單相串勵電動機電刷偏移角的計算
彭亦（麗水市微型電機廠）
【摘 要】在單相串勵電動機中，為了改善換向性能，采用將電刷逆轉向偏離其幾何中性線一個適當的角度。文中首先介紹準確確定換向器上的幾何中性線的方法，在此基礎上對氣隙磁場作分解和波形簡化處理，推導出旋轉電勢與偏移角的關系式，從而得出電刷偏移角的計算式。
【敘 詞】單柑電機，串勵，電刷，偏移角，計算
引 言
單相串勵電動機的容量都較小(一般輸出功率不超過lkw)。由于結構上的限制，不能設置換向極來改善電機的換向。此把電刷從換向器上的幾何中性線逆轉向偏移一個適當的角度聲，使換向區域也跟著從電樞上的幾何中性線逆轉向偏移同樣的角度而進入主極之下，以主極磁場來代替換向極磁場的作用，達到改善換向之目的，如圖l所示。這里所謂適當的角度是指：
①β必須大于氣隙磁場物理中性線的偏移角優，這時換向元件切割氣隙磁場產生的旋轉電勢ek的方向與其中電抗電勢p，的方向相反，當ek= ex時，電機換向改善。
②β角不能過大，原因是電刷的逆向偏移使電樞繞組產生去磁的直軸電樞反應，偏移角b過大，則去磁過大，為保持主磁通不變而應增加的定子勵磁安匝也過大，電機的耗銅量大為增加；同時過大的偏移角p也使電樞繞組的有效安匝數明顯減小，兩者使電機的效率和功率因數明顯下降。
根據結構需要電刷可固定在任何位置上。電刷的逆轉向偏移是通過順轉向偏移電樞元件與換向器的焊接位置，使電樞繞組在換向器上的幾何中性線順轉向偏離電刷中心線一個適的角度β來等效的，如圖2所示。因此準確確定換向器上的幾何中性線是計算電刷偏移角β的前提。
換向元件中除存在旋轉電勢ek和電抗電勢ex外，還存在因主磁通交變感應產生的變壓器電勢el由于et在時間相位上滯后電流90度，其方向時而對換向起超前作用，時而起滯后作用。故不能通過增大電刷偏移角β，從而增大在時間上與電流同相位的ek來抵消el。在計算偏移角β時，只需考慮ek 、ex及兩者的關系。
1換向器上的幾何中性線
《電機學》中闡述的確定電樞繞組在換向器上的幾何中性線的方法只適用于每槽內只有一個元件的電機，實際上很多電機每槽內有2個或3個以上的元件。普遍適用的確定換向器上的幾何中性線的方法是：無論電樞繞組每槽內有幾個元件，應將同槽內的所有元件視作一個“元件”，當這個“元件”的軸線（即同槽內所有元件的公共軸線）與主極軸線重合時，該槽內所有元件所接換向片的中心線為換向器上的幾何中性線。
圖2所示為每槽內有2個元件的電樞繞組，實槽節距為5，當槽1和槽6處于主極軸線對稱位置時，同在兩槽內的2個元件的公共軸線與主極軸線重合，故這兩槽內的元件所接的3片換向片的中心線即為換向器上的幾何中性線。為改善換向，此幾何中性線順轉向偏離電刷中心線3／2片換向片。
2旋轉電努ek
換向元件切割氣隙磁場產生旋轉電勢ek。由于氣隙磁密分布復雜，難以用算式表示。為使ek算式的推導簡化，對氣隙磁場作近似簡化處理，認為氣隙磁場是由下述兩個磁場疊加而成，旋轉電勢ek就是換向元件切割下述兩磁場產生的電勢之和，再引入修正系數來考慮近似簡化的影響。
2.1偏移電勢eβ
由勵磁繞組的勵磁磁勢、電樞繞組的直軸去磁磁勢和交軸等效直軸去磁磁勢共同建立的對稱于主極軸線的磁場，及換向元件切割該磁場產生的偏移電勢eβ。
該磁場就是計算總勵磁磁勢時的等效磁場，它的氣隙磁密分布為平頂波 |
