直流雙蛙繞組電機的換向齒槽能量模型及其試驗驗證研究

高嵬 張俊洪 吳旭升

關鍵詞：雙蛙繞組;換向;齒槽能量模型

DOI：10.15938/j.emc.2019.06.000

中圖分類號文獻標志碼：A 文章編號：1007 -449X（2019）06 -0000 -00

Abstract：In some special areas， the doublefrog windings DC electrical machine is still playing its important rols， while its commutation problems always make this kind of DC electrical machine run in half or less load， which lowers its efficiency badly. In this paper， a DC electrical machine with double frog windings has been studied， to solve its commutation problems when workingin full load， and a commutation teethslot energy model has been established to simplify the commutation projects to avoid complicated calculation， inaccurate model and intricate physical concepts. With the help of this model， a theoretical foundation of the commutation of this type of electrical machines is established， as well as later black zone experiment of this type of electrical machine.

Keywords：double frog windings; commutation; teethslot energy model

0 引 言

雙蛙繞組形式的直流電機，即由一套雙疊繞組和一套復波繞組通過電刷并聯(lián)運行的復合繞組。兩套繞組元件自身完成均壓線作用，每一疊繞組和波繞組元件依次串聯(lián)，對疊繞組起甲種或甲、乙種均壓線作用，以改善電機磁場的不對稱性;同時對波繞組起乙種均壓線作用，以消除電刷繞組接觸不均勻的影響。由于蛙繞組的兩套繞組自成均壓線，使電機繞組節(jié)省了大量用于制作均壓線的材料，簡化了電機結(jié)構(gòu)，增強了轉(zhuǎn)子運行的可靠性。此外，采用雙蛙繞組可以使片間電壓減小一半，使在同等電樞直徑、相同線負載情況下單機容量提高一倍;同時電樞元件電流減小一半。因此對于相同容量的直流電機，雙蛙繞組可以減小電樞直徑及其轉(zhuǎn)動慣量。

此類電機最為突出的問題就是其換向問題。從其使用情況來看，電機在使用中由于換向惡化導致負荷能力嚴重下降，極大地影響了其性能的發(fā)揮。為此，本文簡要分析了直流雙蛙繞組電機結(jié)構(gòu)，分析計算了該型電機的電抗電動勢，從能量的觀點出發(fā)提出了一種基于電機齒槽電流能量的換向模型，為后期電機的換向治理奠定了理論基礎。

3.2 B型電刷的無火花換向區(qū)試驗

如圖10中B型電刷無火花換向區(qū)示意圖所示，試驗方法同3.1節(jié)，B型電刷無火花換向區(qū)試驗數(shù)據(jù)如表4所示，圖10中曲線表示方法同圖9。

可見，使用B型電刷時，理論計算的無火花換向區(qū)與實際試驗中得出的曲線差距不是很大。這可能在于B型電刷中的成分限制了碳粉在大電流狀態(tài)下的磨損，從而穩(wěn)定了電刷成分，也阻斷了能量通過磨損碳粉釋放的途徑。

4 結(jié) 論

本文通過分析和綜合直流電機換向理論，結(jié)合直流雙蛙繞組電機的實際情況，提出了一種換向齒槽能量模型，并通過特定型號電刷的無火花換向區(qū)試驗，驗證了該理論的正確性，為該型電機的換向治理工作奠定了理論基礎。

同時需要說明，只有在電刷接近理想狀態(tài)（即B型電刷，電刷在工作過程中不會受到負載電流的影響）時，該理論才起作用，而如果針對普通電刷，還需要進行修正，這也是本文下一步需要開展的工作。

參 考 文 獻：

[1] 章明濤.電機學（上）[M].北京：科學出版社，1973.

[2] 邱賢錕.蛙式繞組電抗電動勢的計算[J].西安交通大學學報，1963（2）：92.

QIU Xiankun. The electrodynamic potential calculation in frog windings [J]. Xi′an Jiaotong University Journal， 1963（2）： 92.

[3] ПиотровскийЛМ.電機學（1）[M]. 北京：科學出版社，1953.

[4] Рихтор Р.ЭпектрическиеМашины（1）[M]. Ипатов：тяговыхэлекмродвцгателеи，1935.

[5] DWIGHT H B，HALTMAIER R G.Rules for designing frogleg windings of DC machines[J].Transactions on AIEE，1951，Part I：707.

[6] 沈本蔭.直流脈流電機換向[M].北京：中國鐵道出版社，1986.

[7] ГурцнЯС，КурочкинМН.Проектированиемащинпостоянчоготока[M]. Ипатов：Оммутацив，1961.

[8] Курбасов A C.Повыщениеработоспособностчтяговыхэлекмродвцгателеи[M]. Ипатов：Оммутацив，1977.

[9] HELMUT S.Elektrischemashineneineeinführung in die theorie des betriebsverhaltens [M].Berlin：SpringerVerlag，1973.

（編輯：劉琳琳）