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电抗电势阻止附加换向电流的变化,过大的电抗电势会使电刷的后刷边产生强烈火花,影响电机的安全运行,削弱电抗电势是改善直流电机换向的有效方法。

 

1 电抗电势er与电刷有效宽度bcb的关系换向元件中的电势主要有电抗电势er、变压器电势et、切割电势eT和换向电势eK。这些电势中电抗电势er对直流电机的换向过程影响最大,电抗电势的减少有助于改善换向。最佳换向是指换向结束时,电流变化率didt为最小且略微大于零。使前刷边电流密度略大于后刷边的电流密度。为达到这个目的,除合理选择电刷宽度bb外,还可以采用电刷错位的办法。电刷错位后,使电刷有效宽度增加为bcb,它将直接影响电抗电势er的变化。

 

er=(2/3) (Ia/a) (Dk/bcb) (n/1000)#W2y#〔4ucL (Ki+K2)+2BLsKs〕@10-6(V) (1)式中:

 

Ia)))电枢电流(A)a)))绕组并联支路对数n)))电机转速(r/min)Wy)))每个元件匝数Ki)))槽磁导系数K2)))齿磁导系数Ks)))端部绕组漏磁导系数L)))铁心有效长度(cm)Ls)))端线长度(cm)B)))电刷复盖片数uc)))同槽中并列元件边数平均值bcb)))电刷错位后电刷有效宽度(mm)DK)))换向器直径(cm)B=ba/bK(2)式中:

 

ba)))电刷复盖系数bK)))换向片宽度(mm)由式(1)可知,电机一定时,若负荷也一定,则有:

 

erW(4uc/bcb)+Be(3)式中Be=2BLsKs@10-6可见,在改变电刷有效宽度bcb的大小时,电抗电势er正比于4uc/bcb的变化。bcb的增加可以使er减少。

 

大学电子工程学院副教授,主要从事工业自动化教学研究。

 

(a)没有错位排列(b)错位排列图1 电刷错位排列1.电刷;2.刷架;3.垫片。

 

表1 电刷没有错位电枢电流(kA)0 015 110 115 210 215+$I (A)66 87 70 53 41 40-$I (A)70 51 32 14 8 7表2 电刷错位2mm电枢电流(kA)0 015 110 115 210 215+$I (A)66 85 75 64 42 39-$I (A)70 55 50 51 33 25表3 电刷错位4mm电枢电流(kA)0 015 110 115 210 215+$I (A)67 80 76 62 46 41-$I (A)71 60 52 45 34 28画成曲线如图2所示。

 

由曲线中看出,电刷盒顺电机转向错位加垫以后,使电刷前移,有效宽度加大,这样加宽了整流带,则无火花区加长展宽且趋于对称。错位4mm比2mm效果好,我们将该电机电刷错位4mm运行,基本上杜绝了火花。该电机是轧钢电动机的供电发电机,冲击负荷大,在小负荷时移宽刷位效果并不明显,在2倍到212倍的额定负荷时仍然可能出现轻微火花,这是因为换向过程是复杂的物理过程,影响因素较多,应该说单独调整某一个方面往往不会达到预期目的。但是电刷错位简单易行,只要合理适度调整都会取得好的效果。