下载文档原格式
单相交流串激电机基本知识单相交流串激电机基本知识一、单相交流串激电机的特点二、转子的生产工艺流程及每个工序注意要点三、定子的生产工艺流程及每个工序注意要点四、单相交流串激电机主要零部件材料简介五、单相交流串激电机火花产生的原因六、单相交流串激电机绕组温升的计算方法及控制绕组温升的措施七、单相串激电机火花等级的划分八、单相串激电机能量损耗及效率低的原因九、单相串激电机转子最大残余不平衡量的计算方法及解决振动的措施十、单相串激电机噪音的计算方法及解决噪声措施十一、单相串激电机转速调整的方法十二、改善电机换向和EMC的措施十三、现有铁芯与交流产品规格对照表十四、电机改变电压后的参数计算方法十五、电机电磁负荷的选择及电机参数的简单计算方法十六、电机参数的详细计算方法十七、无刷电机的特点及工作原理十八、单相异步电机的特点及工作原理一、单相串激电机的特点1. 激电机转速范围广,转速与频率无关,转速公式:n=(Ucos￠－IR－△U)/Ke×? (rpm)或者=60√2×E×10 /N×?,根据不同产品要求，转速可以从4000rpm至35000rpm以上,运用范围广,电动工具用的电机转速达（10000～38000）rpm以上；如电磨头电机的转速已经超过了38000rpm,专业文档供参考，如有帮助请下载。
．高速角磨的电机转速也达35000rpm以上。
而其他交流电机的转速都与电源频率有关,当电源频率为50Hz时,其转速不会超过3000RPM(n=60f/p, p=1, f=50Hz),因而其使用范围受到一定的限制.转速公式中各字母的意义在后面的电机计算公式中会介绍.2. 与其他交流电机相比,在同样功率下，产品体积缩小许多，材料节省，重量轻，适合大批量生产,制造成本低。
3. 起动转矩大,过载能力强。
起动转矩高达额定转矩的4-6倍,起动瞬间因转子机械惯性大，n=0,感应电势E=0,由电压平衡式可知U=E+IaR , Ia=U-E/R=U/R ,起动电流很大，因Ia(电枢电流）=If （激磁电流），If产生磁通φ也很大，因此起动转矩T=Ct ×Ia×φ也很大,不易被卡住,适合于使用在启动比较困难的地方。
单相交流串激电机基本知识培训一、单相交流串激电机的原理单相交流串激电机是一种常见的电动机，它通过交流电源提供电能，实现动力传递。
其原理是利用电流通过电磁绕组形成磁场，从而产生电磁力，驱动电机转动。
交流电源通过转子绕组和定子绕组实现电流的变化，从而产生旋转磁场，使电机得以转动。
二、单相交流串激电机的结构单相交流串激电机的主要结构包括定子、转子、端盖、轴等部分。
定子上安装有绕组，而转子上装有绕组，这些绕组通过电源供给电流，形成磁场。
同时，电机还有轴承、风扇、端盖等辅助结构部分，用于支撑和冷却电机。
三、单相交流串激电机的特点1. 结构简单：单相交流串激电机的结构相对简单，维护和维修较为方便。
2. 起动性能较差：单相交流串激电机起动时需要外部助力，起动性能较差。
3. 负载能力弱：由于其结构和工作原理的限制，单相交流串激电机的负载能力相对较弱。
四、单相交流串激电机的应用领域单相交流串激电机广泛应用于家用电器、小型机械设备、风扇、泵等领域，由于其结构简单、成本适中，易于维护等特点，受到了广泛的应用。
五、单相交流串激电机的维护保养1. 定期检查电机的外观，保持电机的清洁，防止灰尘和水汽进入电机内部；2. 定期检查电机的电气连接，确保电机的接线正常；3. 定期检查电机的轴承和润滑情况，及时添加润滑脂，保证电机的正常运转；4. 定期检查电机的绕组，确保绕组的绝缘情况良好。
六、单相交流串激电机的能效提升方法1. 采用节能电源，选择能效较高的电源；2. 选择高效率的电机，提高电机的工作效率；3. 增加电机的冷却设备，确保电机的工作温度在合适范围内；4. 采用变频器等辅助设备，提高电机的控制精度。
七、单相交流串激电机的故障及排除方法1. 电机启动困难，可查看电源是否正常、电机是否接线正确等；2. 电机噪音大，可能是轴承损伤，需及时更换轴承；3. 电机运行不稳定，可能是由于电源不稳定，需检查电源线路。
八、单相交流串激电机的未来发展方向随着科技的不断进步，单相交流串激电机在结构、材料、控制等方面有了很多的发展和改进，未来可能会更加智能化、高效化和环保化，更好地满足人们对于电动机的需求。
项目七 单相串劢式电动机的维修在功率相同的情况下，串劢式电机结构相对复杂，但体积小，轻便、过载能力强，转矩大、空载转速高达4000～12000r/min ，机械特性软（电动机输出功率基本稳定，转速随负载的增大而降低），调速范围广，可以采用交流或直流电源供电，维护、维修方便易学，广泛应用于各种电动工具的驱动。
项目学习目标项目基本功一、项目基本知识知识点一、认识使用串劢式电动机的常用电动工具常见的使用串劢式电动机的电动工具按用途可分为：电钻类、砂磨类、冲击类、剪切类（ 电剪刀、电动锯等）、装配类（如电动螺丝刀、电动扳手等）和医疗类等，详见表7-1。
表7-1 使用串劢式电动机的常用工具知识点二、串劢式电动机的运转原理 （1）串励式电动机的组成串励式电动机由定子绕组、电刷（碳刷）、换向器、转子绕组等组成，如图7-1所示。
（2）串劢式电机各部件配合工作的过程和原理定子绕组、转子绕组通过电刷1和电刷2、换向器串联在一起。
加上交流电后，定子绕组可等效成一对磁极不断改变的条形磁铁，所以定子绕组又叫劢磁绕组。
定子绕组产生的磁场对通电转子产生磁力矩，使转子转动。
如图7-2a 所示。
具体地说，当交变电压处于A 正B 负时，定子形成的磁极如图7-2b 所示，同时电流通过碳刷1、换向器流进图中转子下部的有效边（垂直进入纸面），从转子上部的有效边流出（垂直离开纸面），经碳刷2流至B 点，根据左手定则，定子的磁场对转子中的通电导体产生磁场力，使转子逆时针旋转。
当电压为B 正A 负时，定子形成的磁场和转子导体中的电流如图7-2c 所示，根据左手定则，转子仍然逆时针旋转。
（3） 调速串劢式电动机可以通过改变电动机的端电压来改变转速。
措施有串联电阻调速、并联电阻调速、晶闸管调速等，如图7-3所示。
，图7-2 串劢式电动机的运转原理示意图b c a2图7-1 串劢式电动机的组成（4） 正反转控制方法一、通过转换开关，将接在碳刷上的两个线头对调，即可改变串劢式电动机的旋转方向，如图7-4所示。
单相沟通电机原理单相沟通电机只需一个绕组，转子是鼠笼式的当单相正弦电流经过定子绕组时，电动机就会发作一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时刻作正弦规则改动，但在空间方位上是固定的所以又称这个磁场是交变脉动磁场。
这个交变脉动磁场可分解为两个以一样转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子中止时，这两个旋转磁场在转子中发作两个巨细持平、方向相反的转矩，使得构成转矩为零，所以电动机无法旋转。
当我用外力使电动机向某一方向旋转时(如顺时针方向旋转)这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切开磁力线运动变小;转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切开磁力线运动变大。
这么平衡就打破了转子所发作的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推进方向旋转起来。
要使单相电动机能自动旋转起来，可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个适宜的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。
这么两个在时刻上相差90度的电流转入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上发作(两相)旋转磁场，电厂工作这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一守时，仰仗于一个设备在转子上的离心开关或别的自动操控设备将起动绕组断开，正常工作时只需主绕组工作。
因此，起动绕组可以做成短时工作办法。
但有很多时分，起动绕组并不断开，称这种电动机为电容式单相电动机，要改动这种电动机的转向，可由改动电容器串接的方位来完毕。
发作旋转磁场的另一种办法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。
此种电动机定子做成凸极式的有南北极和四极两种。
每个磁极在1/3--1/4全极面处开有小槽，把磁极分红两个有些，小的有些上套装上一个短路铜环，好象把这有些磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。
单相绕组套装在悉数磁极上，每个极的线圈是串联的联接时必需使其发作的极性依次按NSNS摆放。
最新交流串激电机基本知识培训单相交流串激电机基本知识培训培训目录一单相交流串激电机的特点二转子的生产工艺流程及每个工序注意要点三定子的生产工艺流程及每个工序注意要点四单相交流串激电机主要零部件材料简介五单相交流串激电机火花产生的原因六单相交流串激电机绕组温升的计算方法及控制绕组温升的措施七单相串激电机火花等级的划分八单相串激电机能量损耗及效率低的原因九单相串激电机转子最大残余不平衡量的计算方法及解决振动的措施十单相串激电机噪音的计算方法及解决噪声措施十一单相串激电机转速调整的方法十二改善电机换向和EMC的措施十三现有铁芯与交流产品规格对照表十四电机改变电压后的参数计算方法十五电机电磁负荷的选择及电机参数的简单计算方法十六电机参数的详细计算方法仅供参考十七无刷电机的特点及工作原理仅供参考十八单相异步电机的特点及工作原理仅供参考一单相串激电机的特点 1 串激电机转速范围广转速与频率无关转速公式 n Ucos￠－IR－△U Ke× rpm 或者 60√2×E×10 N×根据不同产品要求转速可以从4000rpm至35000rpm以上运用范围广电动工具用的电机转速达10000～38000rpm以上如电磨头电机的转速已经超过了38000rpm高速角磨的电机转速也达35000rpm以上而其他交流电机的转速都与电源频率有关当电源频率为50Hz时其转速不会超过3000RPM n 60fp p 1 f 50Hz 因而其使用范围受到一定的限制转速公式中各字母的意义在后面的电机计算公式中会介绍 2 与其他交流电机相比在同样功率下产品体积缩小许多材料节省重量轻适合大批量生产制造成本低 3 起动转矩大过载能力强起动转矩高达额定转矩的4-6倍起动瞬间因转子机械惯性大n 0感应电势E 0由电压平衡式可知U EIaR Ia U-ER UR 起动电流很大因Ia 电枢电流 If激磁电流If产生磁通φ也很大因此起动转矩T Ct ×Ia×φ也很大不易被卡住适合于使用在启动比较困难的地方一单相串激电机的特点 4 功率因数cos￠高串激电机额定转速比较高定转子匝数相对比较少定转子安匝比8W1N 085-15之间常用10513之间 W1为定子单个线圈的导体数N为转子的所有导体数N 转子铁芯槽数×4×线圈匝数如定子单个线圈的匝数为260匝转子匝数为38匝则该电机的定转子匝数比为8×26012×4×38 com能太大太大了说明定子匝数过多将造成定子铜耗的增加造成激磁磁场过于饱和铁耗增加温升升高效率下降材料的利用率降低还造成定子的电抗增加使功率因数cos￠降低使电机的特性变硬需要对定转子参数进行配合调整一般情况输出功率大于400W定转子安匝比取比值较小输出功率小于400W定转子安匝比取比值较大因此绕组电感也较少电流和电压的相位差夹角较小所以功率因数cos￠比较高一般来说电机空载转速在10000-15000之间 cos￠ 088-095空载转速在15000-20000之间 cos￠095-097空载转速在2000030000以上 cos￠ 097-099 一单相串激电机的特点 5采用双重绝缘结构简单介绍一下爬电距离电气间隙和绝缘穿通距离的概念 1 爬电距离在两个导电零件之间或导电零件与电器工具界面即外壳表面之间沿绝缘材料表面的最短距离如在加强绝缘上的带电零件换向器的铜排端面与其他金属零件之间转子轴的距离不能小于8mm由基本绝缘槽绝缘将带电的漆包线与转子铁芯隔开的沿绝缘材料表面的最短距离不能小于2mm 2 电气间隙在两个导电零件之间或导电零件与电器工具界面即外壳表面之间通过空气量得的最短距离如机壳表面与铁芯表面的电气间隙的最短距离不能小于4mm 3 绝缘穿通距离在附加绝缘或加强绝缘隔开的金属零件之间穿过绝缘量得的最短距离如将电机轴与铁芯隔开的轴绝缘的最短距离不能小于1mm一般取为125mm 6定子采用深槽结构一单相串激电机的特点 7简单介绍一下不同转子芯片槽数安匝比的计算公式 A 8槽转子安匝比 8W1N 8W18×4W2 W14W2电磨头产品 B 12槽转子安匝比 8W1N 8W112×4W2 W16W2 大多数产品采用12槽铁芯 C 14槽转子安匝比 8W1N 8W114×4W2W17W2 目前还未使用 D 16槽转子安匝比 8W1N 8W116×4W2W18W2 切割机斜断锯台锯230角磨等大功率产品 E 马蹄形定子C形定子安匝比 8W112×8W2 W112W2 部分平板砂等小功率产品其中W1为定子单个线圈的匝数 W2为转子单个线圈的匝数 8串激电机的定子绕组与电枢绕组是串联的见图1单相串激电机原理图定子电流就是电枢电流定子产生磁通φ与电枢电流几乎同相位若电机在运行过程中负载增大时电流和磁通也增加但转速下降维持输出功率不变P2 M×n955 W 其中M为转矩 Nm n为转速 rpm一单相串激电机的特点一单相串激电机的特点 9 单相串激电机工作原理图一单相串激电机的特点 10 单相串激电机的特性曲线一单相串激电机的特点 11 单相串激电机的一些常用公式 1 输入功率P1 U×I×cos￠N×ηN W 2 输出功率P2 M×n955 W 3 效率 P2P1 ×100 4 转速n Ucos￠－IR－△U Ke× rpm 60√2×E×10 N× 5 转矩T Ct××I Nm 6 温升△T R2-R1 R1× 2345T1 － T2－T1 K7 噪声声压级Lp 20㏒PP dB 8 噪声声功率级Lw Lp11dB dB A9 转子的最大残余重心偏移距离e 9550×Gn μm 10 转子的最大残余不平衡量m M×e r g 11 定转子之间的单边气隙δ转子直径D2的 1100mm或者δ 03τAB ×10 mm 极距τ 314D22 线负荷A 100-145Acm气隙磁密B 035-055T 单边气隙长度一般在03-08mm之间大功率高转速电机取气隙较大值小功率低转速电机取气隙较小值 12转子铁芯长度与转子外径之比LD2 05-17 13 D2 L Pi ×6 ×√2×10αBAn cm 14 极弧系数αθπ 0667-07 θ为定子极弧对应角度一般为120度 15 换向器外径与转子铁芯外径之比一般在06-072之间16 转子外径与定子外径之比D2D1 054-062 如54片 3154 0574如 585片35585 0598如65片39565 061如72片41572 0576如90片5490 060如98片5798 058 一单相串激电机的特点电机定转子冲片各部分名称简介一单相串激电机的特点一单相串激电机转子绕组特点一单相串激电机转子绕组线路简图转子绕组线路简图及电流分布单相串激电机在设计上的发展趋势1 提高电机转速由于双飞叉自动绕线机和全自动平衡机的使用对转子的动平衡精度有了可靠的保证因而普遍采用提高电机转速来缩小电机的体积提高电机功率降低电机成本 2 增大转子直径使转子线圈的作用半径增大因而转矩增大直接提高电机的输出功率目前转子外径与定子外径之比已经由原来的052com062增大转子外径也使电机定转子绕组的温升趋于接近以改善转子温升偏高而定子温升偏低的情况 3 定子采用深槽结构前面已讲 4 提高磁通密度增加激磁安匝适当提高磁通密度增加激磁安匝不但可以缩小磁路系统的结构尺寸而且有利于换向并使机械特性趋硬提高空载转速 5 减少电机冲片规格提高零部件的通用性单相串激电机主要用于电动工具和家用电器生产批量很大为了适应全自动大批量生产降低制造成本必须减少电机冲片的规格提高通用性否则高速冲模具的投入将会增加较大的制造成本 6 在电磁计算上已经全部采用计算机程序软件计算不仅计算速度快而且计算的效率和准确性得到极大的提高二单相串激电机转子生产工艺流程 1压铁芯二单相串激电机转子生产工艺流程 2 装绝缘端板注意要点a端板有颜色和长短的区分b端板不能有开裂或缺料变形c端板齿必须与转子齿对齐com度≥22-25MMe120V产品需用棕色阻燃端板二单相串激电机转子生产工艺流程 3 测转子铁芯径向跳动二单相串激电机转子生产工艺流程 4装羊毛毡压换向器二单相串激电机转子生产工艺流程 5插槽绝缘纸二单相串激电机转子生产工艺流程 6 绕线二单相串激电机转子生产工艺流程 7插槽楔二单相串激电机转子生产工艺流程 8转子点焊二单相串激电机转子生产工艺流程 9 测试 1 二单相串激电机转子生产工艺流程 10 滴漆和包封胶二单相串激电机转子生产工艺流程滴漆基本工艺温度时间及滴漆量是过程控制重点 1 预热加热转子至滴漆合适温度约125℃排除湿汽减少绕线应力 2 滴漆转子低速旋转漆均匀的滴到绕组端部及颈部依靠漆的自重及毛细管效应渗入到线圈内部同时排出空气 3 凝胶转子保持自传滴饱漆的转子在适宜温度下约120℃快速凝胶 4 固化转子保持自传在一定温度下约130℃使挥发组份挥发而烘干二单相串激电机转子生产工艺流程转子滴漆的目的 1 提高转子的绝缘电气强度 2 提高转子的机械强度3 减少或消除绕线时漆包线的应力 4 提高转子的导热性 5 提高转子的耐湿性二单相串激电机转子生产工艺流程 11 铣换向器槽二单相串激电机转子生产工艺流程 12车换向器二单相串激电机转子生产工艺流程 13压风叶二单相串激电机转子生产工艺流程 14动平衡二单相串激电机转子生产工艺流程 15测试 2 此处测试是转子完成所有加工工序后的最终测试可以只测试片间电阻焊接电阻和匝间测试测试片间电阻可检查转子是否有断线和换向器车削后沟槽内是否有铜屑测试焊接电阻可再次测试转子是否有虚焊假焊的情况匝间测试可检查转子在前面所有加工工序中漆包线是否有碰伤损伤等二单相串激电机转子生产工艺流程 16防锈处理和印字二单相串激电机转子生产工艺流程三单相串激电机定子生产工艺流程 1 敲骨架装端板三单相串激电机定子生产工艺流程 2 插绝缘纸三单相串激电机定子生产工艺流程 3绕线三单相串激电机定子生产工艺流程 4 拉线与冲线三单相串激电机定子生产工艺流程 5焊线三单相串激电机定子生产工艺流程 com 三单相串激电机定子生产工艺流程 7整形三单相串激电机定子生产工艺流程 8测试 a 两个线圈的电阻测试与设定的标准电阻之差≤±8 b 匝间测试与设定的标准波形差值≤15且波形不能少于4个 c 高压测试 1250V5mA3S不击穿 d 检查连接线丁晴线长度和颜色是否满足要求三单相串激电机定子生产工艺流程 9浸漆三单相串激电机定子生产工艺流程 10定子包封胶三单相串激电机定子生产工艺流程 11涂飞线三单相串激电机定子生产工艺流程四单相串激电机的主要零部件材料简介串激电机的主要零部件材料大致分为以下四类一金属材料转子轴二导磁材料硅钢片三导电材料com换向器四绝缘材料定转子comcom1主轴电机轴是承受载荷的重要零部件它必须要有较高的强度和刚度才能支承转动部件的高速运转单相串激电机主轴材料多选用45优质碳素结构钢对于功率较大转速较高的电机主轴多选用40Cr或40CrMo调质钢主轴长度越长转速越高的电机对轴的材料要求越高 2硅钢片硅钢片是电机的重要导磁材料分为热轧硅钢片和冷轧电工钢带热轧硅钢片由于损耗大、磁通密度低、加工费时需将板料剪裁成条料后才能使用目前已经将热轧硅钢片淘汰现在已广泛使用损耗小、磁通密度高、加工方便的冷轧电工钢带冷轧电工钢带根据硅晶体的排列磁化方向分为晶粒取向和晶粒无取向两种钢中加入硅的好处A电阻率增加B铁耗显著减小C有利于将钢中的有害物质碳分离出来钢中硅的含量不能超过45否则将造成硅钢片硬度和脆性的增大给套裁和冲制工序带来较大的困难目前使用的硅钢片的材料为无取向冷轧电工钢带根据硅钢片单位质量损耗从小到大的类型有 DW470-50DW600-50DW800-50其代号意义如下四单相串激电机的主要零部件材料简介DW470-50 四单相串激电机的主要零部件材料简介几种硅钢片的价格对比参考价格近几年由于铁矿石价格上涨和与国外的几个大的铁矿石供应商谈判未达成协议的原因硅钢片的价格也上涨很快如DW800-50的硅钢片在3年前大约在6500元T而现在此规格的硅钢片价格大约在8700元TDW600-50的价格大约在9200元T 目前基于成本考虑除客户有特别指出硅钢片要用DW470-50或DW600-50 如SKIL角磨13冲击钻等外其他客户的产品已基本转为DW800-50硅钢片生产四单相串激电机的主要零部件材料简介 3漆包线漆包线根据绝缘温度等级分为绝缘温度等级 A E B F H C 最高允许温度 105 120 130 155 180 ＞180 ℃绕组温升限值 75 90 95 115 140 160 K 一般电动工具电机使用的漆包线为定子聚酯漆包线 QZ-2 130 ℃ B级漆包线转子聚酯亚胺漆包线 QZY 155 ℃F级漆包线对于大功率高转速大负荷耐高温的电机或客户有特殊要求的电机可选用聚酰亚胺漆包线 QXY 180 ℃ H级漆包线国外漆包线的分类为UEW 低温线＜130℃ PEW 中温线155 ℃ AIW 高温线＞180 ℃绝缘温度等级越高的漆包线价格越高四单相串激电机的主要零部件材料简介 4换向器换向器的工作条件非常恶劣不仅受到每分钟数万转离心力作用还要受到元件换向过程中释放电火花灼伤它的温度高出电枢许多因此对换向器的材质和加工工艺要求也很高材质分紫铜换向器和银铜合金换向器含银量约千分之三两种一般产品用紫铜换向器对产品质量要求高的或者功率大的选用银铜合金换向器银铜合金软化温度 280℃比紫铜软化温度 150℃高出130℃换向器加工质量对电机换向影响很大例如要求换向器表面加工成光泽镜面表面粗糙度控制在Ra04以下换向器跳动量控制在0015mm以下碳刷与换向器吻合表面应大于80以上但银铜合金换向器价格比紫铜换向器价格高一般情况下当电机转速n≤20000rpm选用紫铜的换向器且转子颈部不用封胶可降低成本当电机转速 n＞20000rpm或客户有特殊要求时选用银铜合金带加固环带内衬铜套的换向器且转子颈部需要封胶四单相串激电机的主要零部件材料简介因为换向器是非常重要的零部件下面介绍一下换向器的一些基本技术要求 1换向片对孔的轴线倾斜度简称斜片小于片间绝缘宽度云母片的13 约为015mm 2相邻两换向片间的径向最大误差简称片间段差小于001mm 3换向器钩沿圆周应均匀分布对轴线的位置度简称换向钩位置度误差小于025mm 4换向器外圆径向跳动值小于0015mm 5相邻换向片之间耐压600V1S01mA 6换向片与内孔之间耐压3750V60S025mA 7换向器的内孔直径 A有衬套的内孔应符合GBT1801中规定的H7 B无衬套的内孔应符合GBT1801中规定的H8 8紫铜换向器铜的含量≥999硬度HB85---110 银铜换向器银的含量为003-03硬度HB85--115 9经过超速测试 40000RPM 后换向片径向变化最大值分别为0007mm 室温 001mm 热态180±2℃ 10经过超速测试40000RPM 后相邻换向片的段差变化最大值分别为0003mm 室温 0007mm 热态180±2℃四单相串激电机的主要零部件材料简介 5碳刷碳刷是串激电机重要元件之一碳刷材质选用对电机火花至关重要且直接影响到电机使用寿命电机对碳刷的要求绝不仅仅表现在换向性能上而且还要求碳刷的润滑性能好形成氧化膜的能力要强碳刷自身的磨损及对换向器表面磨损要小等以保证良好的滑动接触所以选择碳刷时要尽量满足上述多项要求碳刷的电流密度要求控制在12Acm2以下否则将造成换向困难火花增大也会影响EMC的测试四单相串激电机的主要零部件材料简介 6碳刷弹簧与碳刷配合使用的碳刷弹簧它也是非常重要零件之一弹簧压力范围在电动工具上采用250～500gcm2之间弹簧压力过大将加大碳刷与换向器表面的摩擦破坏换向器表面的氧化亚铜薄膜使换向情况恶化弹簧压力过小会使碳刷与换向器表面的接触不良碳刷容易跳动造成火花的增大弹簧压力的取值方法功率大的取大值功率小的取小值弹簧质量的好坏取决于选用材料和加工工艺尤其是控制材质的淬火温度弹簧是与碳刷接触的它是一个导电体工作温度也很高在高温下弹簧不能软化不能失去正常压力7气隙对电机性能的影响气隙对电机性能的影响 a 气隙偏大会增加定子绕组的用铜量增加电机的成本 b 气隙偏大因造成绕组的增加而使绕组的电感增大会降低电机的功率因数 c 适当增加气隙的长度可以减少磁极的表面损耗 d 适当增加气隙的长度可以减少电枢反应可以改善换向减少火花 e 适当增加气隙的长度可减少偏心的影响减小单边磁拉力避免定转子相擦擦铁 f 气隙偏小易造成定转子的相擦擦铁 g 气隙偏小易造成电机的发热偏高降低电机的使用寿命 h 气隙偏小将造成电机的电磁噪声的加大五单相串激电机火花产生的原因产生火花的原因很多如电磁因素电位因素机械因素和化学因素等 1 电磁因素主要有电抗电势电枢反应电势换向电势和变压器电势等电磁因素产生火花的原因很复杂且很难改善只做了解即可2 电位因素电源电压是通过几何中心线上的两个碳刷加在电枢绕组上的粗看起来电压是均匀分布在每个元件上其实每个元件的电阻因线圈感抗的影响是不一样的而是先绕的元件电阻小后绕的元件电阻大先绕的阻值小根据欧姆定律U IR 承受电压低它连接的换向片片间电压也低后绕的阻值大承受的电压也高连接的换向片片间电压也高高低不一的绕组元件就在电机运行时就产生电位火花每个换向片间的电位压降计算公式为Up 2UK其中U为电源电压K为换向器的片数若U 230VK 24 则Up 191V若U 120VK 24 则Up 10V所以在换向器片数相同的情况下230V比120V的电机每个换向片间的电位压降要高电动工具用串激电动机换向片间的电位压降一般要求在25V以下推荐Up 10～16V改善由电位因素产生的火花可采用以下方法 a 采用片数多的换向器或者采用多槽冲片尽量减少换向片间的电位压降但制造成本会增加b换向元件间电阻值差要小改进制造工艺质量将换向器每个片间电阻控制在±8以内五单相串激电机火花产生的原因 3机械因素由于机械原因引起火花大原因很多而且复杂只能挑主要的和经常遇到的来叙述换向器偏心转子动平衡不良引起转子跳动加剧换向器质量不好相邻换向器片间出现间距不等高低偏差换向器表面加工精度不高一般要求Ra 04 碳刷压力不当过大或过小一般要求250～500gcm2 碳刷材质不良碳刷弹簧淬火处理不符要求当温度升高时弹簧失去弹性压力碳刷在刷握里配合尺寸过松引起碳刷在刷握里跳动过紧将碳刷卡住造成接触不良一般要求005-039MM 换向器与刷握端面间距过大一般要求15 ±05MM 换向器片间电压过多＞ 25V 碳刷电流密度过大＞12Acm2 碳刷的圆弧面与换向器表面的圆弧面吻合度小于80 电机绕组存在缺陷出现绕组短路或开路现象转子点焊不良出现虚焊和假焊现象五单相串激电机火花产生的原因 4化学因素电机在正常工作时换向器和碳刷接触表面上有一层氧化亚铜薄膜这层薄膜的电阻很大又乌亮光滑因而能使换向近似于直线电阻换向换向方式分为直线换向延时换向和超前换向三种换向方式中直线换向方式最佳换向的过程非常复杂这里暂不讲述在后面的改善换向中将提到正常运转情况下碳刷的摩擦作用可能把换向片表面的氧化亚铜薄膜破坏但是在电流流过碳刷与换向片时由于温度较高以及空气中含有水分又使换向器表面氧化生成氧化亚铜薄膜这样换向器表面的氧化亚铜薄膜在电机运行过程中处于不断破坏和不断生成的动态平衡中如果正常运行条件遭到破坏如碳刷压力过大或过小或者缺乏氧气和水分或者电机运行在有腐蚀性的气体如氯气中时都会使换向器表面的氧化亚铜薄膜遭到破坏氧气和水分对于串激电机运行很重要所以串激电机一般不制成封闭式电机这是其中的一个原因之一正因为不能制成封存式电机且塑料机壳不能对高频辐射起到屏蔽作用导致30MHz以上的高频能量的辐射使电机的EMC测试比较困难六单相串激电机绕组温升的计算方法及控制绕组温升的措施电机绕组温升的计算公式为绕组法测试△T R2-R1 R1× KT1 － T2－T1 单位 K R1开始测试时绕组的冷态直流电阻Ω R2测试结束时绕组的热态直流电阻Ω T1开始测试时绕组附近的环境温度℃ T2测试结束时绕组附近的环境温度℃ K绕组系数铜 2345铝225 注温升的测试方法有绕组法和电偶法两种六单相串激电机绕组温升的计算方法及控制绕组温升的措施举例计算电机绕组的温升六单相串激电机控制绕组温升的措施在设计电机时可采取以下措施控制绕组的温升 1限制线负荷或电负荷 A转子外圆单位圆周长度上的电流A NI314D2N为转子的总导体数I为电枢电流D2为转子的外径单位Acm与电枢绕组的电流密度J I2S 导体单位面积上所通过的电流Amm2 I是电机的电流S为单根漆包线的截面积的乘积AJ 也称发热因子可控制电枢绕组的温升线负荷A 越大将导致绕组铜耗的增加绕组匝数的增多换向时换向圈内的电抗电势增大使换向恶化因此线负荷A 的取值范围一般限制在100-145AcmJ的取值范围在10-18 Amm2 而AJ的乘积≤1400-1800之间在此范围之内电机的温升不会太高此值在电机设计时需加以考虑线径越细的漆包线线负荷A与电枢绕组的电流密度J I2S的乘积越大转子绕组的温升将会升高事实也证明线径越细的漆包线温升越高转子外圆单位面积上散出的热量Q AJρ其中ρ为漆包线的电阻率或者通过AJ Ka×L×D22×n×10 计算AJ的乘积其中Ka为系数由以下图中查取L为铁芯长度 cm D2为转子铁芯外径 cm n为电机的额定转速 rpm 六单相串激电机控制绕组温升的措施六单相串激电机控制绕组温升的措施 2限制I2r1的数值可控制定子绕组的温升I是电机的电流 r1为定子电阻如果定子漆包线的匝数过多或选用漆包线的线径较细将会增加定子绕组的电阻从而导致定子绕组温升的增加 I2r1 KS×L×D22×n×10 W 其中KS为系数由以下图中查取L为铁芯长度 cm D2为转子铁芯外径 cm n为电机的额定转速 rpm 3一般来讲定子温升比转子温升要低些但不能相差太大两者温升相差太大了说明电机的有效材料没有得到充分运用需要对定子温升进行调整也就是对定子线径和匝数进行调整有时需要对转子参数和定子参数进行配合调整以获得满足要求的转子温升和定子温升因此电机温升的调整比较麻烦有的需要进行多次调整才能满足要求六单相串激电机控制绕组温升的措施七单相串激电机火花等级的划分八单相串激电机的能量损耗及效率较低的原因 1单相串激电机的能量损耗包括电气损耗和机械损耗 A电气损耗包括 a定子绕组的铜耗约占输入功率的10-14 b转子绕组的铜耗约占输入功率的8-12 c定转子铁芯的总铁耗约占输入功率的12-17 d换向损耗和电刷压降损耗约占输入功率的1-3 铜耗是由于电机电流流过绕组铜线而造成的它使绕组发热定转子铁耗是由于定转子铁芯被磁化而造成的它由磁滞损耗和涡流损耗两部分组成电气损耗还包括换向损耗和电刷压降损耗 B 机械损耗包括风摩损耗轴承损耗碳刷摩擦损耗转子的旋转磁化损耗和谐波损耗等约占输入功率的6-10 以上各种损耗之和即总损耗约为输入功率的37-56左右八单相串激电机的能量损耗及效率较低的原因 2 单相串激电机的能量平衡可用功率方程式表示如下 P1 P2∑P P1 输入功率P2 输出功率∑P 总损耗 3单相串激电机的效率公式为 P2P1 P1- ∑P P1 UIcos￠- ∑P P1 4。
一、 单相串励电动机设计1.1 基本公式:1.1.1 反电动势E:对于直流串励电动机: )(10106088v n c n aPN E e --⋅Φ=⋅Φ= 其中: P –––极对数; N –––电枢总的导体数a –––电枢绕组并联支路对数Φ–––每极气隙磁通量n –––电机转速对于单相串励电动机: )(102608v n k aPN E p -⋅Φ= k p –––电枢绕组短距系数.1.1.2 电压平衡方程式:对于直流串励电动机: b f a a U R R I E U ∆+++=)(R a ---––––电枢绕组电阻R f ––––激磁绕组电阻∆U b ---––––电刷与换向器间压降对单相串励电动机: 22r x U U U +=Ux----–––端电压有功分量Ur ––––端电压无功分量1.1.3 电磁力矩公式:对于直流串励电动机: a m I PN T Φ⋅=a2π; 对于交流串励电动机: θπcos 22N p m I K a PN T Φ⋅=.(此为平均力矩,非瞬时力矩) 其中:θ --––– 电枢电流超前主磁通的相角.1.1.4 每极气隙磁通量为:δδδταB L ...=Φδα-- ––– 极弧系数τ ––– 极弧长度δL -- ––– 电枢铁芯计算长δB -- ––– 气隙磁密1.1.5 转速:略去电刷和换向器之间的压降△U b ,则直流串励电动机的转速: Φ+-=e f a a C R R I U n )( 对单相串励电动机,在略去ΔU b 和假设θ=0的条件下有:)(f a a r R R I E UCOS U ++==ϕn C E e Φ=21 则Φ+-=e f a a C R R I uCOS n )]([2ϕ.1.2 电机主要参数之间的关系1.2.1 电负荷(线负荷)、电密及发热因子之间的关系.电负荷A 定义: 沿电枢圆周单位长度上的安培导体数称为电负荷.公式: D2πa NI A = N -- ––– 电枢总导体数D --––– 电枢外径a ––– 电枢绕组的并联支路对数电密J:- 导体单位横载面积上通过电流的大小. 24dI J =π d --––– 导体直径发热因子: 电枢绕组的线负和导体电密J 的乘积A ·J 叫发热因子.它决定了电机温升的高低.2222242Dd a NI d I D a NI J A πππ=⋅=⋅ 从上可见,在电流一定的条件下,对于整个电机有:a. 导线的横载越大,则温升越低;b. 电枢直径越大,则温升越低;c. 电枢匝数越小,则温升越低.但在实际情况中,为了增大力矩,往往电枢匝数较大,使得电枢温升高于定子线圈部位的温升.电机绝缘等级越高,允许发热因子的数值越大,一般对串激电机,A ·J 为700~1400安/厘米‧安/毫米2).1.2.2 电机的体积、转速与功率之间的关系.对于串励电动机 :δαB A p n L D p ⋅⋅⋅=⋅⋅'216' 因串激电动机ηNP P ='则P n L D P n L D η⋅⋅⋅=⋅⋅22' 式中: 'P ------ 计算功率, η ------- 效率, P -------- 额定功率, 'P α -------- 计算极弧系数, L D ⋅2------- 类同于电机的体积.从上可知:a. 在要求的转速与计算功率比值一定的条件下,改用不同类型的电机芯片(即改变D),则可通过改变铁芯长度L 来保证达到相同的性能;b. 在电机的芯片与长度一定的条件下,要求的功率越大,则转速越高,如若要保证工作点的转速,则应提高工作点的效率;c. 在功率一定的条件下,可提高转速以减小电机体积.1.2.3 利用系数K A 与力矩之间的关系.利用系数K A 它反映了产生单位计算转矩所耗用的有效材料.nL D P K A ⋅=2' 因''T n P =,则LD T K A ⋅=2'. 可见: 在D 2·L(即电机体积)一定的条件下,产生的力矩越大,则利用系数越高.1.2.4 电负荷与磁负荷之间的关系. 由δαB A p n L D p ⋅⋅⋅=⋅⋅'216'可知: a. 若线负荷A 不变,气隙磁密B δ增大,则电机体积减小,用铁量减小;同时因铁损与2δB 成正比则电机铁耗增大,温升也将升高;同时气隙磁层降和磁路饱和程度增加,功率因子下降; b. 磁负荷B δ不变,线负荷A 增大,则电机体积减小,用铁量减少;因B δ一定,而铁芯重量减小,则铁耗减少;同时因每极磁通变小,为了产生一定的感应电势,则绕组匝数必须增加,致使用铜量增加,铜耗随之增加,使绕组温升增高.。
概述:之宇文皓月创作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.1.1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.1.2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,其作用是发生励磁磁通,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,其作用是包管并发生连续的电磁力矩,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.1.3串励电动机的特点:1.3.1它对于外接电源有广泛的适应性:不管是交流电还是直流电;不管是60Hz还是50 Hz;不管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. 1.3.2它的转速高,调速范围广:它的转速范围为3000~40000RPM,在同一电机上采取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3000 RPM).例如吸尘器,它需要高转速在容器内外形成负压,以发生吸力.1.3.3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.1.4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,不但达到客户对电气性能及外部尺寸的要求,还要在绝缘、结构、平安、成本等方面上优化,既使电机能通过相关的实验考核,符合相间的尺度,又节省资料和工时.二、串励电动机基本工作原理2.1基来源根基理: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,发生一定方向的磁场;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发生力,从而使转子转动,铜头使转子中的电流始终坚持上下对称、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、下定子发生的磁场同向,这是必须坚持一致的. 2.2 串励电动机为何能按设计方向连续转动? 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. 如图中电流I,可发生磁通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. 正向电流如经绕组发生正向磁场,则,即正转. 反之则反转.如左图三,对于单相串励电动机,因电流,则在定子中发生滞后约 ~5°的交变正弦波磁场, 如图中Φ1和Φ2.,从而发.当定子绕组, 即发生正向的1T ,反之则发生负向2T .这样就决定了电机的正、反转方向.2.3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.如图一, 欲使力矩Tm的大小和方向保,即Φ及I在空.假使转子沿着轴向旋,而导体流过的电流却,则作用力便无,上述状况便,这就需要换向.,使每一组件,(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.如图四和五暗示一个单迭绕组(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2i a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2i a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2i a流出,这样换向片1换向完成,组件1中的电流方向由+i变成-i.,完成此换向过程的时间称为换向周期T K.设此电机负载转速为12000RPM,则41025.681200060-==xxTk秒.2.4引起换向火花的原因对于串励电动机,其换向周期特10-4秒级.在这么短的时间.换向组件所具:P=(e r+e a)i+e kt i下面将逐一讨论这些引起火花的电势.只有明了这些电势与各量间的关系,才干有效地找到改善火花的方法.对于串励电动机,一般要求e kt ≦8V,(e r +e a )≦4.5V.2.4.1 电抗电势e r在换向周期T K 内,换向组件中电流由+i a 变到-i a ,电流的变更引起漏磁通的变更(包含槽漏磁通、齿顶漏磁通和绕组端部漏磁通三部分).从而在换向组件中发生漏自感电势e L ;同时进行换向的其它组件,通过互感作用在该组件中还感应出互感电势e m .k a r r m L r T i L dt di L e e e 2=-=+= 其中L r 为换向组件的等效漏电感. Lr W 2‧·LW –––换向组件之匝数, L –––电枢铁芯长 .即k ar T i L W e ⋅⋅∝2.这说明电机同一组件,其匝数越多,转速越高,电流越大,则电抗电势就愈大.2.4.2 旋转电势e a2.4.2.1 电刷放在几何中性线位置如图一,电机可视为有两个磁场:定子激绕组发生的直轴主磁场Φd 及电枢绕组发生的交轴电枢磁场Φaq,此时换向组件轴线与主磁场轴线重合,当电机旋转时,换向组件在交轴电枢磁场中发生的旋转电势大小为: aq a B L V W e ⋅⋅⋅=2W –––换向组件匝数V –––电枢线速度; L –––铁芯长;B aq –––交轴电枢反应发生的磁密.其中B aq W ．i a ,则a a i L V W e ⋅⋅⋅∝2.可见e a 的大小与组件匝数平方、线速度及电流成正比;旋转电势e a与电抗电势e r 方向相同,总是企图阻止换向组件内电流的变更,使换向延迟.2.4.2.2 电刷不在几何中性在线:如图七所示,当电刷偏离几何中性线一定角度β时,换向组件既切割电枢磁场,发生旋转电势e a ;又切割主磁场,发生对应的旋转电势e m .它们符合右手安培定则.β角越大, e m 越大.且e m 的电势方向同e r 的相反.磁通2.4.2.3变压器电势e kt换向组件轴线与主磁场轴线重合,脉振主磁场Φd 与换向线圈匝链,发生变压器电势. d kt fW e Φ=44.4因Φd 与换向组件匝链,故e kt 数值很大,且比(e r +e a )大.其中:W –––换向组件匝数f –––电源频率.2.5 改善火花的方法改善换向火花的方法大体有下列几种:2.5.1 使碳刷逆转向偏移一合适角度或将电枢组件与换向片的连接顺旋转方向移一角度.如图七所示: 当碳刷逆转向偏离β角后,换向组件发生的直轴旋转电势e m 与交轴旋转电势e a 及电抗电势e r 的方向相反,这样就出现(e a +e r -e m )使换向需释放的能量p 减小,从而改善了火花.β越大,使得e m 越大,则出现e m >>(e r +e a ),同样使能量p 增大,晦气换向,这样会使原本延迟的换向变成超前,同时还使电磁转矩下降,故需合适的β角. 在实际设计中,因碳套固定在罩上,其位置不克不及变,故往往采取将电枢组件与换向片的连接顺旋转方向移一角度.例如下图八所示.瓜瓜图八(a)所示为换向组件发生的(e a+e r)大,因而火花大;当碳刷逆转向移动两片换向片时,产生的e m使(e a+e r-e m)=0(如上图八中b所示).在要求碳刷位置不变的情况下,则将电枢组件与换向片的连接顺旋转方向位移两片换向片(如上图八中c所示).当然,事情也有其特殊性.如上图九所示: 图(a)暗示对于整距绕组的电枢,此时换向火花好,即 (e a+e r-e m)=0,图(b)暗示将整距绕组酿成短距绕组,此时下组件边处在S极下靠中心区的地方,切割电势e m>(e r+e a),出现火花现象; 图(c)暗示采纳了电枢组件与换向片的连接逆转向移动了一个换向片,使e m减小,从而达到(e a+e r-e m)=0的目的,改善了火花.2.5.2采取高的激磁绕组与电枢绕组匝数比(即低的电枢绕组与激磁绕组匝数比).从电抗电势及旋转电势的公式可知,其数值的大小均与W 的平方成正比,故减小换向组件匝数(即是减少电枢总匝数)可较快地减小(e r +e a ),从下一节的电机设计知识可知,单相串励电动机只要坚持定、转子匝数乘积不变,改变定、转子匝数,不会使电动机主要性能发生大的变更,为了减小换向组件中的感应电势,改善换向,宜采取小的电枢匝数.当然,为了包管效率及温升,不是电枢绕组与激磁绕组的匝数比越小越好,一般串励电机取在1.5~2.0.2.5.3 增加每槽并列组件数n d ,即增加换向片数.在电机整体性能已定的条件下,即电枢绕组与激磁绕组已定,这时要改善火花,可采取增加换向片数的方法改善火花.因e r 、e a 与换向组件的匝数平方成正比,e kt 与换向组件匝数成正比,故减小换向组件匝数会大大降低(e a + e r )及e kt 值.在电枢绕组总匝数已定情况下,增加每槽并列组件数n d ,即减少了换向各组件匝数,它需通过增加换向片数的方法达到.因增加换向片数后,换向周期T K 相对减少,故实际效果并未达到平方关系,但可改善许多,特别对于高电压电机,因每组件的匝数相对于低电压来说多得多,故采取增加换向片数效果显著.2.5.4 采取短距绕组.如图十中(1)所示,当采取整距绕组时,虽然整距绕组可发生最大的电磁力矩,但换向的上下组件边在同一电枢槽内.从电抗电势e r 的描述中可知,这时上下组件通过互感作用在各组件边中感应的互感电势e m增大,使火花增大.当采取图中(2)的短距绕组时,虽然电磁力矩稍有减小,但换向的上下组件边不在同一槽内,从而减小了 e m 降低了火花.实际在机械自动绕线机上,采取的全是短距绕组,这样便于双飞叉绕线. 俱禯78瓜祏禯2.5.5增大气隙如图十一所示,因交轴电枢反应在顺主磁场方向使直轴磁场增强,在逆主磁直轴磁场减弱,如图十一中曲线2;结果使主磁场波形发生畸变,如图中曲线3;主磁场的畸变会影响换向组件中感应电势的大小,影响换向.因气隙磁阻大,故增大气隙会削弱这种畸变,但气隙过大,使主磁路磁阻增大,效率下降,温升变差.单边气隙一般取0.2~0.5之间.2.5.6合适的电刷宽度、资料、压力以及换向器的资料和加工质量.对于串励电机,只要包管电流密度不大,一般碳刷不宜过宽.碳刷过宽,则被短接的组件数过多,换向组件的互感电势大,晦气换向;同时电磁力矩会减小,使得温升变差.但电刷过窄,会减小换向周期,增加换向电势,也晦气换向;同时电刷过窄电密过大和机械强度变低,都会影响到电刷的寿命.一般电刷宽度取(1.2~2.5)片换向片宽.单相串励电动机一般选用碳化石墨或人造树脂粘洁剂碳刷.为改善换向最好选用硬质电化石墨电刷,因其有较大电阻率,电刷与换向器的接触电阻较大,能较好地抑制换向过程中的短路电流,有利换向减小火花.一般碳刷的电阻率要求为: 30,000~100,000μΩ.cm,能存受的电密为10A/cm2.电刷压力大小对换向性能和电刷损蚀有很大影响.压力大可减少火花,但磨损速度大幅度增加,压力小使换向器在换向时出现烧蚀.一般取300~500g/c㎡.换向器的资料一般为紫铜制作,为改善换向及寿命,串励马达一般选用含银的银铜合金.加工光洁度一般在0.4~1.2间,跳动量一般控制在5μ左右.三、 单相串励电动机设计3.1 基本公式:3.1.1 反电动势E:对于直流串励电动机: )(10106088v n c n aPN E e --⋅Φ=⋅Φ=其中: P –––极对数; N –––电枢总的导体数a –––电枢绕组并联支路对数Φ–––每极气隙磁通量n –––电机转速对于单相串励电动机: )(102608v n k a PNE p -⋅Φ= k p –––电枢绕组短距系数.3.1.2 电压平衡方程式:对于直流串励电动机: b f a a U R R I E U ∆+++=)(R a ––––电枢绕组电阻 R f ––––激磁绕组电阻U b ––––电刷与换向器间压降对单相串励电动机: 22r x U U U +=Ux –––端电压有动分量 Ur ––––端电压无功分量3.1.3 电磁力矩公式:对于直流串励电动机: a m I PN T Φ⋅=a2π; 对于交流串励电动机: θπcos 22N p m I K a PN T Φ⋅=.(此为平均力矩,非瞬时力矩)其中: ––– 电枢电流超前主磁通的相角.3.1.4 每极气隙磁通量为:δα ––– 极弧系数 ––– 极弧长度δL ––– 电压铁芯计算长 δB ––– 气隙磁密3.1.5 转速:略去电刷和换向器之间的压降△U b ,则直流串励电动机的转速: 对单相串励电动机,在略去ΔU b 和假设θ=0的条件下有:)(f a a r R R I E UCOS U ++==ϕ 则Φ+-=e f a a C R R I uCOS n )]([2ϕ. 3.2 电机主要参数之间的关系3.2.1 电负荷(线负荷)、电密及发热因子之间的关系.电负荷A 定义: 沿电枢圆周单位长度上的安培导体数称为电负荷. 公式: D2πa NI A = N ––– 电枢总导体数D ––– 电枢外径a ––– 电枢绕组的并联支路对数电密J: 导体单位横载面积上通过电流的大小.d ––– 导体直径发热因子: 电枢绕组的线负和导体电密J 的乘积A ·J 叫发热因子.它决定了电机温升的高低.从上可见,在电流一定的条件下,对于整个电机有:a. 导线的横载越大,则温升越低;b. 电枢直径越大,则温升越低;c. 电枢匝数越小,则温升越低.但在实际情况中,为了增大力矩,往往电枢匝数较大,使得电枢温升高于定子线圈部位的温升.电机绝缘等级越高,允许发热因子的数值越大,一般对串激电机,A ·J 为700~1400安/厘米‧安/毫米2).3.2.2 电机的体积、转速与功率之间的关系.对于串励电动机 : 因串激电动机ηNP P ='则P n L D P n L D η⋅⋅⋅=⋅⋅22' 式中: 'P ------ 计算功率, η ------- 效率, P --------额定功率, 'P α -------- 计算极弧系数, L D ⋅2------- 类同于电机的体积.从上可知:a. 在要求的转速与计算功率比值一定的条件下,改用分歧类型的电机串激电机基本原理芯片(即改变D),则可通过改变铁芯长度L 来包管达到相同的性能; b. 在电机的芯片与长度一定的条件下,要求的功率越大,则转速越高,如若要包管工作点的转速,则应提高工作点的效率;c. 在功率一定的条件下,可提高转速以减小电机体积.3.2.3 利用系数K A 与力矩之间的关系.利用系数K A 它反映了发生单位计算转矩所耗用的有效资料. 因''T n P =,则LD T K A ⋅=2'. 可见: 在D 2·L(即电机体积)一定的条件下,发生的力矩越大,则利用系数越高.3.2.4 电负荷与磁负荷之间的关系. 由δαB A p n L D p ⋅⋅⋅=⋅⋅'216'可知:a. 若线负荷A 不变,气隙磁密B δ增大,则电机体积减小,用铁量减小;同时因铁损与2δB 成正比则电机铁耗增大,温升也将升高;同时气隙磁层降和磁路饱和程度增加,功率因子下降;b. 磁负荷B δ不变,线负荷A 增大,则电机体积减小,用铁量减少;因B δ一定,而铁芯重量减小,则铁耗减少;同时因每极磁通变小,为了发生一定的感应电势,则绕组匝数必须增加,致使用铜量增加,铜耗随之增加,使绕组温升增高.。
项目七单相串劢式电动机的维修项目情境创设在功率相同的情况下，串劢式电机结构相对复杂，但体积小，轻便、过载能力强，转矩大、空载转速高达4000~12000r/min，机械特性软(电动机输出功率基本稳定，转速随负载的增大而降低）,调速范围广，可以采用交流或直流电源供电，维护、维修方便易学，广泛应用于各种电动工具的驱动。
项目学习目标学习目标学习方式建议学时知识目标①掌握串劢式电动机的基本组成；②知道串劢式电动机的应用；③理解串劢式电动机的基本原理第1 步、教师指导学生阅读知识点一 1第2 步、教师指导学生阅读知识点二、酌情讲解2第3步、教师指导学生阅读任务一，再讲解、示范1第4 步、实训：将学生酌情分组，每组提供电动工具一台，万用表、螺丝刀，让学生完成“任务一”1第5 步、教师指导学生阅读任务二，并设置部分故障进行演示2第6步、教师指导学生阅读任务三，酌情讲解2技能目标①对常用电动工具串劢式电动机进行熟练地维护和保养；②熟练检修串劢式电动机的一般故障(不含重绕转子）③掌握串劢式电动机定子和转子重绕的方法项目基本功一、项目基本知识知识点一、认识使用串劢式电动机的常用电动工具常见的使用串劢式电动机的电动工具按用途可分为:电钻类、砂磨类、冲击类、剪切类（电剪刀、电动锯等）、装配类（如电动螺丝刀、电动扳手等)和医疗类等,详见表7—1。
表7-1 使用串劢式电动机的常用工具名称图示说明手电钻手持打孔；适用于木、塑料、金属的钻孔名称照片用途冲击钻手持打孔; 用于木、塑料、金属等的钻孔.用冲击档时，也可给混凝土打孔电锤手持式；用于混凝土、墙体的打孔手砂轮手持式；用于金属等材料的初步磨光砂轮切割机用于切割金属线材电动扳手（套筒）用于拆、装螺栓知识点二、串劢式电动机的运转原理 （1）串励式电动机的组成串励式电动机由定子绕组、电刷（碳刷）、换向器、转子绕组等组成，如图7—1所示。
（2)串劢式电机各部件配合工作的过程和原理定子绕组、转子绕组通过电刷1和电刷2、换向器串联在一起。
