串激电机技术

串激电机技术1第1页，共68页，2023年，2月20日，星期日小型电机的分类、市场第2页，共68页，2023年，2月20日，星期日电机的分类ブラシレス第3页，共68页，2023年，2月20日，星期日小型电机的分类及定义ブラシレス小型电机的分类与定义（除玩具用电机）第4页，共68页，2023年，2月20日，星期日小型电机的生产情况モータ技術家电AV机器AV测试其它汽车相关图1.6各种用途的生产台电机图1.6小型电机各种类的生产情况其它交流电机有刷直流

电机

DC伺服电机0.3%步进电机5.2%无铁心电机3.6%无碳刷电机4.1%其它直

流电机

15.2%感应

电机

12.8%直流电机交流电机第5页，共68页，2023年，2月20日，星期日未来预测モータ技術市场图1.7各种小型电机的种别预测MM（有刷微型电机）BL（无刷电机）STP（步进电机）SDC（DC&串激电机）1φ（单相电机）SHAD（罩极电机）LIN（线性传动装置、特殊电机）第6页，共68页，2023年，2月20日，星期日电机的基本原理第7页，共68页，2023年，2月20日，星期日交变磁场与旋转磁场モータ技術图3.1交变磁场图3.1旋转磁场第8页，共68页，2023年，2月20日，星期日力矩的产生原理图3.5夫累铭（fleming）左手法则最基本的电磁力是如图3.5所示的夫累铭左手法则而产生，当磁场B中所置的长度

为l的导体上流通电流I时，载流导体所受的作用力F为：

F=IBl图3.5夫累铭左手法则第9页，共68页，2023年，2月20日，星期日电机存在的3种力矩モータ技術电磁力中除了导体所受的作用力外，还有铁心及永久磁石所受的作用力，严格来说，微小部分所受的作用力可用下式（3.13）来表示。在这里，i：电流密度，B:磁密，H：磁场的强弱，ur：可逆透磁率，J：磁化的强度。与此式中的3种力矩对对应的有3项，与式(3.13)相同，第1项是载流导体所受的作用力，在后面会讲到如果绕组向无铁心电机一样全部在磁场中，那么就可以考虑只有这种力在作用。第2项是铁心表面所受的作用力，在铁心槽内绕线的电机，基本上是以这种力在作用。第3项是永久磁瓦的磁极所受的作用力，永久磁瓦转子因为受此力而转动。第10页，共68页，2023年，2月20日，星期日电机存在的3种力矩モータ技術但是，要用此式根据作用点的电磁力直接计算力矩一般是比较困难的，所以通常是使用虚功原理（移动微小距离时的工作与那时的磁场能量变化量是相等）根据积蓄磁气能量Wm的变化，以下式(3.14)为基础进行计算的情况比较多。气隙面的吸引力（法向力）F是在气隙长度的变化方向X、微分积蓄磁气能量Wm而得出的。旋转力矩（发生力矩）T同样地是在旋转方向θ、处微分积蓄磁气能量Wm而得出。这个计算的具体方法就是终章中所示的FEM有限要素法解析。如上所述，电机中有导体、铁心、永久磁瓦这3个发生力矩的要因。总之，电机上存在着含磁阻力矩、波动力矩的3种力矩发生要因。第11页，共68页，2023年，2月20日，星期日法向力与切向力モータ技術中所积蓄的能量，X是位移量，这叫做假相位移原理。电机的话，其力的发生是在气隙面进行的。图(a)是表示气隙附近的概略图，在这里，W是磁气能量，X是旋转角或是气隙长的变化。作为发生力，与气隙面垂直方向的吸引力Fn（叫做法向力NormalForce）绝对要多，但如图(b)所示的圆筒结构的对称设计时，与上下、左右的气隙面垂直所发生的磁气吸引力相互打消，合成值基本为0。与此相对的，与气隙面平行的成分Ft（切向力TangentialForce）虽然只是法向力的几分之1，但全周积分后的合成值便成了电机的发生力矩了。作为一种物理现象的力F、其发生是遵循的大法则，在这里，W是磁场法向力与切向力法向力与切向力第12页，共68页，2023年，2月20日，星期日电机力矩的2个基本モータ技術在这里我们对电机力矩的2个基本做进一步进行思考。首先，设想一下永久磁石间相互极引和排斥的关系，图3.6中表示定子磁极（上侧S-N2）和转子（下侧N1）的相对相位角和发生力矩的关系。力矩发生的基本原理是[异极相吸、同极相斥]，总之让上下磁极中心（磁瓦中心）保持一致而产生力。图3.5力矩与相位角度的关系（力矩角）图3.6N、S磁瓦中心的偏移角Ө与法向力的关系第13页，共68页，2023年，2月20日，星期日直流电机（共通、关联）第14页，共68页，2023年，2月20日，星期日直流电机的结构图4.7音响机器用微型电机的结构图例图4.7中的微型电机，罗列其零部件名称：①轴、②定子磁气机壳、③绝缘端

盖、④⑤轴承、⑥绕组、⑦转子铁心、⑧整流子、⑨定子永久磁石、⑩碳刷防

震用减震器、⑾环形可调电阻。第15页，共68页，2023年，2月20日，星期日直流电机的结构图4.8有槽标准型DC电机图4.8中的有槽转子DC电机，其结构包括①有槽转子铁心、②整流子、③转子绕组、④碳刷、⑤永久磁石。此结构的特征是，转子绕组与整流子片数做多，从设计上可提高电压，输出可做到几十～几百W。第16页，共68页，2023年，2月20日，星期日直流电机绕组接线モータ技術星形接线与三爪接线对3槽电机的接线方式进行简单地说明，槽内绕组所产生的感应电压因其绕组的接线方式不同，输给碳刷端子上的电压也会不同。其代表性的接线方式如图4.4的星形接线和三爪接线。各槽内的绕组感应电压e是相同的，但碳刷间出现的合成电压(a)和(b)是不同的。星形连线图(a)是通过N（称为中性点）将各绕组的一端共同连接，所以碳刷端子上出现的电压就只是2个绕组的和2e，而另一边，三爪接线中端子电压是随着绕组数的增加而增大。第17页，共68页，2023年，2月20日，星期日碳刷与换向器例モータ技術碳刷碳粉碳刷金属黑铅碳刷碳素质碳刷黑铅质碳刷电气黑铅碳刷高金属黑铅碳刷图4.18根据碳刷的材料的分类低金属黑铅碳刷油烟系黑铅系沥表焦系蚀刻加工模具冲压线性加工换向器的结构第18页，共68页，2023年，2月20日，星期日直流电机的基本式モータ技術（1）直流电机的基本式基于电磁感应作用电机的一般式是遵循夫累铭左手或是右手法则，所以转速、磁通、力矩、发生电压间的关系式是以基本电压方程式来表现。这不仅仅是限定于直流电机，一般的电机也可通用。结论是以下列2条式子为基本式。（4.1）式从电压方程式导出转数n的关系式，k[V/rpm]是感应电压常数、是电机设计时决定的特有常数，φ[Wb]是主磁通量，V[V]是电源的外加电压，IR[V]是电路的压降。（4.2）式是发生力矩T的关系式，k'[T/A]是力矩常数。力矩常数与感应电压常数k一样是电机设计的特有常数，发生力矩T基本上是与主磁通量φ[Wb]和电流I[A]的积成比例。第19页，共68页，2023年，2月20日，星期日直流电机的基本式モータ技術另外，电机的输出和输入功率有如下关系式：

（4.3）式中是输出功率的关系式，w.T是旋转角速度w[rad/s]与力矩T[N.m]的乘积，这就是机械输出功率。但是，从能量保存的法则上来考虑，机械输出功率与电气输出输率是一样的。这种情况，有效电气输出功率就是电机反电动势（发生电压）Er和电流Io的乘积。这也就可以根据能量保存法则从原理上来证明等效。第20页，共68页，2023年，2月20日，星期日直流电机的等效电路モータ技術图4.5DC电机的电压等效电路根据Eo与Er的电压差△E（=Eo-Er），这个闭合电路内，流通有△E=Eo-Er=Io.R的电流Io。直流电机的等效电路机械输出与电气输出功率的等效关系如图4.5所示，Eo是外加电压，Er是电机的反电动势，△E是电压差，I.R是电阻部分引起的压降，Io是电路电流。像这样的电路称之为DC电机系统的等效电路。通常，电源电压Eo与电机的反电动势Er间，有这样的关系：图4.5直流电机电压等效电路第21页，共68页，2023年，2月20日，星期日直流电机的特性モータ技術图4.5直流电机电压等效电路根据此等效电路，可以理解电机的性能。首先，将DC电机连接到Eu的DC电源上，因为最开始没有旋转，所以Er=0、△E=Eo。当全部电压施加到串联电路电抗R上时、流通Ia=Eo/R过大电流，产生很大的力矩。接着，转子的转速开始上升时，电枢绕组内发生反电动势，相应此部分△E会减少。最后加速完成，最高转速为恒定状态，如果电机没有损失、那么不要力矩，所以Io.R=0，即Eo=Er、不流通电流。以上的关系如图4.6所示。这是永久磁石电机中具有代表性的它励式DC电机的一般性能。换言之，也就是可以忽略电枢反作用及铁心的饱和现象时的例子。图4.5直流电机电压等效电路图4.6永久磁石DC电机的特性图第22页，共68页，2023年，2月20日，星期日直流电机转子角度与力矩モータ技術电机的区分是以『产生主磁通量的定子极数』来表现的图4.12极2槽DC电机图4.22极3槽DC电机(a)2极2槽DC电机图4.3转子角度与产生力矩的关系(b)2极3槽DC电机第23页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机第24页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机モータ技術交直流两用电机（universalmotor），本来是对设计成交流或DC都可以使用的电机而定名的，但现在，虽然直流也可以使用，但基本是多数场合都是指交流用的电机。

此电机跟DC电机同样，由带整流子的转子和产生主磁通量的磁场而构成。与DC电机不同，因为是由交流而发生的交变磁场，所以为了控制铁损、以防止发热为目的而把所有的铁心都叠积起来制作是其一大特征。另外，此电机为了提高效率及改善功率因数，有必要将转子的磁动势做得比磁场的磁动势大。第25页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机的分类モータ技術交直流两用电机的分类大致可分为下面的(1)～(5)种类型，但小型电机主要是单相串励电动机（串激）电机使用得比较多，所以交直流两用电机也可以当成是串激电机来考虑，且串激电机这个称呼比较普遍。在这里，除了介绍串激电机以外，其它的结构也进行简单地说明。

(1)单相串励电动机（串激电机，single-phaseseriesmotor）此电机如图4.34所示，是串激绕组F与转子绕组A串联接续的电机。(b)和（c）是带有补偿绕组的电机图例，（c）表示补偿绕组。这个绕组可以通过打消转子电流引起的磁动势而防止功率因素的降低，是为了改善整流而设计的。(b)是补偿绕组与转子串联绕线，激磁是电气角偏移90°的一种设计，（c）由感应作用而进行补偿的方式。第26页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机的分类モータ技術以感应作用补偿与激磁串联、90°相位第27页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机的分类モータ技術(2)单相并励电动机（single-phaseshuntmotor)这种类型如图4.35所示，是指激磁F与电枢A并联的电机。(3)单相复励电动机(single-phasecompoundmotor）这种类型如图4.36所示，是指并联的两个激磁F1和F2与电枢A串联在一起的电机。图4.35单相并励电动机图4.36单相复励电动机第28页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机的分类モータ技術图4.37单相排斥电动机(4)排斥电动机(repulsionmotor）这种类型如图4.37所示，仅在激磁绕组F上连接电源，电枢绕组倾斜于激磁方向，在与整流子接触的碳刷间形成短路。受激磁绕组与电枢绕组的转换作用而产生电动势，电枢内流通电流。因此电流与激磁磁通量的相互作用而得到转矩。如果把此碳刷向反方向倾斜，那么可以逆向旋转。如果把激磁绕组分成与碳刷轴平行的成分和直角成分来思考，那么这个电机就可视作是与图4.30所示（1）的感应补偿形串激电机一样。第29页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机的分类モータ技術(5)3相串励电动机、3相并励电动机这些电机是将单相串励电动机和并励电动机设计成3相绕组结构，例如3相串激电机是如图4.38所示的方式接线。图4.383相串励电动机第30页，共68页，2023年，2月20日，星期日单相换向器电机的种类電気工学A：电枢绕组F：激磁绕组C：补偿绕组α：碳刷移动角B1：固定碳刷B2：可动碳刷Be：激磁碳刷Ba：动作碳刷

77图单相换向器电机的种类(a)串励式(b)补偿串励式(c)感应补偿串励式(d)排斥式(e)排斥式(f)补偿排斥式(g)并励式(h)并励式(i)双重给电并励式(j)复励式第31页，共68页，2023年，2月20日，星期日串激电机的结构モータ技術串激电机的结构如图4.39概略图所示，主要部件是定子和转子，各部件的名称如图所示。此图中省略了支撑定子、固定转子轴承的端盖。串激电机如通常图4.39所示，是2极结构，在2个激磁绕组中间连接电枢绕组。定子铁心转子定子绕组整流子定子（激磁）定子绕组轴承轴转子（电枢）电枢绕组电枢铁心定子铁心轴承碳刷骨架碳粉碳刷图4.39串激电机的结构第32页，共68页，2023年，2月20日，星期日单相串励换向器电动机-结构資料２2、结构如果直接把直流用的串励电动机作为交流用的话，会出现一些问题。交流用的单相串励换向器电动机，在做成如下的结构后，也拥了很好的性能。（1）因磁气回路中的磁通量会交变、铁损会变大，所以激磁上使用层叠铁心，做成类似感应电动机的定子的圆筒状。（2）因电枢及激磁绕组的电抗下降，功率因素会变得非常低，所以要减少激磁绕组的匝数、缩小界磁束。为了补偿为此而减少的转矩，要增大电枢绕组的匝数。因此，与相同额定的直流机相比，电枢变大，整流子片的数量也会变多。第33页，共68页，2023年，2月20日，星期日单相串励换向器电动机-结构資料２（3）如果增加电枢的匝数，那么电枢的反作用将会变大，所以除了极小输出的电机外，一般会设计成在4.7的5处所学补偿绕线。（4）由碳刷短路的绕组中，除4.3的4中所学由电抗产生的感应电动势以外，因主磁通量的交变，还会感应出受变压器作用的电动势，导致短路电流变大，整流困难。为了改善此问题，采用接触抵抗相对较大的碳刷。另外，在大型电机上设立补极、或是在电枢绕组和换向器片之间使用高电阻的导线连接，以限制短路电流。第34页，共68页，2023年，2月20日，星期日为何可AC、DC两用？モータ技術串激电机的工作原理基本上与直流电机完全相同。但是，直流电机是主激磁由永久磁石作成、有一定的方向，而串激电机是由激磁绕组形成，其方向及强度随时间的变化而不同。这两种电机都是基于夫雷铭左手法则、受永久磁石或激磁绕组形成的磁场与电枢绕组中的电流的相互作用，从而得到一定方向的转矩。第35页，共68页，2023年，2月20日，星期日为何可AC、DC两用？モータ技術此式中，f：根据夫累铭左手法则的电磁力[N]，D：电枢的直径[m]，B：激磁磁极的磁密[Wb/m2]，L:导体的有效长（电枢叠厚）[m]，I：导体电流[A]。

在交直流两用电机上，电枢和激磁的电流方向是随着电源的频率而变化的，因为其变化是在电枢和激磁上同时产生的，所以与直流电机的+碳刷和-碳刷端子转换的同时，永久磁石的N极和S极发生转换是同样的关系，电机的旋转方向可保持一定。如此，导体a承受的力矩t与直流电机相同可求得以下公式：

第36页，共68页，2023年，2月20日，星期日为何可AC、DC两用？モータ技術如果把电枢导体数作为z，那么电机整体的发生力矩为在式(4.15)中代入式(4.12)、(4.13)和(4.13)的关系式后，表示如下把φ当作每1极的磁通量[Wb]，2P当作极数（P是极对数），那么另外，把ia当作电枢电流，2a当作电枢的并联电路数时，第37页，共68页，2023年，2月20日，星期日为何可AC、DC两用？モータ技術式(4.19)中，电机力矩的平均力矩是P/4πa×zφmIm，随电原频率的2倍频率而变化，可以理解为如图4.40所示的变动力矩。图4.0电气的发生力矩在这里，电枢电流ia是交流，所以另一方面，φ忽略铁损后，式子可以这样列。在式(4.16)中代入式(4.17)和(4.18)后，第38页，共68页，2023年，2月20日，星期日为何可AC、DC两用？モータ技術串激电机是直流交流都可以得到同一方向转矩的交直两用电机，但在交流使用时，磁场随电源频率进行交变，所以为了控制涡流损等的铁员，如前面所叙述的必须注意要将定子铁心进行层叠的对策。第39页，共68页，2023年，2月20日，星期日换言之，交直流两用电机也与DC电机一样，其转速因系统的等效电路即电压方程式而被规定。电机的反电动劝势Er不可能比电源电压V0大，也就是说Eo≥Er的关系式成立。另外其发生力矩与电枢电流ia的平方成比例的关系下节叙述。结论是电机的空载转速可以无限制在上升。也就是说交直流两用电机（串励电机）的转速因负载而决定，因此为了防止转速过高，需要下一些工夫，如在电机轴上安装冷却风扇以避免高转速时的超速。转速的基本式モータ技術根据夫累铭右手法则，磁密B[Wb/m2的磁场中，长L[m]的导体以v[m/s]速度运动时，此导体上所感应的电动势为：如果把电机的转速作为N[rpm]，那么将式（4.21）代入式4.20中，那么第40页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机的性能曲线モータ技術图4.41是表示串励性能，此类性能的电机特点是起动力矩大、空载时转速高。因此，旋转的加速时间短，根据负载的大小速度发生变化，所以也被称为变速电机或是恒定输出电机。另一方面，并励电机带有如图4.42所示的性能，而且不受负载的变化限制可保持恒定的转速，因此也被称为恒定转速电机。图4.41串励性能图4.42并励性能第41页，共68页，2023年，2月20日，星期日补偿串励电动机的向量图電気工学10.1.2向量图图78是补偿串励电动机的简略接线图，与此相对的向量图（忽略铁损）如图79，此向量图中主磁通Φ基本上与电流I成比例，所以力矩变为是与I的平方成比例，即串励特性输入功率机械输出功率力矩或者P：极数，Z：电枢全导体数2a：电枢的并联电路数n：旋转速度(rpm)，φ：每极的磁能量（Wb）第42页，共68页，2023年，2月20日，星期日补偿串励电动机的向量图電気工学V：电源电压，Ev：速度电动势，Ii：补极电流，I：负载电流，Ir：电阻分路电流，ra：电枢绕组电阻（含碳刷电阻），rc：补偿绕组电阻，rf：激磁绕组电阻，ri：补极绕组电阻，ri：含电阻分路的补极绕组电路的等效电阻，xa：电枢绕组漏电抗，xc：补偿绕组漏电抗，Xf：激磁绕组电抗，Xi：补极绕组电抗，Xi：含电阻分路的补极绕组电路的等交电抗。Φ：主磁通量，∮：功率因素角79图补偿串励电动机的向量图第43页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机的性能電気工学单相4极，100W、100V、50/60/c/s、2A、600～3000rpm81图

交直流两用电机的力矩-速度、电流、效率、输出性能第44页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机的性能資料３交直流两用电机（universalmotor）考虑了以上几点的交流直流两用的串励电动机。这种电动机在家用吸尘器、榨汁机、缝纫机、办公机器、手枪式电钻等上被广泛使用，因为电源的关系所以交流驱动的情况比较多。在这种情况下，称这种电机为单相串励交流换向器电动机比较妥当。图3.14是表示175W、8500rpm的交直流两用电机的速度-力矩性能，变为高速后，交流与直流的差基本上消失了。图3.14交直流两用电机的速度-力矩性能第45页，共68页，2023年，2月20日，星期日交直流两用电机的性能資料３图3.15是家用吸尘器用电动机的负载性能。使用交流电源带换向器的电动机中，除此之外（串激电机以外的交流用电机）数量还有很多。这些总称之为交流换向器电动机，常用的种类有：交流整流子电动机单相三相单相串励交流整流子电动机单相排斥交流整流子电动机三相并激整流式电动机三相串励交流整流子电动机图3.15电气吸尘器用电动机性能第46页，共68页，2023年，2月20日，星期日附录第47页，共68页，2023年，2月20日，星期日附录换向现象第48页，共68页，2023年，2月20日，星期日换向现象モータ技術4.3.3换向现象直流机上换向作用的必要性及其概略功能已在前节叙述，原理性的换向作用暂且不论，讲得偏激点，换向现象的技术问题点就是[碳刷的火花与寿命问题]。使用机械碳刷与换向器的DC电机上，各绕组与换向器片相连接，随着转子的运转而通过碳刷短路，因为会断开（ON-OFF)，所以必然会产生火花。设计者会尽可能地将被换向绕组的感应电压做低，但要将磁通量的变化做成0却是非常困难，而且还会涉及成本问题。第49页，共68页，2023年，2月20日，星期日换向现象モータ技術于是，小型电机不能设计补极，最后得出在被换向的绕组上不得不发生某种程度感应电压这样的结论。除此之外，换向时的电流方向反转及短路断开动作，所以会因绕组漏电感而产生感应电压、（e=Ldi/dt)电压。被换向的绕组上，产生了转动引起的感应电压和绕组漏磁通引起的（Ldi/dt）这2件感应电压。此电压被碳刷短路，断开时产生火花，此电磁能量（Li2/2及i2t）被作为碳刷中的电阻损（i2R）及火花能量而消耗。但是，此火花的产生不仅会因为换向器表面的粗化或碳刷酸化引起碳刷寿命的缩短，同时还会引发电波干扰等有害现象。因此，出现这样一种设计思想：中至大容量机上应尽量控制换向火花，提高碳刷的电阻，将换向时的电磁能量在碳刷中消耗，这种做法叫做[电阻换向]。第50页，共68页，2023年，2月20日，星期日换向现象モータ技術但是，R=Rc+Rb，Rc是绕组的电阻，Rb是绕子与换向片连接的接触电阻，T是换向周期、碳刷宽度除以换向圆周速度的值，t是时间，ec是表示受换向作用产生的电动势[换向电动势]。为理解关于换向的概念，图4.28中显示了最简单的换向模式。碳刷厚度与换向片相同，换向片间的绝缘物厚度忽略。碳刷全面接触，其接触电阻Rb设为一定，根据导体上的漏磁通，如果把电感作为L，那么换向时的电路的电压方程式可表示如下（4.11式）。图4.28换向现象的说明图第51页，共68页，2023年，2月20日，星期日换向现象モータ技術思考一下构成电构绕组的各绕组，在运转中绕组穿过碳刷下面时电流方向反转。绕组穿过碳刷下面的时间为毫秒，所以如果绕组中有电感就会发生电压，因为此电压、换向器换向片与碳刷的接触断开时会产生火花。由碳刷短路时的绕组电流变化非常复杂，为了简单地理解这种现象，从以前开始一般多用如图4.29所示的[假想换向曲线]进行说明。以下对图纸的各曲线进行简单说明：（a）直线换向（linearCommutation）：碳刷面的电流分布是恒定的。（b）最合适换向（OpitimumCommutation）：换向末端上的曲线倾斜为0是最理想的换向。（c）过换向（OverCommutation）：换向过早结束，电流集中在碳刷的入口部，换向效果不理想。（d）正弦波换向（SinusoidafCommutation）：难产生火花，理想换向的一种。（e）（f）不完全换向（UnderCommutation）：电流集中在碳刷的出口，产生火花，所以效果不理想。以上是对一般直流机的换向现象进行了一个定性地说明。第52页，共68页，2023年，2月20日，星期日单相换向器机换向作用与改善電気工学

10.1.4换向作用与其改善方法进行换向作用的电枢绕组上透导出因换向产生的电抗电压er和因与速度无关的主磁通交变而产生的变压器电压et，这2种电压的合计值ef作为火花电压成为发生火花的原因。为了起到良好的换向作用，把ef和180°相位的不同电压诱导于换向绕组中，如图78所示在补极中插入支路电阻，让其流通适当相位的补极电流Ii是一种比较广泛的方法，其关系可如图82所示。82图

补极中插入了支路电阻时的换向向量图Ei：补极绕组端子间的电压Ir：支路电阻电流第53页，共68页，2023年，2月20日，星期日单相换向器机换向作用与改善電気工学但是，此方法在某恒定的速度下并不能消除火花电压。变压器电压et与速度无关系，所以恒定支路电阻值并不能在整个速度范围内保持良好的状态，实际情况是对支路电阻值进行些许调整，控制残余火花电压在不影响换向的范围内。除此之外，为防止支路电阻的功率损失，并联接入电容，为了让补极电流中也流通谐波电流、有时也会在电阻上串联上电抗器。为了发挥更好的换向作用，如图83所示也可使用分割碳刷，除此之外，在电枢槽数的选择、绕组节距、槽内导体数及其排列方式等方面也需要考虑到改善换向作用这一问题。（a）双子式2分割（b）双头式2分割（c）三连式3分割（d）3分割（槽楔式）（f）3分割（倒Ω形））图83分割碳刷第54页，共68页，2023年，2月20日，星期日附录电机设计第55页，共68页，2023年，2月20日，星期日设计－第1步モータ技術使用图形CAD功能，如实画出铁心的形状图，接着是将槽内的绕组作为1匝绕组画图（也要决定导体的电流方向）。在此设定各部的物质常数（铁、铜、空气）。为了进行FEM有限元法解析，用鼠标操作设定好接点间隔以及概略元素数以形成多个网状。之后在画面上描出网状图，网格图的优劣点在于：所有的元素要有以下4点：①接近正三角形，②各元素内的磁气能量要尽量均一，③气隙部的网格要清楚地切断，④尽量不要形成过多的元素数（5000～15000左右）。显示其结果后再确认，即可如图9.2所示。第56页，共68页，2023年，2月20日，星期日设计－第1步モータ技術接着设定槽内导体的流通电流值（电流密度），计算后的磁通量分布图结果如图9.3。此图面中铁心各部的磁密可以用颜色区分表示，也可作为等磁密线图以数值来表示。从此图中，哪部分饱和了可一目了然。图9.3轻负载时的磁通量分布解析例图9.2感应电机的2次元网状图例第57页，共68页，2023年，2月20日，星期日设计－第2步モータ技術作为电气设计问题这点是最让人操心的。第二步就是漏磁分布的计算和漏电抗（电路常数）的推算及绕组系数、电压方程式、谐波磁通成分的推算，把导体内交流电流造成的表皮效应作为频率的函数来表现等的高级计算。对任意形状的境界条件都能进行计算，此情况下，使用Maxwell的基本方程式和机械系统的运动方程式（D），可以解释所有电机的电磁场问题及旋转运动时的问题。惯性力矩角加速度负载力矩摩擦力矩角速度FEM解析得出的电磁力矩第58页，共68页，2023年，2月20日，星期日设计－第2步モータ技術图9.5气隙附近的扩大图对象电机的各部磁通分布状态、及其结果所产生的力矩、作为机械系统的