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直流电机改善换向的方法

改善直流电机换向的方法主要有以下几种:
1.装设换向极
目前最有效的办法是装设换向极。为消除换向元件中电抗电动势和切割电动势对换向的不利影响而采用换向极,其铁芯称为换向极铁芯,换向极设置于N、S主磁极之间几何中性线上,换向绕组与电枢绕组串联,由电枢电流励磁,换向极产生的方向与电枢磁动势方向相反,除了克服电枢反应磁动势外,还在换向元件所在气隙建立换向磁场Bk,换向元件切割Bk,感应换向电动势ek,且ek方向与er+ea方向相反,抵消er+ea的作用,改善换向。
由于er+ea与电枢电流成正比,因此要求产生ek的换向极磁场也应与电枢电流成正比,所以换向绕组与电枢绕组串联,且换向磁路不应饱和。通常在磁轭与换向极铁芯之间插入适当厚度的非磁性调节板,维持换向磁路的不饱和性。
现在,1kW以上的直流电机都装有换向极。
2.选用合适的电刷
电刷与换向器的接触电阻的存在可降低附加电流,改善换向。直流电机不使用接触电阻小的金属电刷,而采用碳质、石墨质的电刷。但是不能随意选用电阻大的电刷,否则电刷与换向片间的接触电压降增大,换向器发热多,电能损耗大。
3.补偿绕组
换向极克服了换向元件所在处的电枢反应磁场的影响,除此点之外的电枢反应仍然存在。若其作用很强,则磁极两侧的磁通增减变大会存在各种影响。若磁极靴部位磁通密度高,该部位下的电枢绕组电压就过高,与其相连的换向片之间因电压差过大而产生火花。这时,在主磁极的极靴处设置补偿绕组与电枢绕组串联,电枢电流流过补偿绕组,可以完全消除电枢反应。补偿绕组实际只在大型的直流电机中使用。
4.移动电刷位置
在小容量未安装换向极的直流电机中,可以将电刷从几何中性线处移开一个适当的角度来改善换向,对于发电机,电刷顺电枢转向移动,对电动机反之。于是,换向元件离开几何中性线进入主磁极,利用主磁极代替换向磁极,感应电动势ef与er大小相等、方向相反而互相抵消,达到改善换向的目的。
此种方法的缺点是,电刷离开几何中性线后,产生对主磁场起去磁作用的直轴电枢磁动势;其次,由于er随负载大小变化,所以ef也应随负载大小变化,这就要求电刷移动的角度随负载大小变化,这是不可能的。所以这种方法只适用于负载变化不大的电机。
以上的分析都是建立在换向器表面与电刷完全接触的基础上。但实际换向器表面总是不可能很圆,而且有尘埃,高速运行的直流电机的电刷还存在跳动,特别是铁道用电动机自身还存在振动。对于这些场合,往往希望换向电动势设计得大一些。负载急剧变动的直流电机也应把换向电动势设计得大一些。
 

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