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　　换向元件中的电势

　　设电刷宽度等于换向片宽度，电刷不动，换向器从右向左运动，当电刷与换向片1接触时，元件1属于右边一条支路，电流为，当电刷与1、2换向片接触时，元件1被短路，当电刷与换向片2接触时，元件1进入左边一条支路，电流为，但方向从正变负，即发生了2的变化。换向过程所经过的时间称为换向周期，用表示。如换向元件中电势为零时是直线换向，即电流Ia 均匀的由+变到-，如图1b所示。

　　但实际在换向过程中。换向元件中会出现下列两种电势，这些电势会影响电流的变化。

　　1．电抗电势

　　换向元件本身是一个线圈，当元件中电流从+变到-时，线圈中必有自感作用，换向元件之间又存在互感作用，换向元件在电流变化时必须出现有自感和互感作用所引起的感应电势，这个电势成为电抗电势。

　　式中为换向元件等效漏电感，包括自感互感。

　　根据楞次定律，电抗电势的作用总是阻碍电流变化的，因电流在减小，其方向必与+相同，即与换向前电流方向一致。

　　2．运动电势

　　我们知道换向元件的有效边处于两极之间的几何中线位置，（固电刷放在磁极轴线下的换向片上），那里由主极产生的磁密几乎为零。但由电枢反应磁势产生的磁密不为零。换向元件切割此磁密产生运动电势。

　　　　　　　　　　　　（1）

　　根据右手定则判定换向元件中旋转电势的方向与换向前元件中电流方向一致。Ea 总是阻碍换向元件中电流的变化。

　　换向元件中电流变化规律

　　因上述两种电势和均阻碍电流换向。

　　　　与和V成正比，大电流、高转速的电机会给换向带来更大困难。

　　为了改善换向，在电机几何中性线处装有换向极，换向极磁场的方向与电枢磁场方向其强度比电枢磁场稍强，此时总的运动电势与反向，即与反向。

　　下面分三种情况对换向电流进行分析

　　1．直线换向

　　当时为直线换向，电流均匀的由+变为-，是*理想的换向情况。如图中所示。

（a）换向元件　（b）直线换向和延迟换向　　（c）超越换向

图1 换向元件中电流的变化

　　2．延迟换向

　　，换向元件中合成电势倾向于保持换向前电流方向，所产生的附加电流为，使换向元件中电流由组成，使换向元件中电流改变方向的时刻向后推移，称延迟换向。

　　3．超越换向

　　如，则换向极磁势过强，换向元件中合成电势所产生的附加电流倾向于与换向后电流方向相同。在的影响下，使换向元件中电流改变方向的时刻比直线换向时提前，称为超越换向。

　　一台生产机械工作完毕就需要停车，需要对电机进行制动。*简单的停车方法是断开电源，靠摩擦损耗转矩消耗掉电能，使之逐渐停下来，这叫做自由停车法。

　　自由停车一般较慢，特别是空载自由停车，更需较长的时间，如希望快速停车，可使用电磁制动器，俗称“抱闸”。也可使用电气制动方法，分三种，能耗制动、反接制动和回馈制动

　　1．能耗制动

　　停车时，不只是断电，将电枢立即接到上（为限制电流过大）因为磁场保持不变（书中为并励）

　　由于惯性，n存在且与电动时相同，与电动时方向相同。

　　电流方向

　　反向。

　　由于转矩与电动状态产生一制动性质的转矩，使其快速停车。制动过程是电机靠惯性发电，将动能变成电能，消耗在电枢总电阻上，称之为能耗制动。

　　能耗制动操作简单，但低速时制动转矩很小。

图 1 并励电动机能耗制动接线图

图2 并励电动机反接制动接线图

　　2．反接法

　　采用以上能耗制动方法，在低速时效果差，如采用反接制动，可得到更强烈的制动效果。利用反向开关将电枢反接，反接串入电阻（为限制电流过大）

　　为负，为负

　　反接制动时*大电流不得超过2，

　　则应使　

　　对于能耗制动　

　　缺点：能量损耗大，转速下降到零时，必须及时断开电源，否则将有可能反转。

　　3．回馈制动

　　当为负，为负。

　　例如电车下坡时的运行状态

　　电车在平路上行驶时，摩擦转矩是制动性质的

　　系统运行于a点。这时　　。

　　当电车下坡时，仍存在（暂不考虑数值变化），车重产生的转矩是帮助运动的，如，合成转矩与n方向相同，n上升，当，使变负，使变负，为负此时电机进入发电状态，发出电能，回馈到电网，称为回馈制动，稳定运行在b点。

　　电气制动是电机本身产生一制动性质的转矩，使电机快速停转。

　　直流电机接到电源后，转速从零达到稳定转速的过程称为启动过程，是一动态过程，情况较为复杂，仅介绍启动要求和启动方法。

　　直流电动机启动的基本要求是：（1）启动转矩要大；

　　　　　　　　　　　　　　　　（2）启动电流要小，限制在安全范围之内；

　　　　　　　　　　　　　　　　（3）启动设备简单、经济、可靠。

　　直流电机在启动时，可突增至额定电流的十多倍，故此必须加以限制，在保证产生足够的启动转矩下（），尽量减小启动电流，一般直流电动机瞬时过载电流不得超过（1．5～2）。

　　常用的启动方法有三种，分别介绍如下：

　　1．直接启动

　　加全压启动，启动电流达十倍以上额定电流，仅用于小型电机。

　　优点：操作简单，不需启动设备。

　　缺点：冲击电流太大　1．对电网电压影响；

　　　　　　　　　　　　2．对电机本身影响。

　　只适用于小型电动机启动

图 1 并励电动机直接起动接线图

　　2．电枢回路串变阻器启动

　　为限制启动电流，在启动时将启动电阻串入电枢回路，待转速上升后，再逐级将启动电阻切除。

　　串入变阻器时的启动电流为

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

　　只要选择适当，能将启动电流限制在允许范围内，随n的上升可切除一段电阻。采用分段切除电阻，可使电机在启动过程中获较大加速，且加速均匀，缓和有害冲击。如下图为分二级启动的机械特性曲线。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）

　　由产生，电机加速（）

　　由，加速逐渐减小。

　　为获较大加速，到b点时切除，特性由b到c，由c到d后再切除，运行到固有特性e点，*终稳定在g点。（）

　　切除可手动完成，也可自动完成。

　　优点：启动设备简单，操作方便。

　　缺点：电能损耗大，设备笨重

　　常用三点启动器接线

图2 并直接起动过程中的电枢电流与转速曲线　　图3并励电动机串电阻起动过程（三级切除）

　　3．降压启动

　　开始启动时将低电压，则，并使限制在一定范围内。

　　采用降压启动时，需专用调压电源，直流发电机，或可控硅整流电源。

　　用发电机，调节励磁达到调压。

　　用可控硅整流电源，用触发号控制输出电压。　

　　优点：启动电流小，能量损耗小。

　　缺点：设备投资大。