電樞槽數(shù)及換向器片數(shù)的關(guān)系

1、專題E 電樞槽數(shù)、換向器片數(shù)對電機性能的影響一、概述1.總體說來,電樞槽數(shù)Z增多,相應(yīng)地換向片(K)增多,電機性能改善.、槽數(shù)Z 包括Z的大小,以及Z=奇數(shù)或Z=偶數(shù).、槽數(shù)Z與換向片數(shù)的K的關(guān)系. Z=K 或Z<K,即K=uZ. 即一個槽中安置幾個線圈,u=1,2,3.a) 、 Z=K=S S 線圈數(shù)b) 、K=S=uZ2、Z,K對電機性能的影響.、轉(zhuǎn)矩a) 起動轉(zhuǎn)矩 均勻與否,與轉(zhuǎn)子所處位置的關(guān)系.b) 運行轉(zhuǎn)矩 脈動量的大小,是否平穩(wěn).c) 定位轉(zhuǎn)矩的大小.、轉(zhuǎn)速 脈動量的大小.、換向性能a) 對換向電勢的影響.b) 對片間電壓的影響.、振動、噪聲a) 對氣隙齒諧波磁導(dǎo)和齒諧波磁場

2、幅值及階次的影響.b) 徑向磁拉力是否均勻?qū)ΨQ,平衡.、有效導(dǎo)體數(shù)及電流波形、繞組對稱性要求、傳熱,散熱效果,電樞溫升.、工藝方面a) 繞線b) 電樞齒最小寬度 限制.c) 換向片節(jié)距,電刷寬度的限制.3、選取槽數(shù)的數(shù)值范圍、 直流電機 交流串激電機 - 單位cm.、二、槽數(shù)Z、換向片數(shù)K對電機性能影響分析.1、分析Z=K=2的直流電機.、電機模型2P=2,認為氣隙磁場按正弦波分布.轉(zhuǎn)子上有1,2二個槽,要放ab,cd兩根導(dǎo)體,A,B二個電刷,以n的轉(zhuǎn)速,順時針方向旋轉(zhuǎn).、發(fā)電機運行工況分析a) 電樞旋轉(zhuǎn)一周(轉(zhuǎn)),即(秒),在 “ab cd”線圈內(nèi)感應(yīng)的電勢 ,為2個半波的脈動波形.b) 如

3、果外按負載R,則形成電樞電流(即輸出電流),其波形與 一致.c) ,均為強烈脈動的直流.、電動機運行工況分析.a) 若電源為恒定直流,A仍為正刷,電流從此流入,這樣在導(dǎo)體ab,cd中電流的方向與發(fā) 電機工況相反,但n方向一致,仍然為順時針方向旋轉(zhuǎn).b) 由于感應(yīng)的反電勢仍有如發(fā)電機工況的半波脈動波形,即使恒定值,仍為脈動直流.c) 由, 脈動,必定引起電磁轉(zhuǎn)矩Tm脈動.d) 如果負載阻力矩TB是恒定值,由于Tm是脈動,Tm與TB之間時而存在正的加速轉(zhuǎn)矩(),使;時而為,使,因而轉(zhuǎn)速n也是脈動的!、由于T,n中存在過大的脈動分量,在有刷直流電動機中,不采用K=Z=2的設(shè)計.2、Z=K=3的三槽直

4、流電動機的性能分析,將在專題F中討論.3、 Z(K)>3的直流電動機性能分析.、 Z(K)>3的電機,指一般性電機,而不是具體分析Z=5,7,9的電機.、轉(zhuǎn)矩a) 運行轉(zhuǎn)矩 分析表明,當以后,脈動分量大大減小,且隨,愈平穩(wěn).b) 定位轉(zhuǎn)矩 ,定位轉(zhuǎn)矩(即磁阻轉(zhuǎn)矩)c) 起動轉(zhuǎn)矩 ,特別是Z=奇數(shù),起動轉(zhuǎn)矩均勻,與起動初瞬(t=0時)轉(zhuǎn)子的位置無關(guān).、轉(zhuǎn)速 -,隨著Tm脈動量減小,轉(zhuǎn)速的脈動,愈平穩(wěn).對于某些家用電器或辦公設(shè)備上的電動機是重要的.、對換向性能的影響.a) 當 一定時, b) 當一定時,平均片間電壓.使換向器上產(chǎn)生環(huán)火的可能性.c) 當換向器直徑DK一定時,K,.當電刷

5、寬度不變時,它覆蓋(接觸)的換向片數(shù)這樣,可能有幾個線圈在同時換向: i. 對于Z=K=S,即u=1,每槽內(nèi)只有一個線圈的電機,同時換向的線圈間沒有互感電勢,因而對 無影響.ii. 對于的電機,即槽內(nèi)安放個線圈,可能同時換向,它們之間有互感存在,將使數(shù)值,波形復(fù)雜化.iii. 對于單轉(zhuǎn)向電動機,當采用時,可在2個線圈總匝數(shù)不變的情況下,分為匝數(shù)不等的2個線圈,例如一只占65%,另一只占35%,利用同一槽中的線圈,一只超前換向,另一只正常換向,可減少它們之間的互感,又使后換向元件的達到改善換向的目的,Dr.孫進行了這方面研究,已有成果.d) 實例:AC串激馬達,要從定子線圈抽頭處,引出一個的交流

6、電壓,進行全波整流,供給一臺18VDC馬達,這時,用Z=K=S=8,由于火花大,電刷壽命,后改為Z=8,K=S=16,火花,壽命,達到客戶要求,這是,的結(jié)果.、振動和噪聲a) 當使氣隙磁導(dǎo)中的一階和二階齒諧波磁導(dǎo)的次數(shù)上升.而幅值(徑向電磁力),電磁力節(jié)點對數(shù).而振動的振幅,即激振力幅值,節(jié)點,振動幅值m.于 是,使電機的電磁振動,相應(yīng)地,電磁噪音.b) ,但由于槽開口寬并不根據(jù)的比例,以相應(yīng)的比例減小,因而齒諧波磁場的幅值并不按的比例下降,使振動、噪聲的幅值有一定影響.c) 對Z很少時,如Z=5,7等,對于2P=2的電機,有時在兩個極面下的齒(面)數(shù)不等,引起徑向磁拉力的不平衡,這種不平衡是

7、隨電機電樞旋轉(zhuǎn)而變化的,因而可能引起振動.由于微型永磁直流電動機都采用滑動軸承,存在徑向游間隙.上述單邊磁拉力就可能引起轉(zhuǎn)子的振動.d) 物體出現(xiàn)振動,一是要有足夠強度的激振力,二是激勵的頻率與物體的固有頻率接近,才能形成大的響應(yīng).一般說來,轉(zhuǎn)子的整體性,剛性較好,固有頻率很高.難以與激振頻率相近;而定子為殼體結(jié)構(gòu),剛性較差,低,因而一般由氣隙諧波磁場引起的振動,多數(shù)出現(xiàn)在機殼方面.e) 振動和噪聲都是由物體振動所引起,后者是物體將振動傳給空氣,使空氣形成壓縮與伸張的波式運動,傳入人耳就成噪聲. “低頻顯振,高頻顯聲”.、電樞有效導(dǎo)體數(shù)及電流波形.a) ,如果保持電刷所覆蓋的換向片數(shù)不變,即同

8、時被短路進行換向的線圈數(shù)K不變.i. K,即S,不變,W,這樣,被短路的線圈數(shù),即有效導(dǎo)體數(shù) ,則ii. 對于K=S=奇數(shù)的電機,運行中,有時一支路中多一個線圈,另一支路少一個線圈,這樣, 不但每支路電阻不同,電流不平衡,也使電樞的等效電阻變,從而引起的波動.如果W,則這種波動.b) 這種每支路和不同,導(dǎo)致的變化和的波動,除了內(nèi)部可能有環(huán)流外,則外電路(總電樞)電流的波形變化,它不是一條直線,而是有周期性波動分量,可由示波圖看出.W,波形的波峰與波谷之差縮.、繞組的可繞性條件要求.a) 對于2P=2的微型電機,均采用單疊繞組,無論奇數(shù)或偶數(shù),均可滿足可繞性條件.b) 對于2P=4的直流電機,如

9、果采用單波繞組,根據(jù)則K=S=奇數(shù),才能滿足可繞條件.這時,對于槽數(shù)整數(shù),奇數(shù),則奇數(shù),才能滿足,通常1,3. Z=9,11,13,17,19,21,23等.、傳熱、散熱效果及電樞繞組溫升.通常,電樞中繞組的溫度高于鐵芯的溫度,熱量由繞組通過齒壁傳到電樞外表面及轉(zhuǎn)軸,再通過傳導(dǎo)和對流,傳送到周圍介質(zhì)(大氣)中.當Z,整個電樞的齒的周長,齒壁的總面積,使傳導(dǎo)熱阻,.另外,W,在一個槽內(nèi)的導(dǎo)體數(shù),使槽內(nèi)導(dǎo)體的溫度比較均勻,其最熱點與平均溫度之差.、工藝方面a) 繞線 - Z=偶數(shù),它是對稱分布,一般繞線機均能方便進行繞組,當Z=奇數(shù)時,有些繞線機則不便操作.Z,盡管不變,但因K=S,線圈個數(shù),工時.b) 電樞最小齒寬的限制.i. 受模具,沖床設(shè)備及沖制工藝的限制.ii. ,將使齒內(nèi)鐵耗的修正分數(shù).(沖制后被加