電樞槽數(shù)及換向器片數(shù)的關(guān)系

1、專題E 電樞槽數(shù)、換向器片數(shù)對(duì)電機(jī)性能的影響一、概述1.總體說(shuō)來(lái),電樞槽數(shù)Z增多,相應(yīng)地?fù)Q向片(K)增多,電機(jī)性能改善.、槽數(shù)Z 包括Z的大小,以及Z=奇數(shù)或Z=偶數(shù).、槽數(shù)Z與換向片數(shù)的K的關(guān)系. Z=K 或Z<K,即K=uZ. 即一個(gè)槽中安置幾個(gè)線圈,u=1,2,3.a) 、 Z=K=S S 線圈數(shù)b) 、K=S=uZ2、Z,K對(duì)電機(jī)性能的影響.、轉(zhuǎn)矩a) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 均勻與否,與轉(zhuǎn)子所處位置的關(guān)系.b) 運(yùn)行轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)量的大小,是否平穩(wěn).c) 定位轉(zhuǎn)矩的大小.、轉(zhuǎn)速 脈動(dòng)量的大小.、換向性能a) 對(duì)換向電勢(shì)的影響.b) 對(duì)片間電壓的影響.、振動(dòng)、噪聲a) 對(duì)氣隙齒諧波磁導(dǎo)和齒諧波磁場(chǎng)

2、幅值及階次的影響.b) 徑向磁拉力是否均勻?qū)ΨQ,平衡.、有效導(dǎo)體數(shù)及電流波形、繞組對(duì)稱性要求、傳熱,散熱效果,電樞溫升.、工藝方面a) 繞線b) 電樞齒最小寬度 限制.c) 換向片節(jié)距,電刷寬度的限制.3、選取槽數(shù)的數(shù)值范圍、 直流電機(jī) 交流串激電機(jī) - 單位cm.、二、槽數(shù)Z、換向片數(shù)K對(duì)電機(jī)性能影響分析.1、分析Z=K=2的直流電機(jī).、電機(jī)模型2P=2,認(rèn)為氣隙磁場(chǎng)按正弦波分布.轉(zhuǎn)子上有1,2二個(gè)槽,要放ab,cd兩根導(dǎo)體,A,B二個(gè)電刷,以n的轉(zhuǎn)速,順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn).、發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況分析a) 電樞旋轉(zhuǎn)一周(轉(zhuǎn)),即(秒),在 “ab cd”線圈內(nèi)感應(yīng)的電勢(shì) ,為2個(gè)半波的脈動(dòng)波形.b) 如

3、果外按負(fù)載R,則形成電樞電流(即輸出電流),其波形與 一致.c) ,均為強(qiáng)烈脈動(dòng)的直流.、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況分析.a) 若電源為恒定直流,A仍為正刷,電流從此流入,這樣在導(dǎo)體ab,cd中電流的方向與發(fā) 電機(jī)工況相反,但n方向一致,仍然為順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn).b) 由于感應(yīng)的反電勢(shì)仍有如發(fā)電機(jī)工況的半波脈動(dòng)波形,即使恒定值,仍為脈動(dòng)直流.c) 由, 脈動(dòng),必定引起電磁轉(zhuǎn)矩Tm脈動(dòng).d) 如果負(fù)載阻力矩TB是恒定值,由于Tm是脈動(dòng),Tm與TB之間時(shí)而存在正的加速轉(zhuǎn)矩(),使;時(shí)而為,使,因而轉(zhuǎn)速n也是脈動(dòng)的!、由于T,n中存在過(guò)大的脈動(dòng)分量,在有刷直流電動(dòng)機(jī)中,不采用K=Z=2的設(shè)計(jì).2、Z=K=3的三槽直

4、流電動(dòng)機(jī)的性能分析,將在專題F中討論.3、 Z(K)>3的直流電動(dòng)機(jī)性能分析.、 Z(K)>3的電機(jī),指一般性電機(jī),而不是具體分析Z=5,7,9的電機(jī).、轉(zhuǎn)矩a) 運(yùn)行轉(zhuǎn)矩 分析表明,當(dāng)以后,脈動(dòng)分量大大減小,且隨,愈平穩(wěn).b) 定位轉(zhuǎn)矩 ,定位轉(zhuǎn)矩(即磁阻轉(zhuǎn)矩)c) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ,特別是Z=奇數(shù),起動(dòng)轉(zhuǎn)矩均勻,與起動(dòng)初瞬(t=0時(shí))轉(zhuǎn)子的位置無(wú)關(guān).、轉(zhuǎn)速 -,隨著Tm脈動(dòng)量減小,轉(zhuǎn)速的脈動(dòng),愈平穩(wěn).對(duì)于某些家用電器或辦公設(shè)備上的電動(dòng)機(jī)是重要的.、對(duì)換向性能的影響.a) 當(dāng) 一定時(shí), b) 當(dāng)一定時(shí),平均片間電壓.使換向器上產(chǎn)生環(huán)火的可能性.c) 當(dāng)換向器直徑DK一定時(shí),K,.當(dāng)電刷

5、寬度不變時(shí),它覆蓋(接觸)的換向片數(shù)這樣,可能有幾個(gè)線圈在同時(shí)換向: i. 對(duì)于Z=K=S,即u=1,每槽內(nèi)只有一個(gè)線圈的電機(jī),同時(shí)換向的線圈間沒(méi)有互感電勢(shì),因而對(duì) 無(wú)影響.ii. 對(duì)于的電機(jī),即槽內(nèi)安放個(gè)線圈,可能同時(shí)換向,它們之間有互感存在,將使數(shù)值,波形復(fù)雜化.iii. 對(duì)于單轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī),當(dāng)采用時(shí),可在2個(gè)線圈總匝數(shù)不變的情況下,分為匝數(shù)不等的2個(gè)線圈,例如一只占65%,另一只占35%,利用同一槽中的線圈,一只超前換向,另一只正常換向,可減少它們之間的互感,又使后換向元件的達(dá)到改善換向的目的,Dr.孫進(jìn)行了這方面研究,已有成果.d) 實(shí)例:AC串激馬達(dá),要從定子線圈抽頭處,引出一個(gè)的交流

6、電壓,進(jìn)行全波整流,供給一臺(tái)18VDC馬達(dá),這時(shí),用Z=K=S=8,由于火花大,電刷壽命,后改為Z=8,K=S=16,火花,壽命,達(dá)到客戶要求,這是,的結(jié)果.、振動(dòng)和噪聲a) 當(dāng)使氣隙磁導(dǎo)中的一階和二階齒諧波磁導(dǎo)的次數(shù)上升.而幅值(徑向電磁力),電磁力節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù).而振動(dòng)的振幅,即激振力幅值,節(jié)點(diǎn),振動(dòng)幅值m.于 是,使電機(jī)的電磁振動(dòng),相應(yīng)地,電磁噪音.b) ,但由于槽開(kāi)口寬并不根據(jù)的比例,以相應(yīng)的比例減小,因而齒諧波磁場(chǎng)的幅值并不按的比例下降,使振動(dòng)、噪聲的幅值有一定影響.c) 對(duì)Z很少時(shí),如Z=5,7等,對(duì)于2P=2的電機(jī),有時(shí)在兩個(gè)極面下的齒(面)數(shù)不等,引起徑向磁拉力的不平衡,這種不平衡是

7、隨電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)而變化的,因而可能引起振動(dòng).由于微型永磁直流電動(dòng)機(jī)都采用滑動(dòng)軸承,存在徑向游間隙.上述單邊磁拉力就可能引起轉(zhuǎn)子的振動(dòng).d) 物體出現(xiàn)振動(dòng),一是要有足夠強(qiáng)度的激振力,二是激勵(lì)的頻率與物體的固有頻率接近,才能形成大的響應(yīng).一般說(shuō)來(lái),轉(zhuǎn)子的整體性,剛性較好,固有頻率很高.難以與激振頻率相近;而定子為殼體結(jié)構(gòu),剛性較差,低,因而一般由氣隙諧波磁場(chǎng)引起的振動(dòng),多數(shù)出現(xiàn)在機(jī)殼方面.e) 振動(dòng)和噪聲都是由物體振動(dòng)所引起,后者是物體將振動(dòng)傳給空氣,使空氣形成壓縮與伸張的波式運(yùn)動(dòng),傳入人耳就成噪聲. “低頻顯振,高頻顯聲”.、電樞有效導(dǎo)體數(shù)及電流波形.a) ,如果保持電刷所覆蓋的換向片數(shù)不變,即同

8、時(shí)被短路進(jìn)行換向的線圈數(shù)K不變.i. K,即S,不變,W,這樣,被短路的線圈數(shù),即有效導(dǎo)體數(shù) ,則ii. 對(duì)于K=S=奇數(shù)的電機(jī),運(yùn)行中,有時(shí)一支路中多一個(gè)線圈,另一支路少一個(gè)線圈,這樣, 不但每支路電阻不同,電流不平衡,也使電樞的等效電阻變,從而引起的波動(dòng).如果W,則這種波動(dòng).b) 這種每支路和不同,導(dǎo)致的變化和的波動(dòng),除了內(nèi)部可能有環(huán)流外,則外電路(總電樞)電流的波形變化,它不是一條直線,而是有周期性波動(dòng)分量,可由示波圖看出.W,波形的波峰與波谷之差縮.、繞組的可繞性條件要求.a) 對(duì)于2P=2的微型電機(jī),均采用單疊繞組,無(wú)論奇數(shù)或偶數(shù),均可滿足可繞性條件.b) 對(duì)于2P=4的直流電機(jī),如

9、果采用單波繞組,根據(jù)則K=S=奇數(shù),才能滿足可繞條件.這時(shí),對(duì)于槽數(shù)整數(shù),奇數(shù),則奇數(shù),才能滿足,通常1,3. Z=9,11,13,17,19,21,23等.、傳熱、散熱效果及電樞繞組溫升.通常,電樞中繞組的溫度高于鐵芯的溫度,熱量由繞組通過(guò)齒壁傳到電樞外表面及轉(zhuǎn)軸,再通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流,傳送到周圍介質(zhì)(大氣)中.當(dāng)Z,整個(gè)電樞的齒的周長(zhǎng),齒壁的總面積,使傳導(dǎo)熱阻,.另外,W,在一個(gè)槽內(nèi)的導(dǎo)體數(shù),使槽內(nèi)導(dǎo)體的溫度比較均勻,其最熱點(diǎn)與平均溫度之差.、工藝方面a) 繞線 - Z=偶數(shù),它是對(duì)稱分布,一般繞線機(jī)均能方便進(jìn)行繞組,當(dāng)Z=奇數(shù)時(shí),有些繞線機(jī)則不便操作.Z,盡管不變,但因K=S,線圈個(gè)數(shù),工時(shí).b) 電樞最小齒寬的限制.i. 受模具,沖床設(shè)備及沖制工藝的限制.ii. ,將使齒內(nèi)鐵耗的修正分?jǐn)?shù).(沖制后被加