上海交大电机课件(直流发电机)

第五篇 直流电机 上海交通大学 周顺荣 第二十四章 直流电机的换向 直流电机的换向是指当旋转的电枢绕组元件从一条支路经电刷下而进入 另一条支路时，该元件中电流改变方向，称换向。 第一节 换向过程 图24-1 电枢绕组元件的换向过程 d) 理想的元件电流变化过程 a）换向开始b））换向过程中c) 换向结束瞬间 换 向 所谓换向过程，是电枢绕组元件在换向时经过被电刷短路而改变其中电 流方向的过程。正在进行换向的元件称为换向元件，换向元件中的电流称为 换向电流。所谓换向时间Tk，即换向元件被电刷短路的时间。在换向过程中 ， 换向元件的元件边在电枢表面上所移过的距离称为换向区域。 在换向开始瞬间，i1 = 2 ia 在换向过程中，i1= ia + i, i2= ia– i 在换向结束瞬间，i1 = 0，i2= 2 ia 第二节 换向的电磁理论 换向元件内有两种电势 ： 1．旋转电势ek 2．电抗电势er （24-21） （24-2） 换向元件中的合成电势 电势平衡方程式 （24-3） 换向片与电刷的接触电阻 假设 1. 一换向片与电刷之间是面接触，即在接触面上均匀流过电流； 2．换向片与电刷之间的接触电阻与接触面积成反比； 3．换向元件中的合成电势在换向周期内保持不变，计算时取它在换向周 期内的平均值。 即 （24-4） 换向电流 对于常用的碳质电刷，忽略电阻 ry 、r1、r2 ，则 （24-6） 换向电流 （24-5） 1．Σe = 0 时的换向 — 直线换向 2. Σe 0时的换向 — 延迟换向 3．Σe 0时的换向 — 超越换向 式中，iL — 直线换向电流； ik — 附加换向电流 。 电刷下的电流密度都是均匀分布、处处相等。这时，因 换向而产生的损耗和发热较小，是一种理想的换向情况 。 换向电流 (曲线2 ) 改变方向的时刻比直线换向时 ( 直 线1 ) 延迟了一段时间，故称延迟换向。这时，后刷边 的火花较前刷边的严重。 换向电流(曲线3 )改变方向的时刻比直线换向时( 直线1 )超前，故称超越换向。这时，前刷边的电流密度较后电 刷边大。因此，这时前刷边的火花较后刷边的严重。 火花等级 第三节第三节 改善换向的方法改善换向的方法 一、装置换向极 换向极装置在电枢的几何 中性线上，电刷对应装置在换 向器的几何中性线上，这时换 向区域就恰好在换向极下面， 换向极的作用是要产生一个换 向磁场(Fk)，以使换向元件切 割该磁场产生一个与电抗电势 er方向相反而大小相等的旋转 电势ek ，使换向元件内的合 成电势为零，附加换向电流ik 也为零，从而改善电机的换向 。 装置换向极极性的确定如下：换向极磁场必须与交轴电枢反应磁场方向相反。 对于发电机运行，应与顺电机转向前方主极的极性相同； 对于电动机运行，应与逆电机转向前方主极的极性相同。换向极饶组应该和电 枢绕组串联。 二、移动电刷位置 在未装置换向极的电机中，把电刷从换向器的几何中性 线移开一个适当的角度，使换向区域随之从电枢上的几何中性 线移开一个相应的角度而进入主极磁场之下，利用主极磁场来 代替换向极所产生的换向磁场，同理可获得必要的旋转电势以 抵消电抗电势。 移刷方向确定如下： 对于发电机运行，应顺电机旋转方向移过一个适当的角度； 对于电动机运行，应逆电机旋转方向移过一个适当的角度 用移刷来改善换向的方法存在二个严重缺点：其一，移刷 后产生的直轴去磁电枢反应，将使发电机的电压降低，使电动机 的转速升高；其二，因电抗电势er随负载而变化，故必须随着负 载的变化不断地调节电刷的位置，这是很难实施的。因此，这种 方法除在个别小容量直流电机外很少采用。