直流双蛙绕组电机的换向齿槽能量模型及其试验验证研究

高嵬 张俊洪 吴旭升

关键词：双蛙绕组;换向;齿槽能量模型

DOI：10.15938/j.emc.2019.06.000

中图分类号文献标志码：A 文章编号：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

双蛙绕组形式的直流电机，即由一套双叠绕组和一套复波绕组通过电刷并联运行的复合绕组。两套绕组元件自身完成均压线作用，每一叠绕组和波绕组元件依次串联，对叠绕组起甲种或甲、乙种均压线作用，以改善电机磁场的不对称性;同时对波绕组起乙种均压线作用，以消除电刷绕组接触不均匀的影响。由于蛙绕组的两套绕组自成均压线，使电机绕组节省了大量用于制作均压线的材料，简化了电机结构，增强了转子运行的可靠性。此外，采用双蛙绕组可以使片间电压减小一半，使在同等电枢直径、相同线负载情况下单机容量提高一倍;同时电枢元件电流减小一半。因此对于相同容量的直流电机，双蛙绕组可以减小电枢直径及其转动惯量。

此类电机最为突出的问题就是其换向问题。从其使用情况来看，电机在使用中由于換向恶化导致负荷能力严重下降，极大地影响了其性能的发挥。为此，本文简要分析了直流双蛙绕组电机结构，分析计算了该型电机的电抗电动势，从能量的观点出发提出了一种基于电机齿槽电流能量的换向模型，为后期电机的换向治理奠定了理论基础。

3.2 B型电刷的无火花换向区试验

如图10中B型电刷无火花换向区示意图所示，试验方法同3.1节，B型电刷无火花换向区试验数据如表4所示，图10中曲线表示方法同图9。

可见，使用B型电刷时，理论计算的无火花换向区与实际试验中得出的曲线差距不是很大。这可能在于B型电刷中的成分限制了碳粉在大电流状态下的磨损，从而稳定了电刷成分，也阻断了能量通过磨损碳粉释放的途径。

4 结 论

本文通过分析和综合直流电机换向理论，结合直流双蛙绕组电机的实际情况，提出了一种换向齿槽能量模型，并通过特定型号电刷的无火花换向区试验，验证了该理论的正确性，为该型电机的换向治理工作奠定了理论基础。

同时需要说明，只有在电刷接近理想状态（即B型电刷，电刷在工作过程中不会受到负载电流的影响）时，该理论才起作用，而如果针对普通电刷，还需要进行修正，这也是本文下一步需要开展的工作。

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（编辑：刘琳琳）