六节直流电机的换向电刷只与换向片1接触，如图（a）所

2、示，此时元件1处于电刷右边的支路，元件中的电流等于支路电流+i，电流方向如图，1号元件即将开始换向。元件移动，电刷同时与换向片l和2接触，如图（b）所示，此时1号元件被电刷短接，表明该元件正在换向，其电流从+i逐渐减小到零。元件继续移动，电刷只与换向片2接触，如图（c）所示，此时元件1属于电刷左边的支路，元件中的电流方向改变且从零逐渐增大到-i，则1号元件结束换向。换向过程所需的时间称为换向周期TK，通常只有千分之几秒。第二章第六节直流电机的换向换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花

3、大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。微弱的火花，对直流电机的正常运行没有影响，如果火花超过一定限度，就会烧坏电刷和换向器，使电机不能正常工作。国家标准将火花的大小划分为五个等级。如果没有特殊说明，对正常工作的直流电机，火花等级不超过1上级，在短时过载情况下，火花不得超过2级。第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花直线换向换向元件中的电流决定于该元件中的感应电动势和回路的电阻。假设换向元件申没有任何电动势，且将换向元件、引线与换向片的电阻均忽略不计，回路中只有电刷与换向片

4、1的接触电阻r1和电刷与换向片2的接触电阻r2，则换向元件中的电流只决定于回路中的电阻r1和r2的大小，这种换向情况称为电阻换向。第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花根据基尔霍夫电压定律，可得换向元件回路的电压方程式为式中：i1，i2为流过换向片1，2的电流。第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花电刷与换向片之间的接触电阻与接触面积成反比，即式中：A1，A2为电刷与换向片1，2的接触面积。由上两式结合可得第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花设换向元件中的电流为i，则

5、根据基尔霍夫电流定律，可以列出下面的电流关系：对照右图，由上式分析可知：t＝0时，A2=0，i2＝0，i＝＋ia，换向开始；0A2，i1>i2，i>0与原方向相同；第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花t=Tk/2时，A1=A2，i1＝i2，i＝0；Tk/2>t>Tk时，A1

6、。直线换向时不产生火花，故又称为理想换向。第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花延迟换向和电磁性火花实际上，换向元件回路中会有电抗电动势和旋转电动势存在，对换向产生不利影响。电抗电动势er在换向过程中，由于换向元件中电流从+ia到-ia的变化，在换向元件中产生自感电动势eL，其方向由楞次定律可知它总是阻碍原电流的变化，即方向应与换向前电流+ia方向相同。第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花另外，实际电机的电刷宽度通常为2～3片换向

7、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申引起的互感电动势，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，故有第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花式中：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。第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花旋转电动势由于电枢

8、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)，换向元件旋砖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：第二章第六节（续1）直线换向、延迟换向和电磁性火花式中：Wc为元件的匝数；Ba为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；va为电枢表面线速度。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+ia