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直流电机换向理论的补充(选摘)

供稿:火热的风 2006/4/7 14:57:00

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经典电磁换向理论是从电刷与换向器呈理想面接触,单位面积接触电阻为常数出发的。然而,电刷和换向器之间的滑动接触只能是有限点接触,并且点接触之和也只占电刷表面积的很小一部分。当通过电刷电流很小时,主要就是通过这些接触点传导;而当电流较大时,如平均电流密度达到10A/cm2---15A/cm2时,接触点处的实际电流密度就可能达到每平方厘米数千安培,,致使接触点被烧成红热或白热,具备热放射条件。红热时放射出带正电荷离子,白热时放射出电子,如果速度很高,还会发生碰撞电离,在接触点之间的空隙内形成电弧导电。另一方面,由于换向器的旋转和电刷的振动,接触点不断变换位置,则在接触点断开和接触瞬间可能存在足够高的电压,这也将导致火花和电弧产生。总之电流够大后,离子传导将起主要作用,并随电流增加而不断加强,使接触压降几乎维持不变。这就是关于接触面的点接触与离子导电理论,它是经典电磁换向理论的补充。
以上是从物理角度对经典电磁换向理论进行补充,此外,还有化学方面的补充。承述如下:
  由于空气中含有水蒸气,电刷和换向器表面都会覆盖一层水膜。电流通过时,产生电解作用电刷和换向器就成为电解的两个电极,正极产生氧,负极产生氢,最终结果会在换向器表面形成一层氧化亚铜的薄膜,虽然电刷的摩擦作用倾向于破坏这层薄膜,但电流经过时的局部高温又维护这一表面氧化过程,并在破坏和形成之间维持一种动态平衡,使氧化膜的存在成为客观事实。由于氧化膜电阻较高,能有效地抑制附加换向电流分量ik,因而有利于换向。实践证明,氧化膜的形成,对电机的良好换向有重要作用;此外,氧化膜表面吸附的水分和碳,石墨等电刷结构材料的粉末也对加强润滑,减小磨损有积极意义。以上被称为接触面的氧化膜理论。
  从以上新理论可以看出,经典电磁换向理论还只是建立在很不严密的基础之上,因而所得结论严格讲只适用于定性分析。虽然工程实际中也用它来进行定量分析,并作为直流电机的主要设计依据,但大多数还要结合电机的换向试验(无火花区域试验法)对电刷位置进行调整,才能较好的解决换向问题。
  另外防止环火最有效的方法是安装补偿绕组,安装补偿绕组的目的是在于尽可能消除电枢反应引起的磁场畸变,以减少产生电位差的火花的可能性。为此,把补偿绕组嵌放在主磁极极靴上的专门冲制的槽内。为对极弧下的电枢反应磁场实行完全补偿,要求补偿绕组的线负荷与电枢线负荷相等,但方向相反,因此,绕组中应通入电枢电流,即与电枢绕组串联,通常绕组设计为轴向同心式,跨极靴嵌放。(即两个元件边对称地安放在两相邻磁极极靴下的对应槽内)


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