单相串励电动机电刷偏移角的计算
彭亦（丽水市微型电机厂）
【摘 要】在单相串励电动机中，为了改善换向性能，采用将电刷逆转向偏离其几何中性线一个适当的角度。文中首先介绍准确确定换向器上的几何中性线的方法，在此基础上对气隙磁场作分解和波形简化处理，推导出旋转电势与偏移角的关系式，从而得出电刷偏移角的计算式。
【叙 词】单柑电机，串励，电刷，偏移角，计算
引 言
单相串励电动机的容量都较小(一般输出功率不超过lkw)。由于结构上的限制，不能设置换向极来改善电机的换向。此把电刷从换向器上的几何中性线逆转向偏移一个适当的角度声，使换向区域也跟着从电枢上的几何中性线逆转向偏移同样的角度而进入主极之下，以主极磁场来代替换向极磁场的作用，达到改善换向之目的，如图l所示。这里所谓适当的角度是指：
①β必须大于气隙磁场物理中性线的偏移角优，这时换向元件切割气隙磁场产生的旋转电势ek的方向与其中电抗电势p，的方向相反，当ek= ex时，电机换向改善。
②β角不能过大，原因是电刷的逆向偏移使电枢绕组产生去磁的直轴电枢反应，偏移角b过大，则去磁过大，为保持主磁通不变而应增加的定子励磁安匝也过大，电机的耗铜量大为增加；同时过大的偏移角p也使电枢绕组的有效安匝数明显减小，两者使电机的效率和功率因数明显下降。
根据结构需要电刷可固定在任何位置上。电刷的逆转向偏移是通过顺转向偏移电枢元件与换向器的焊接位置，使电枢绕组在换向器上的几何中性线顺转向偏离电刷中心线一个适的角度β来等效的，如图2所示。因此准确确定换向器上的几何中性线是计算电刷偏移角β的前提。
换向元件中除存在旋转电势ek和电抗电势ex外，还存在因主磁通交变感应产生的变压器电势el由于et在时间相位上滞后电流90度，其方向时而对换向起超前作用，时而起滞后作用。故不能通过增大电刷偏移角β，从而增大在时间上与电流同相位的ek来抵消el。在计算偏移角β时，只需考虑ek 、ex及两者的关系。
1换向器上的几何中性线
《电机学》中阐述的确定电枢绕组在换向器上的几何中性线的方法只适用于每槽内只有一个元件的电机，实际上很多电机每槽内有2个或3个以上的元件。普遍适用的确定换向器上的几何中性线的方法是：无论电枢绕组每槽内有几个元件，应将同槽内的所有元件视作一个“元件”，当这个“元件”的轴线（即同槽内所有元件的公共轴线）与主极轴线重合时，该槽内所有元件所接换向片的中心线为换向器上的几何中性线。
图2所示为每槽内有2个元件的电枢绕组，实槽节距为5，当槽1和槽6处于主极轴线对称位置时，同在两槽内的2个元件的公共轴线与主极轴线重合，故这两槽内的元件所接的3片换向片的中心线即为换向器上的几何中性线。为改善换向，此几何中性线顺转向偏离电刷中心线3／2片换向片。
2旋转电努ek
换向元件切割气隙磁场产生旋转电势ek。由于气隙磁密分布复杂，难以用算式表示。为使ek算式的推导简化，对气隙磁场作近似简化处理，认为气隙磁场是由下述两个磁场叠加而成，旋转电势ek就是换向元件切割下述两磁场产生的电势之和，再引入修正系数来考虑近似简化的影响。
2.1偏移电势eβ
由励磁绕组的励磁磁势、电枢绕组的直轴去磁磁势和交轴等效直轴去磁磁势共同建立的对称于主极轴线的磁场，及换向元件切割该磁场产生的偏移电势eβ。
该磁场就是计算总励磁磁势时的等效磁场，它的气隙磁密分布为平顶波 |
