第四章 直流和脉流牵引电动机的换相及通风冷却

第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
脉流牵引电动机的换向特点
交流电抗电势er~ er~ =Ki er
在一定的电流脉动系 数下，交流电抗电势 er~的幅值正比于直流 电抗电势er=其交变频 率和相位与电枢电流 交流分量相同。
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
刷所用的时间。换向元件的电流从+ia变到-ia所用的时间即为一个换向周
期（Th=0.0005～0.02秒）。 换向问题十分复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火化。当火花大 到一定程度时可能损坏换向器表面，从而使电机不能正常工作。 产生火花的原因十分复杂，除电磁原因外，还有电化学、电热等因素，至 今尚无完整的理论
换向的基本概念
当电枢旋转时，处于几何中性线 上的换向元件，将切割交轴电枢 磁场而产生电枢反应电势。根据 右手定则可以判断的方向也是与 换向前的电流方向相同，即和方 向一致，都是阻碍电流换向的。
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第一节 换向的基本概念
换向电势
为了改善换向，容量在1kw以上的 直流电机都安装有换向极，换向极 安装在几何中性线上。换向极极性 应正确，以使它的磁势与交轴电枢 反应磁势相反，如图所示。这样， 当换向元件切割换向极磁场时，感 应产生换向电势，其方向与和相反， 用来抵消和对换向的不利影响。
产生火花的原因
电磁原因 1. 当电机处于直线换向时，尽管电流密度可能很大， 但电刷下不会产生火花。 2. 附加换向电流过大是产生火花的电磁原因。 3. 当电机工作在严重超越换向时,前刷边电流密度增 大,导致电刷局部过热而在前刷边出现火花或电弧。
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产生火花的原因
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改善直流牵引电动机换向的方法
一、设置换向极 换向极应满足以下要求： 1.极性正确 2.换问极绕组必须与e电r 枢绕组串联 3.换向极磁路处于低饱和状态
二、减小电抗电势 希望电抗电势的数值尽可能小些，这样抵消电抗电势 的所需要的换向电势也就小些。当这两个电势的绝对 值都减小以后，它们的剩余电势也相应减小，这样就 改善了电机的换向条件。
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第四章
直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第一节 换向的基本概念
就一个具体的电枢元件(线圈)来说，其电流总 是不断变化的。或者说电枢旋转时，每个具体的 电枢元件总是不断地从一个支路转进另外一个支 路。
元件中电流的方 向改变的过渡过 程称为换向过程
脉流牵引电动机的换向特点
一台换向正常的直流牵引电动机，若工作在脉动电 源下，这台电机换向将显著恶化，这是因为在脉动电源 条件下，牵引电动机的换向元件中，除已经介绍过的直 流电势外，由于脉动电源中交流分量的作用，还将引起 另外3种交流电势，即： (1)由电枢电流交流分量Ia～引起的交流电抗电势er～； (2)由换向区磁通交变分量由φK～引起的交流换向电势 ek～； (3)由主极磁通交变分量φf～引起的变压器电势et，
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改善直流牵引电动机换向的方法
三、增加换向回路的电阻 换向回路电阻主要是决定于电刷与换向片之间的接 触电阻，增加接触电阻可以减小附加换向电流的数 值，从而改善电机换向。
脉流牵引电动机由于换向条件困难，广泛采 用高接触电阻的电化石墨电刷
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第一节 换向的基本概念
电刷是支路的分界线；我们研究跨接在换向片1/2上的电枢元件。 换向刚开始时，元件仍属于右边支路，其电流为+ia（右→左）； 处于换向中时，元件被电刷短路，电流大小和方向处于变化的过程中； 换向结束时，元件进入左边支路，其电流已经由变为-ia（左→右）。 一个元件换向过程所需的时间就是称为换向周期Th，即一个换向片通过电
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产生火花的原因
化学原因 在正常情况下，当电机长期运行之后，换向器滑动 面会覆盖一层很薄的薄膜，电刷在与换向器接触时，并 不是直接与换向器钢片本身接触，而是通过这层薄膜与 换向器铜片接触。要获得良好的换向，除保持电磁和机 械方面的良好条件外，还必须在换向器表面形成均匀而 光亮的薄膜层，不正常薄膜的出现将预示着电机换向的 恶化。
机械原因 1.换向器及电机旋转部分的缺陷
（1）个别换向片或云母片凸出； （2）换向器偏心、转子动平衡不好； （3）换向器工作表面污染、有毛刺、斑痕或拉伤沟纹等； （4）换向器工作表面变形，如呈椭圆形、腰形或锥形等。
2.电刷装置的缺陷
（1）电刷接触面研磨的不光滑，接触不良或只是局部接触； （2）电刷在刷盒中间隙不合适，造成跳动、倾斜或卡死现象； （3）电刷上压力不适当； （4）刷握装置不稳固，造成刷握位置偏离几何中心线； （5）刷架圈的定位不准确或安装不牢固等。
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第一节 换向的基本概念
换向元件中的电阻
R1
R TK TK t
换向元件中的电流
ia iR1 ia iT2 e
R2
R TK t
i
ia 1
2t TK
e • TK t
R
TK2
iL
iK
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第一节 换向的基本概念
换向过程
电阻换向
ek er ea 理想换向情况，元件中的合成电势 e 0
延迟换向
ek er ea 合成电势
e0
电流改变方向的时刻比直线换向 时推迟，故称为延迟换向
超越换向
ek er ea
e0
电流改变方向的时刻比直线换向时提前， 故称为超越换向
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第一节 换向的基本概念
换向元件中的电势
1.电抗电势 一般,换向周期非常短暂,
电流的变化会在绕组元件
中产生自感和互感电势,
两者的合成电势称为电抗
电势。用er表示。
er
eL
eM
Lr
dia dt
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第一节
电枢反应电势