張文海

(成都精密電機廠，四川成都 610500)

1 單波繞組的直流力矩電動機為什么可以均磁?

永磁直流力矩電動機是一種多磁極電機，每對磁極永磁體的磁性能的一致性雖然已經(jīng)過嚴(yán)格篩選，但仍很難達(dá)到絕對一致，磁場的不均勻?qū)⒅苯佑绊戅D(zhuǎn)矩波動，對于一臺固定電機，在電樞電流一定的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩是正比于氣隙磁通的。單波繞組能把每對磁極同極性下所有的繞組元件串聯(lián)起來組成一個支路，再把另一同極性磁極下所有元件串聯(lián)起來組成另一個支路，從而只形成一對并聯(lián)支路，由此可等效成一對磁極，一對磁極當(dāng)然也就不存在磁場不均勻了，這是從宏觀上說的。微觀上則可作這種描述:因為串聯(lián)關(guān)系，盡管每對極磁場強弱會影響磁極下元件中產(chǎn)生的反電動勢不等，但每對磁極下同位置元件產(chǎn)生的反電動勢是同方向加的，這樣，每對極下每一個同位置元件反電動勢同向相加的總幅值則必然相等(因串聯(lián)的情況一樣)，這也就等效于每對極磁場相等了。一臺固定的電機，在同一轉(zhuǎn)速下，反電動勢正比于磁通。如果采用單疊繞組，有多少對磁極，就有多少對并聯(lián)支路，而每一對并聯(lián)支路是用電刷并聯(lián)的，每對磁極磁場不均勻?qū)⒁鸶髦贩措妱觿莶坏?，電流則不等，轉(zhuǎn)矩波動必然產(chǎn)生，而且它是低頻的，對轉(zhuǎn)矩波動影響更大。而單波繞組的這種串聯(lián)關(guān)系能減小磁場不均勻?qū)D(zhuǎn)矩波動的影響，所以說它有一定的均磁作用。同理，低速永磁直流測速發(fā)電機也是多極的，因為有單波繞組的均磁作用，所以輸出電壓紋波系數(shù)很小。

2 怎樣理解自勵直流發(fā)電機的磁場臨界電阻?

自勵直流發(fā)電機靠剩磁自勵發(fā)電，勵磁繞組按增磁方向與電樞繞組并聯(lián)，勵磁電壓取自于發(fā)電機的輸出電壓。當(dāng)磁場電阻(包括調(diào)節(jié)電阻和勵磁繞組電阻)太小，輸出電壓高于勵磁壓降，輸出電壓上升的過程，會使勵磁電流迅速增大，直至磁極磁飽和，此時電機空載特性曲線(勵磁電流與空載輸出電壓關(guān)系曲線)彎曲成飽和曲線，勵磁壓降等于輸出電壓，輸出電壓即達(dá)到穩(wěn)定值，發(fā)電機有較高的穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)磁場電阻太大，勵磁電流太小，勵磁壓降高于輸出電壓，發(fā)電機便不能自勵發(fā)電。當(dāng)勵磁電阻介于上述兩種情況之間，勵磁電流較小，電機雖能自勵發(fā)電，但輸出電壓不高，勵磁電流工作在電機空載特性曲線的線性段，勵磁電流稍有變化，電機輸出電壓便會發(fā)生較大變化，輸出很不穩(wěn)定。磁場臨界電阻是這種將勵磁電流調(diào)節(jié)在電機空載特性曲線線性段的勵磁回路電阻。

自勵直流發(fā)電機不同的轉(zhuǎn)速有不同的空載特性曲線(飽和曲線)，所以也就有不同轉(zhuǎn)速的磁場臨界電阻。

一臺自勵直流發(fā)電機有規(guī)定的額定輸出電壓，在驅(qū)動轉(zhuǎn)速不變的情況下，若想通過改變磁場電阻大小來調(diào)節(jié)輸出電壓是很不安全的，因為此時的磁場電阻必然是臨界電阻，發(fā)電機輸出很不穩(wěn)定。

3 串勵直流電動機直流電壓條件下工作火花小，為什么交流電壓條件下工作火花會變大?

串勵直流電動機的特點是既可以在直流條件下工作，也可以在交流條件下工詐。但在交、直流條件下，電樞繞組內(nèi)部通的電流剛好與電源電壓相反。即在交流電壓條件下工作時，電樞實際通的是脈動直流電(電刷換向器整流)，這樣，交流條件的電樞繞組就變成了一個電感性直流電路，電感性直流電路電流斷開瞬間，線圈中儲存的磁埸能量不能很快釋放，所以換向時電刷產(chǎn)生較大火花。而在直流條件下工作時，電樞實際通的是交流電(電刷換向器逆變)，這樣，直流條件下的電樞繞組，應(yīng)是一個交流電路，交流電路中繞圈儲存的磁埸能量能隨電流交變自動吸收，所以換向時火花很小。由于電樞電流有這兩種差異，所以在直流條件下工作火花很小的串勵直流電動機，在交流條件下工作火花會變大。因串勵直流電動機在交流條件下?lián)Q向器有這種整流特性，故在交流條件下應(yīng)用的串勵直流電動機常稱為串勵交流整流子電動機。

4 三槽式直流電動機為什么比一般直流電動機火花大?如何減小換向火花?

三槽式微型永磁直流電動機是一種結(jié)構(gòu)簡單的直流電動機。只有3個繞組元件，元件數(shù)太少，故線圈匝數(shù)較多，換向電感大，換向電抗電勢大，火花也大。因電樞只有3槽，繞組節(jié)距與磁極極距相差較大，換向器沒有準(zhǔn)確的幾何中性線，電刷只能放在近似幾何中性線上，從而引起火花大。兩支路元件數(shù)不對稱，引起電流不對稱，電動力不對稱，電樞會產(chǎn)生振動，引起電刷振動，火花增大。減小火花的方法是在3個元件上并聯(lián)3只壓敏電阻(△接法)吸收火花電動勢，壓敏電阻的“閾值”電壓應(yīng)稍高于電源電壓，這樣效果較好。

5 釤鈷磁體工作溫度達(dá)200℃以上，也不退磁，為什么釤鈷直流電動機在高低溫條件下轉(zhuǎn)速仍有明顯變化?

這是電樞鐵心磁導(dǎo)率變化而引起轉(zhuǎn)速變化。高溫條件下，鐵心磁導(dǎo)率降低，磁路磁阻增大，氣隙磁通減小，電動機轉(zhuǎn)速增高。相反，低溫條件下，鐵心磁導(dǎo)率增大，磁路磁阻減小，氣隙磁通增大，電動機轉(zhuǎn)速降低。所以，受磁極和電樞鐵心磁導(dǎo)率雙重因素影響，不管什么材料的永磁直流電動機，高低溫條件下轉(zhuǎn)速都會發(fā)生變化。采用小溫度系數(shù)磁體的電動機，轉(zhuǎn)速變化小;采用大溫度系數(shù)磁體的電動機，轉(zhuǎn)速變化大。

6 直流力矩電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等于電磁轉(zhuǎn)矩?為什么?

準(zhǔn)確地說，電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)等于堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩加勵磁靜摩擦力矩。有觀點認(rèn)為，靜態(tài)堵轉(zhuǎn)時磁拉力不會發(fā)生作用，所以堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩應(yīng)等于電磁轉(zhuǎn)矩。這種看法的偏頗之處在于，如果沒有力矩作用于電樞，磁拉力不會發(fā)生作用。而當(dāng)有力矩作用于電樞時，磁拉力就會發(fā)生作用。所以測試永磁直流力矩電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩時，會有勵磁靜摩擦力矩參與。盡管如此，因勵磁靜摩擦力矩在永磁直流力矩電動機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩中占的比例很小，故可忽略。因此永磁直流力矩電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩可近似等于電磁轉(zhuǎn)矩。

7 有刷直流電動機是可逆的，勵磁后驅(qū)動能變成直流發(fā)電機，無刷直流電動機也可逆嗎?

不可逆。原因是二者換向的差異性:有刷直流電機是用電刷換向。電刷換向器換向具有可逆性，即旋轉(zhuǎn)時，它既能把直流電變成交流電，使直流電動機旋轉(zhuǎn)(直流電動機內(nèi)部每一個繞組元件實質(zhì)通的是交流電，以始終獲得定向的電磁力);也能把交流電變成直流電，使直流發(fā)電機內(nèi)部發(fā)出的交流電變成直流電輸出(直流發(fā)電機內(nèi)部發(fā)的是交流電)。所以有刷直流電動機是可逆的。而無刷直流電動機是用電子開關(guān)和位置傳感器等電路組成的電子換向器換相，電子換向器不具可逆性，它只能將直流電變成方波脈沖而使無刷直流電動機旋轉(zhuǎn)。若將無刷直流電動機高速驅(qū)動，內(nèi)部繞組也有方波交流電輸出，但電子換向器卻無法逆向工作，所以也就不能輸出直流電，故不可逆。有刷直流電動機在用“對拖法”測功時，基于的理念則是有刷直流電動機能可逆，因此可用同型號電機兩臺“對拖法”測功:一臺可作為被測的電動機，另一臺被拖電機則變成發(fā)電機作負(fù)載調(diào)節(jié)。無刷直流電動因不具可逆性，故不能用“對拖法”測功。

［1］張文海.控制電機問答［J］.微特電機，2011(9):76－78.