直流电机释疑

张文海

(成都精密电机厂，四川成都 610500)

1 单波绕组的直流力矩电动机为什么可以均磁?

永磁直流力矩电动机是一种多磁极电机，每对磁极永磁体的磁性能的一致性虽然已经过严格筛选，但仍很难达到绝对一致，磁场的不均匀将直接影响转矩波动，对于一台固定电机，在电枢电流一定的情况下，电磁转矩是正比于气隙磁通的。单波绕组能把每对磁极同极性下所有的绕组元件串联起来组成一个支路，再把另一同极性磁极下所有元件串联起来组成另一个支路，从而只形成一对并联支路，由此可等效成一对磁极，一对磁极当然也就不存在磁场不均匀了，这是从宏观上说的。微观上则可作这种描述:因为串联关系，尽管每对极磁场强弱会影响磁极下元件中产生的反电动势不等，但每对磁极下同位置元件产生的反电动势是同方向加的，这样，每对极下每一个同位置元件反电动势同向相加的总幅值则必然相等(因串联的情况一样)，这也就等效于每对极磁场相等了。一台固定的电机，在同一转速下，反电动势正比于磁通。如果采用单叠绕组，有多少对磁极，就有多少对并联支路，而每一对并联支路是用电刷并联的，每对磁极磁场不均匀将引起各支路反电动势不等，电流则不等，转矩波动必然产生，而且它是低频的，对转矩波动影响更大。而单波绕组的这种串联关系能减小磁场不均匀对转矩波动的影响，所以说它有一定的均磁作用。同理，低速永磁直流测速发电机也是多极的，因为有单波绕组的均磁作用，所以输出电压纹波系数很小。

2 怎样理解自励直流发电机的磁场临界电阻?

自励直流发电机靠剩磁自励发电，励磁绕组按增磁方向与电枢绕组并联，励磁电压取自于发电机的输出电压。当磁场电阻(包括调节电阻和励磁绕组电阻)太小，输出电压高于励磁压降，输出电压上升的过程，会使励磁电流迅速增大，直至磁极磁饱和，此时电机空载特性曲线(励磁电流与空载输出电压关系曲线)弯曲成饱和曲线，励磁压降等于输出电压，输出电压即达到稳定值，发电机有较高的稳定输出电压。当磁场电阻太大，励磁电流太小，励磁压降高于输出电压，发电机便不能自励发电。当励磁电阻介于上述两种情况之间，励磁电流较小，电机虽能自励发电，但输出电压不高，励磁电流工作在电机空载特性曲线的线性段，励磁电流稍有变化，电机输出电压便会发生较大变化，输出很不稳定。磁场临界电阻是这种将励磁电流调节在电机空载特性曲线线性段的励磁回路电阻。

自励直流发电机不同的转速有不同的空载特性曲线(饱和曲线)，所以也就有不同转速的磁场临界电阻。

一台自励直流发电机有规定的额定输出电压，在驱动转速不变的情况下，若想通过改变磁场电阻大小来调节输出电压是很不安全的，因为此时的磁场电阻必然是临界电阻，发电机输出很不稳定。

3 串励直流电动机直流电压条件下工作火花小，为什么交流电压条件下工作火花会变大?

串励直流电动机的特点是既可以在直流条件下工作，也可以在交流条件下工诈。但在交、直流条件下，电枢绕组内部通的电流刚好与电源电压相反。即在交流电压条件下工作时，电枢实际通的是脉动直流电(电刷换向器整流)，这样，交流条件的电枢绕组就变成了一个电感性直流电路，电感性直流电路电流断开瞬间，线圈中储存的磁埸能量不能很快释放，所以换向时电刷产生较大火花。而在直流条件下工作时，电枢实际通的是交流电(电刷换向器逆变)，这样，直流条件下的电枢绕组，应是一个交流电路，交流电路中绕圈储存的磁埸能量能随电流交变自动吸收，所以换向时火花很小。由于电枢电流有这两种差异，所以在直流条件下工作火花很小的串励直流电动机，在交流条件下工作火花会变大。因串励直流电动机在交流条件下换向器有这种整流特性，故在交流条件下应用的串励直流电动机常称为串励交流整流子电动机。

4 三槽式直流电动机为什么比一般直流电动机火花大?如何减小换向火花?

三槽式微型永磁直流电动机是一种结构简单的直流电动机。只有3个绕组元件，元件数太少，故线圈匝数较多，换向电感大，换向电抗电势大，火花也大。因电枢只有3槽，绕组节距与磁极极距相差较大，换向器没有准确的几何中性线，电刷只能放在近似几何中性线上，从而引起火花大。两支路元件数不对称，引起电流不对称，电动力不对称，电枢会产生振动，引起电刷振动，火花增大。减小火花的方法是在3个元件上并联3只压敏电阻(△接法)吸收火花电动势，压敏电阻的“阈值”电压应稍高于电源电压，这样效果较好。

5 钐钴磁体工作温度达200℃以上，也不退磁，为什么钐钴直流电动机在高低温条件下转速仍有明显变化?

这是电枢铁心磁导率变化而引起转速变化。高温条件下，铁心磁导率降低，磁路磁阻增大，气隙磁通减小，电动机转速增高。相反，低温条件下，铁心磁导率增大，磁路磁阻减小，气隙磁通增大，电动机转速降低。所以，受磁极和电枢铁心磁导率双重因素影响，不管什么材料的永磁直流电动机，高低温条件下转速都会发生变化。采用小温度系数磁体的电动机，转速变化小;采用大温度系数磁体的电动机，转速变化大。

6 直流力矩电动机的堵转转矩等于电磁转矩?为什么?

准确地说，电磁转矩应等于堵转转矩加励磁静摩擦力矩。有观点认为，静态堵转时磁拉力不会发生作用，所以堵转转矩应等于电磁转矩。这种看法的偏颇之处在于，如果没有力矩作用于电枢，磁拉力不会发生作用。而当有力矩作用于电枢时，磁拉力就会发生作用。所以测试永磁直流力矩电动机的堵转转矩时，会有励磁静摩擦力矩参与。尽管如此，因励磁静摩擦力矩在永磁直流力矩电动机堵转转矩中占的比例很小，故可忽略。因此永磁直流力矩电动机的堵转转矩可近似等于电磁转矩。

7 有刷直流电动机是可逆的，励磁后驱动能变成直流发电机，无刷直流电动机也可逆吗?

不可逆。原因是二者换向的差异性:有刷直流电机是用电刷换向。电刷换向器换向具有可逆性，即旋转时，它既能把直流电变成交流电，使直流电动机旋转(直流电动机内部每一个绕组元件实质通的是交流电，以始终获得定向的电磁力);也能把交流电变成直流电，使直流发电机内部发出的交流电变成直流电输出(直流发电机内部发的是交流电)。所以有刷直流电动机是可逆的。而无刷直流电动机是用电子开关和位置传感器等电路组成的电子换向器换相，电子换向器不具可逆性，它只能将直流电变成方波脉冲而使无刷直流电动机旋转。若将无刷直流电动机高速驱动，内部绕组也有方波交流电输出，但电子换向器却无法逆向工作，所以也就不能输出直流电，故不可逆。有刷直流电动机在用“对拖法”测功时，基于的理念则是有刷直流电动机能可逆，因此可用同型号电机两台“对拖法”测功:一台可作为被测的电动机，另一台被拖电机则变成发电机作负载调节。无刷直流电动因不具可逆性，故不能用“对拖法”测功。

［1］张文海.控制电机问答［J］.微特电机，2011(9):76－78.