電機(jī)原理及拖動(dòng)（第4版）課件：直流電機(jī)換向

《電機(jī)原理及拖動(dòng)》

第4版2024/12/272

直流電機(jī)換向直流電機(jī)電樞繞組的某一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷，從一條支路換到另一條支路時(shí),元件里的電流方向改變，即換向。元件中電流從＋ia到－ia所經(jīng)歷的時(shí)間稱為換向周期Tk。換向周期通常0.2-2ms。直流電機(jī)在運(yùn)行中，電樞繞組每個(gè)元件在經(jīng)過(guò)電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過(guò)程。假定換向片的寬度等于電刷的寬度換向周期Tk:2024/12/273電刷僅與換向片1接觸時(shí)，元件1中的電流方向如圖所示。電樞移到電刷與換向片1、2接觸面積相同時(shí)，元件1中沒(méi)有電流。電刷僅與換向片2接觸時(shí)，元件1中的電流方向如圖所示。一、換向過(guò)程2024/12/274（一）換向元件中的電動(dòng)勢(shì)：自感電動(dòng)勢(shì)eL和互感電動(dòng)勢(shì)eM

：換向元件在換向過(guò)程中電流改變而產(chǎn)生的電抗電勢(shì)er根據(jù)楞次定律，電抗電勢(shì)的方向阻止換向電流的變化，因此er的方向必與換向前的元件電流ia

的方向一致。二、換向的電磁理論2024/12/275切割電動(dòng)勢(shì)ea：（旋轉(zhuǎn)電勢(shì)）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(dòng)勢(shì)。據(jù)右手定則，ea的方向總是與換向前元件中的電流方向相同，ea

與er

方向一致，也是阻礙換向的。二、換向的電磁理論（一）換向元件中的電動(dòng)勢(shì)：2024/12/276根據(jù)楞次定律，自感電動(dòng)勢(shì)、互感電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)總是阻礙換向的。換向電動(dòng)勢(shì)ek

：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場(chǎng)中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。換向電動(dòng)勢(shì)是幫助換向的。換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)為：二、換向的電磁理論（一）換向元件中的電動(dòng)勢(shì)：2024/12/277二、換向的電磁理論（二）換向元件中的電流設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是R1和R2

，元件自身的電阻為R，流過(guò)元件的電流為i，元件與換向片間的連線電阻Rk，元件在換向時(shí)的回路方程：忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻可推導(dǎo)出換向元件中的電流變化規(guī)律2024/12/2781.直線換向：當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化。2.延遲換向當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。3.超越換向當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。三、直線換向、延遲換向與超越換向

2024/12/279直線換向：如果換向元件中電勢(shì)為零，則在被電刷短路的閉合回路中不會(huì)有環(huán)流。換向元件中的電流由電刷與相鄰兩換向片的接觸面積決定。變化曲線時(shí)一條直線，稱為直線換向。三、直線換向、延遲換向與超越換向但是換向過(guò)程中，不可能沒(méi)有電勢(shì)！通常會(huì)產(chǎn)生延遲換向，為此想方設(shè)法使換向元件中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)ek來(lái)抵消影響。2024/12/2710除了直線換向外，延遲和超越換向時(shí)的合成電動(dòng)勢(shì)不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時(shí)會(huì)在電刷下產(chǎn)生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。改善換向一般采用以下方法：四、改善換向的方法裝設(shè)換向磁極位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)2024/12/2711減少換向元件的感應(yīng)電勢(shì)和旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，可以有效地改善換向。最有效的辦法：裝換向極。四、改善換向的方法2024/12/2712安裝換向極的要求四、改善換向的方法換向極應(yīng)裝在幾何中性線上;換向極的極性使產(chǎn)生的Bk方向與電樞反應(yīng)磁勢(shì)的方向相反；換向極繞組必須與電樞繞組串聯(lián)。2024/12/2713移刷改善換向四、改善換向的方法選擇合適的角度移動(dòng)電刷，抵消旋轉(zhuǎn)電勢(shì)和電流變化產(chǎn)生的電抗電勢(shì)2024/12/2714五、火花、環(huán)火及補(bǔ)償繞組換向問(wèn)題比較復(fù)雜，換向不良會(huì)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(jī)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(jī)械的原因。此外換向過(guò)程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。2024/12/2715五、火花、環(huán)火及補(bǔ)償繞組從電磁角度分析，換向元件中存在電抗電勢(shì)和旋轉(zhuǎn)電勢(shì)：兩相同方向的電勢(shì)在換向元件閉合回路中產(chǎn)生的環(huán)流：由閉合回路轉(zhuǎn)為斷開(kāi)時(shí)，由ik建立的電磁能量以火花的形式釋放出來(lái)2024/12/2716五、火花、環(huán)火及補(bǔ)償繞組電樞反應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，使處于Bδmax處的元件的感應(yīng)電勢(shì)增大。當(dāng)片間電壓超過(guò)一定值時(shí)，在這個(gè)元件連接的兩個(gè)換向片間產(chǎn)生電弧短路，電弧使周圍空氣電離產(chǎn)生電位差火花。電位差火花與換向火花連成一片，構(gòu)成環(huán)火。2024/