串激电机基本原理.docx

概述:
串励电动机作为电机家族的一员,它以自身的诸多特点而普遍应用于家用电器及电动工具中.随着家用电器的普遍应用,它的前景越来越广大.
串励电动机的定义:
定子励磁绕组和电枢(转子)绕组为串联,既可通直流又可通交流电,具有换向器换向的电动机.
串励电动机的基本结构:
串励电动机主要是由定子,转子,前、后端盖(罩)及散热风叶组成.定子由定子铁芯和套在极靴上的绕组组成,其作用是产生励磁磁通,导磁及支撑前后罩;转子由转子铁芯,轴,电枢绕组及换向器组成,其作用是保证并产生连续的电磁力矩,通过转轴带动负载做功,将电能转化为机械能;前后罩起支撑电枢,将定、转子连结固定成一体的作用.其中转轴,前、后罩要有足够的强度,以防电枢与罩发生共振现象,引起振动和危险.一般前、后罩内有滚动或滑动轴承.
串励电动机的特点:
它对于外接电源有广泛的适应性:
不论是交流电还是直流电;不论是60Hz还是50Hz;不论12V、24VDC还是110V、220V、240V;总之它可设计成适应任一外接电源的电机.
它的转速高,调速范围广:
它的转速范围为3000~40000RPM,在同一电机上采用多个抽头可得到较宽的调速范围.家用电器正需要这种高转速、宽调速范围的电机.因感应电机达不到高转速(不大于3000RPM).例如吸尘器,它需要高转速在容器内外形成负压,以产生吸力.
启动力矩大,体积小:
当负载力矩增大时,串励电动机能调整自身的转速和电流,以增大自身的力矩.
串励电动机的设计特点:
串励电动机一般依据客户对电气性能要求及外部结构的需要而设计.一个设计优良的串励电动机,不仅达到客户对电气性能及外部尺寸的要求,还要在绝缘、结构、安全、成本等方面上优化,既使电机能通过相关的实验考核,符合相间的标准,又节省材料和工时.

串励电动机基本工作原理
基本原理:
(图一)
如左图一,它是串励电动机的基本工作原理图.电流流经上部定子线圈,产生一定方向的磁场;然后经碳刷进入换向器(铜头),再在转子绕组中分成上、下并联支路流过,导流的转子线圈在外部磁场作用下产生力,从而使转子转动,铜头使转子中的电流始终保持上下对称、连续;电流最后从另一个碳刷出来进入下部定子.因上部
与下部定子线圈绕线方向一致,致使上、下定子产生的磁场同向,这是必须保持一致的.

串励电动机为何能按设计方向连续转动?

(图二)
如左图二:其为串励电动机外接直流电时电流、磁通及力矩曲线.电流通过定子线圈的激磁方向由线圈的进、出线以及绕线方向决定.如图中电流I,可产生磁通Φ1和反向磁通Φ2,而对于串励电动机,其力矩方向由电流I及磁通Φ两个矢量决定.这就是定子绕线后接线的开口及交叉决定反正、转向的原因.
正向电流如经绕组产生正向磁场,则电机产生正向力矩,即正转.反之则反转.
如左图三,对于单相串励电动机,因电流为交变的单相正弦波,则在定子中产生滞后约

1°~5°的交变正弦波磁场,如图中Φ1和Φ2.其电流与磁通矢量积决定了力矩方向,从而产生形象同于全波整流波的力矩波.当定子绕组顺绕时产生上半部分力矩波,即产生正向的平均力矩,反之则产生负向.这样就决定了电机的正、反转方向.
(图三)

换向电磁原理
在串励电动机的设计过程中,关于串励电动机的换向问题是最关键的.因为换向状况的好坏直接决定了电机寿命及对无线电设备电磁干扰的好坏.怎样改善串励电动机的换向火花是一个复杂而困难的问题.
(图四)
如图一,欲使力矩Tm的大小和方向保持为恒定,即Φ及I在空间上的相位必须恒

定.假使转子沿着轴向旋转,而导体流过的电流却仍未换向,则作用力便无法维持恒定,上述状况便无法成立,这就需要换向.电枢旋转时,使每一组件边在经过一固定位置时,其电流得以切换的装置叫换向器(铜头).组件:对于串励电动机,指连接两换向片,由进出两线头所连接的多匝线圈为一组件,因组件和换向片一一对应,所以组件数和换向片数相等.
如图四和五表示一个单迭绕组(迭绕对于串励电动机指:任意两串联的线圈都是后一个紧迭在前一个上面,每个组件的始端与终端分别焊接在相邻两换向片上的绕组)电枢的换向过程.设其换向器片数为8,换向器由右向左逆时针运动,并设碳刷宽稍大于一个换向片的宽度.因碳刷位置是固定不变的,开始时换向片1与碳刷完全接触,组件8的下组件边及组件1的上组件边电流合为2ia流出;当换向器转动至碳刷与换向器片1和2接触处,组件1被短路,组件8的下组件边及组件2的上组件边也合为2ia流出;当碳刷与换向器片2完全接触时,组件2的上组件边及组件1的下组件边合为2ia流出,这样换向片1换向完成,组件1中的电流方向由+i变为-i.,完成此换向过程的时间称为换向周期TK.设此电机负载转速为12000RPM,则秒.
引起换向火花的原因

对于串励电动机,其换向周期特短,一般在10-4秒