直流電動機的換向課件.pptVIP

第八節(jié)直流電機的換向 1 精品課件交流 一 直流電機的換向過程二 換向回路中的電勢三 改善換向的方法 2 一 直流電機的換向過程 一個線圈的換向過程圖中電刷是固定不動的 電樞繞組和換向器以固定的速度從右向左移動 3 圖 a 電刷只與換向片1接觸 線圈K屬于電刷右邊的支路 線圈中電流為 ia 線圈K開始換向 圖 b 電刷同時與換向片1和2接觸 線圈K被電刷短路 線圈中為變化的電流i 表明該線圈正在換向 圖 c 電刷只與換向片2接觸時 線圈K已屬于電刷左邊支路 電流反向為 ia 線圈K換向結(jié)束 可見 當(dāng)電樞線圈從一條支路經(jīng)過電刷進入另一支路時 線圈中電流從一個方向變換為另一方向 這種電流方向的變換稱為換向 4 線圈K就稱之為換向線圈 換向過程所經(jīng)歷的時間稱為換向周期TK 換向周期是極短的 它一般只有千分之幾秒 但線圈電流要從 ia變換到 ia 如果換向線圈中電勢等于零 則變化規(guī)律如圖曲線1所示 但實際上情況并不如此 因為換向過程中換向線圈會出現(xiàn)下列兩種電勢 這兩種電勢會影響電流的變化 5 直流電機的換向過程 為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度 直流電機的某一個元件經(jīng)過電刷 從一條支路換到另一條支路時 元件里的電流方向改變 即換向 電樞移到電刷與換向片2接觸時 元件1的被短路 電流被分流 電刷與換向片1接觸時 元件1中的電流方向如圖所示 大小為 電刷僅與換向片2接觸時 元件1中的電流方向如圖所示 大小為 6 換向問題很復(fù)雜 換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花 當(dāng)火花大到一定程度 可能損壞電刷和換向器表面 使電機不能正常工作 產(chǎn)生火花的原因很多 除了電磁原因外 還有機械的原因 此外換向過程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象 元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時間 稱為換向周期 換向周期通常只有千分之幾秒 直流電機在運行中 電樞繞組每個元件在經(jīng)過電刷時都要經(jīng)歷換向過程 7 二 換向回路中的電勢 1 電抗電勢ex 1 電抗電勢的形成由圖 b 可知 換向時換向線圈中的電流i的大小 方向發(fā)生急劇變化 因而會產(chǎn)生自感電勢 同時進行換向的線圈不止一個 電流的變化 除了各自產(chǎn)生自感電勢外 各線圈之間還會產(chǎn)生互感電勢 自感電勢和互感電勢的總和稱為電抗電勢 8 2 電抗電勢的作用根據(jù)電磁感應(yīng)原理 電抗電勢總是阻礙換向線圈中電流的變化即阻礙換向 故電抗電勢的方向與換向線圈換向前的電流方向一致 9 3 電抗電勢的大小因為所以即電抗電勢ex正比于電樞電流Ia 10 2 電樞反應(yīng)電勢ea 1 電樞反應(yīng)電勢的形成由于電刷放置在主極軸線下的換向片上 換向線圈的有效邊一般處在幾何中心線上 雖然該處主極磁場等于零 但存在電樞磁場 換向線圈切割電樞磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢 稱為電樞反應(yīng)電勢 11 2 電樞反應(yīng)電勢的作用 對于直流電動機 圖中表示出電樞電流和電樞磁場的分布 根據(jù)左手定則可判定電樞自右向左運動 由電樞磁場的分布和電樞的運動方向 根據(jù)右手定則判定處于幾何中心線處導(dǎo)體 換向線圈邊 的感應(yīng)電勢方向為 與換向前線圈中的電流方向一致 因而電樞反應(yīng)電勢也總是阻礙換向線圈電流的變化即阻礙換向 在發(fā)電機中情況也如此 12 3 電樞反應(yīng)電勢的大小根據(jù)電磁感應(yīng)定律而所以換向線圈中出現(xiàn)的電抗電勢和電樞反應(yīng)電勢均阻礙電流的變化即阻礙換向 這種阻礙作用就表現(xiàn)為使電流換向延遲 13 換向元件中的電動勢 自感電動勢和互感電動勢 換向元件 線圈 在換向過程中電流改變而產(chǎn)生的 切割電動勢 在幾何中性線處 由于電樞反應(yīng)在存在 電樞反應(yīng)磁密不為零 在換向元件中感應(yīng)切割電動勢 換向元件中的合成電動勢為 根據(jù)楞次定律 自感電動勢 互感電動勢和切割電動勢總是阻礙換向的 換向電動勢 在幾何中性線處 換向元件在換向磁場中感應(yīng)的電動勢 換向電動勢是幫助換向的 14 15 三 改善換向的方法 如果換向不理想 在電刷下會產(chǎn)生火花 嚴重時會造成直流電機運行困難 產(chǎn)生火花的原因 除了電磁原因外 還可能因為換向器表面不平整 不清潔 換向片間有絕緣突出 電刷與換向器接觸壓力不適當(dāng)?shù)?要改善換向 就是從減小甚至消除換向回路中合成電勢 或增大電刷接觸電阻著手 常用的方法有以下三種 16 1 裝置換向極換向極的作用 是產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)耐獯艌?該磁場除了抵消交軸電樞磁場外 還要建立一個磁密為BK的磁場 換向線圈切割該磁場產(chǎn)生換向電勢eK去抵消電抗電勢eX 使換向線圈中的合成電勢盡可能近似為零 達到改善換向的目的 換向極的位置 在主磁極之間的幾何中性線處 17 換向極的位置及極性 18 裝置換向極必須注意的問題 1 換向極的極性要正確根據(jù)換向極的作用是產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)耐獯艌鋈サ窒惠S電樞磁場 所以由交軸電樞磁場的方向 根據(jù)電樞電流的分布 用右手定則可確定 可確定換向極產(chǎn)生的磁場方向 從而確定換向極的極性 對換向極的極性可得出如下結(jié)論 電動機中換向極的極性應(yīng)與沿旋轉(zhuǎn)方向前面的主磁極極性相反 發(fā)電機中換向極的極性應(yīng)與沿旋轉(zhuǎn)方向前面的主磁極極性相同 19 2 換向極繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián)在電機運行時 由于電抗電勢 電樞反應(yīng)電勢的大小都正比于電樞電流 這樣產(chǎn)生換向電勢的換向極磁場也應(yīng)正比電樞電流 因此換向極繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián) 使換向極繞組中通過電樞電流后產(chǎn)生的換向極磁場與電樞電流成正比 這樣才可保證換向極磁場除了抵消交軸電樞磁場外 并產(chǎn)生一個始終削弱或抵消電抗電勢eX的換向極電勢eK 電樞繞組與換向極繞組在電機內(nèi)部已串聯(lián) 20 3 換向極磁路應(yīng)處于低飽和狀態(tài)在換向極磁路中 磁密BH和電樞電流Ia的關(guān)系由磁路的飽和程度決定 只有在磁路不飽和時 才能保證BH和Ia成正比 即滿足eH與Ia成正比的需要 21 為了使換向極磁路不飽和 在設(shè)計電機時 通常將換向極氣隙取得較大 但是如果單純增大換向極和電樞間的氣隙 將使漏磁通增加 為此 常將氣隙分為兩部分即電樞與換向極極靴之間的第一氣隙和極根與極座間的第二氣隙 如圖所示 第二氣隙以墊非磁性墊片 銅片或塑料片 采用第二氣隙可使漏磁通減少 在得到同樣大的BH情況下 使換向極磁路的飽和程度降低 從而使BH能隨Ia正比地變化 22 2 增加換向回路的電阻如前所述 假若換向回路中電勢為零 可得直線換向 直線換向是最理想的換向形式 但由于換向線圈有電感存在 使得換向延遲 過分的延遲是產(chǎn)生火花的一個重要因素 延遲的程度由回路中電阻和電感的比值決定 如果增大換向回路的電阻 相對地便削弱了電感的影響 增加電阻的最有效的方法是增加電刷的接觸電阻 影響接觸電阻的因素主要是電刷材料和換向器表面的化學(xué)狀態(tài) 23 國產(chǎn)電刷分為三類 石墨電刷接觸電阻最大 電化墨電刷次之 金屬石墨電刷最小 正常工作的電機 換向器表面會形成一層氧化膜 不但會提高換向器表面的硬度 使其耐磨 并可增加接觸電阻以改善換向 正常的氧化膜應(yīng)該是均勻 穩(wěn)定 呈現(xiàn)為有光澤的棕褐色 24 3 裝置補償繞組補償繞組嵌放在主磁極極靴處的槽中 如圖所示 25 補償繞組的作用是 當(dāng)補償繞組中流過電流時產(chǎn)生磁場 使其和電樞磁場大小相等方向相反 用以抵消電樞反應(yīng)磁場 為保證補償繞組的磁場隨時都能抵消電樞磁場 補償繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián) 裝置補償繞組使電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成本增加 因此 只在負載變化很大的大 中