电机原理及拖动（第4版）课件：直流电机换向

《电机原理及拖动》

第4版2024/12/272

直流电机换向直流电机电枢绕组的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流方向改变，即换向。元件中电流从＋ia到－ia所经历的时间称为换向周期Tk。换向周期通常0.2-2ms。直流电机在运行中，电枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。假定换向片的宽度等于电刷的宽度换向周期Tk:2024/12/273电刷仅与换向片1接触时，元件1中的电流方向如图所示。电枢移到电刷与换向片1、2接触面积相同时，元件1中没有电流。电刷仅与换向片2接触时，元件1中的电流方向如图所示。一、换向过程2024/12/274（一）换向元件中的电动势：自感电动势eL和互感电动势eM

：换向元件在换向过程中电流改变而产生的电抗电势er根据楞次定律，电抗电势的方向阻止换向电流的变化，因此er的方向必与换向前的元件电流ia

的方向一致。二、换向的电磁理论2024/12/275切割电动势ea：（旋转电势）在几何中性线处，由于电枢反应在存在，电枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。据右手定则，ea的方向总是与换向前元件中的电流方向相同，ea

与er

方向一致，也是阻碍换向的。二、换向的电磁理论（一）换向元件中的电动势：2024/12/276根据楞次定律，自感电动势、互感电动势和切割电动势总是阻碍换向的。换向电动势ek

：在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应的电动势。换向电动势是帮助换向的。换向元件中的合成电动势为：二、换向的电磁理论（一）换向元件中的电动势：2024/12/277二、换向的电磁理论（二）换向元件中的电流设两相邻的换向片与电刷的接触电阻分别是R1和R2

，元件自身的电阻为R，流过元件的电流为i，元件与换向片间的连线电阻Rk，元件在换向时的回路方程：忽略元件电阻和元件与换向片间的连线电阻可推导出换向元件中的电流变化规律2024/12/2781.直线换向：当时换向元件电流随时间线性变化。2.延迟换向当时换向元件电流随时间不再是线性变化，出现电流延迟现象。3.超越换向当时换向元件电流随时间不再是线性变化，出现电流超前现象。三、直线换向、延迟换向与超越换向

2024/12/279直线换向：如果换向元件中电势为零，则在被电刷短路的闭合回路中不会有环流。换向元件中的电流由电刷与相邻两换向片的接触面积决定。变化曲线时一条直线，称为直线换向。三、直线换向、延迟换向与超越换向但是换向过程中，不可能没有电势！通常会产生延迟换向，为此想方设法使换向元件中产生一个电动势ek来抵消影响。2024/12/2710除了直线换向外，延迟和超越换向时的合成电动势不为零，换向元件中产生附加换向电流，附加换向电流足够大时会在电刷下产生火花。还有机械和化学方面的因素也能引起换向不良产生火花。改善换向一般采用以下方法：四、改善换向的方法装设换向磁极位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势2024/12/2711减少换向元件的感应电势和旋转电势，可以有效地改善换向。最有效的办法：装换向极。四、改善换向的方法2024/12/2712安装换向极的要求四、改善换向的方法换向极应装在几何中性线上;换向极的极性使产生的Bk方向与电枢反应磁势的方向相反；换向极绕组必须与电枢绕组串联。2024/12/2713移刷改善换向四、改善换向的方法选择合适的角度移动电刷，抵消旋转电势和电流变化产生的电抗电势2024/12/2714五、火花、环火及补偿绕组换向问题比较复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。2024/12/2715五、火花、环火及补偿绕组从电磁角度分析，换向元件中存在电抗电势和旋转电势：两相同方向的电势在换向元件闭合回路中产生的环流：由闭合回路转为断开时，由ik建立的电磁能量以火花的形式释放出来2024/12/2716五、火花、环火及补偿绕组电枢反应使气隙磁场发生畸变，使处于Bδmax处的元件的感应电势增大。当片间电压超过一定值时，在这个元件连接的两个换向片间产生电弧短路，电弧使周围空气电离产生电位差火花。电位差火花与换向火花连成一片，构成环火。2024/