莊曉龍

（ 金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華 321000 ）

淺談單相串激電機(jī)電樞元件的借偏

莊曉龍

（ 金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華 321000 ）

以電刷的放置原則為切入點(diǎn)，引出串激電機(jī)電樞元件的借偏概念，介紹電樞元件借偏大小判斷的原理和基本步驟。

電刷 放置 電樞元件 借偏

0 引言

電刷在電動(dòng)工具中通常被稱為碳刷，作為單相串激電動(dòng)機(jī)的一個(gè)部件，它在單相串激電動(dòng)機(jī)中起到連通電樞與外電路的作用。在電機(jī)工作時(shí)，電刷和換向器之間存在著機(jī)械磨損和機(jī)械振動(dòng)，使用不當(dāng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重火花，極大地降低換向器壽命，影響電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 電刷放置原則

就連接電路來說，電刷在換向器上的位置可以是任意位置。但為了使電機(jī)獲得最大的輸出功率，電刷在換向器上的位置是根據(jù)空載時(shí)在正負(fù)電刷之間能獲得最大感應(yīng)電勢(shì)這一原則來確定的。為了獲得最大感應(yīng)電勢(shì)，電刷應(yīng)與感應(yīng)電勢(shì)為零的電樞元件所連接的換向片相接觸，這時(shí)電刷將電樞的相鄰元件短路。

當(dāng)電樞元件轉(zhuǎn)至幾何中性線時(shí)，元件感應(yīng)電勢(shì)為零，電刷應(yīng)與處于此位置的導(dǎo)體相連，此時(shí)電刷將電樞的相鄰元件短路。

串激電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中，由于電樞元件結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，無論是整距、短距或是長距元件，必然有一個(gè)時(shí)刻電樞元件的兩條有效邊的中心線即元件軸線與串激電機(jī)的磁極中性線重合，此時(shí)電樞的相鄰元件應(yīng)被電刷短路。一般，將此時(shí)的電樞元件稱為換向元件。換向元件首端和尾端在所接換向片上的中心線稱為換向元件中心線。

綜合上述，理論上，電刷應(yīng)固定放置在換向元件中心線上，即電刷中心線與換向元件中心線保持重合。

串激電機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，沖片實(shí)槽必然會(huì)轉(zhuǎn)到幾何中心線位置，此時(shí)沖片實(shí)槽的電樞元件應(yīng)當(dāng)被電刷短路。因此，當(dāng)電樞繞組在沖片實(shí)槽內(nèi)的虛槽數(shù)μ不同時(shí)，被電刷短路的元件，即換向元件的個(gè)數(shù)不同。μ＝1時(shí)，換向元件個(gè)數(shù)為1；μ＝2時(shí)，換向元件個(gè)數(shù)為2；μ＝3時(shí)，換向元件個(gè)數(shù)為3。因此，μ不同時(shí)換向元件中心線在換向片上的位置是不一樣的。圖1所示為虛槽數(shù)μ不同時(shí)，電刷與換向元件中心線在換向片上的位置關(guān)系。

圖1 電刷與換向元件中心線在換向片上的位置

2 電樞元件的借偏

由于結(jié)構(gòu)和制造上的原因，電刷通常是固定在幾何中性線上時(shí)，因此理論上來講換向元件中心線應(yīng)與幾何中性線重合。如圖2和圖3所示。

圖2 μ＝1不借偏

圖3 μ＝2不借偏

為了改善換向，換向元件中心線往往偏離幾何中性線，稱之為借偏。若換向元件中心線順著電機(jī)轉(zhuǎn)向偏離幾何中性線稱之為正偏，反之為反偏。如圖4和圖5所示。

圖4 μ＝1正偏1片

圖5 μ＝2正偏1片

3 借偏大小的判斷

以Z=12，μ＝2，y1=10的串激電機(jī)接線為例，步驟如下：

第一步：確定磁極中性線

串激電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中，任意一個(gè)電樞元件都將會(huì)轉(zhuǎn)到幾何中性線位置或與磁極中性線垂直位置，此時(shí)電樞元件的兩條有效邊的中心線即元件軸線與串激電機(jī)的磁極中性線重合，此時(shí)電樞元件應(yīng)被電刷短路。再看接線圖時(shí)，可以取任意一個(gè)元件作為換向元件，取其的兩條有效邊的中心線即磁極中性線。如圖6所示。

圖6 確定磁極中性線

第二步：確定幾何中性線

由于幾何中性線與磁極中性線相差90°，可知對(duì)于24片的換向器從磁極中性線數(shù)過6片換向片的位置即是幾何中性線。如圖7所示。

圖7 確定幾何中性線

第三步：確定換向元件中心線

確定換向元件首端和尾端在所接換向片間的中心線即換向元件中心線。如圖8所示。

圖8 確定換向元件中心線

第四步：確定借偏

最后可以確定電樞元件借偏為正偏1.5片即22.5°。如圖9所示。

圖9 確定借偏

[1]汪鎮(zhèn)國.單相串激電動(dòng)機(jī)的原理設(shè)計(jì)制造[M].上海，科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

[2]莊曉龍.單相串激電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造[M].北京，科學(xué)出版社，2012.

On the Deflection of Single-Phase Series Motor Armature Element

Zhuang XiaoLong
(Jinhua College of Profession and Technology，Jinhua 321000，China)

With the principle of placing the brush as a starting point, the concept of universal motor armature element deflection is pointed, and the principle and basic steps of armature elements deflection judgment is introduced.

Brush Placement Armature element Deflection

TM08

A

1674-2796（2014）03-0011-03

2014-04-10

莊曉龍（1972—），男，本科，副教授，主要從事電動(dòng)工具設(shè)計(jì)與制造方面教學(xué)工作。