1、專題E 電樞槽數、換向器片數對電機性能的影響一、概述1.總體說來,電樞槽數Z增多,相應地換向片(K)增多,電機性能改善.、槽數Z 包括Z的大小,以及Z=奇數或Z=偶數.、槽數Z與換向片數的K的關系. 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b) 、K=S=uZ2、Z,K對電機性能的影響.、轉矩a) 起動轉矩 均勻與否,與轉子所處位置的關系.b) 運行轉矩 脈動量的大小,是否平穩.c) 定位轉矩的大小.、轉速 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對稱,平衡.、有效導體數及電流波形、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) 換向片節距,電刷寬度的限制.3、選取槽數的數值范圍、 直流電機 交流串激電機 - 單位cm.、二、槽數Z、換向片數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.轉子上有1,2二個槽,要放ab,cd兩根導體,A,B二個電刷,以n的轉速,順時針方向旋轉.、發電機運行工況分析a) 電樞旋轉一周(轉),即(秒),在 “ab cd”線圈內感應的電勢 ,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,這樣在導體ab,cd中電流的方向與發 電機工況相反,但n方向一致,仍然為順時針方向旋轉.b) 由于感應的反電勢仍有如發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矩(),使;時而為,使,因而轉速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.、轉矩a) 運行轉矩 分析表明,當以后,脈動分量大大減小,且隨,愈平穩.b) 定位轉矩 ,定位轉矩(即磁阻轉矩)c) 起動轉矩 ,特別是Z=奇數,起動轉矩均勻,與起動初瞬(t=0時)轉子的位置無關.、轉速 -,隨著Tm脈動量減小,轉速的脈動,愈平穩.對于某些家用電器或辦公設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.使換向器上產生環火的可能性.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,即槽內安放個線圈,可能同時換向,它們之間有互感存在,將使數值,波形復雜化.iii. 對于單轉向電動機,當采用時,可在2個線圈總匝數不變的情況下,分為匝數不等的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,的結果.、振動和噪聲a) 當使氣隙磁導中的一階和二階齒諧波磁導的次數上升.而幅值(徑向電磁力),電磁力節點對數.而振動的振幅,即激振力幅值,節點,振動幅值m.于 是,使電機的電磁振動,相應地,電磁噪音.b) ,但由于槽開口寬并不根據的比例,以相應的比例減小,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子的振動.d) 物體出現振動,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.一般說來,轉子的整體性,剛性較好,固有頻率很高.難以與激振頻率相近;而定子為殼體結構,剛性較差,低,因而一般由氣隙諧波磁場引起的振動,多數出現在機殼方面.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”.、電樞有效導體數及電流波形.a) ,如果保持電刷所覆蓋的換向片數不變,即同

8、時被短路進行換向的線圈數K不變.i. K,即S,不變,W,這樣,被短路的線圈數,即有效導體數 ,則ii. 對于K=S=奇數的電機,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,導致的變化和的波動,除了內部可能有環流外,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,無論奇數或偶數,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,根據則K=S=奇數,才能滿足可繞條件.這時,對于槽數整數,奇數,則奇數,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軸,再通過傳導和對流,傳送到周圍介質(大氣)中.當Z,整個電樞的齒的周長,齒壁的總面積,使傳導熱阻,.另外,W,在一個槽內的導體數,使槽內導體的溫度比較均勻,其最熱點與平均溫度之差.、工藝方面a) 繞線 - Z=偶數,它是對稱分布,一般繞線機均能方便進行繞組,當Z=奇數時,有些繞線機則不便操作.Z,盡管不變,但因K=S,線圈個數,工時.b) 電樞最小齒寬的限制.i. 受模具,沖床設備及沖制工藝的限制.ii. ,將使齒內鐵耗的修正分數.(沖制后被加