直流电机的电压脉动率和电磁干扰

直流电机的电压脉动率和电磁干扰　中船总公司第７１２研究所摘　箕产生的原固．而且给出了有效的工程控制措旌。　王庆春　·ｆ　要　车文论述丁舰用直流电机设计中引＾关注的特殊问题一电压脉动率和电磁干扰．不仅分析丁　关键词：　电压脉动率　电磁干扰　厦因和控制措施　茁冶　｝　一　１电压脉动率　频脉动两类。　直流发电机电枢旋转时．电刷所短接的　１．１．１低频脉动　绕组元件数周期性的变化，电刷上的电压虽　１．１．１．１　电枢线速度的周期性变化　是直流．但有一定的脉动。每极下的换向片数　由于柴油机驱动．、不同心联结、基础不良　愈多，则电压的脉动率愈小。理论分析表明，　以及转子不平衡等原困，使得角速度不均匀；　当每极换向片数大于８时，电压脉动率将小　另外，由于轴的偏心或弯曲而引起半径变化．　于ｌ　。　使线速度发生变化。　电压脉动辜用下式表示，见图１。　１．１．１．２　电枢圆周安培导体分布不均匀　电压脉动率＝２［（Ｅ　一Ｅ　√（Ｅ。　＋　由于榴节距不均匀、死元件等造成的安　）］×ｉ００　培导体不均匀．　实际上．电机由于机械的、电的和磁的不　１．１．１．３　困电枢旋转而使磁通周期性变化　对称，产生的电压脉动率往往大于１　。一般　由于气隙不均匀，转轴偏心、弯曲，通风　小容量电机的电压脉动率为３～５　，中等容　沟引起的磁路不均匀．电工钢片磁导率的差　量电机为３～１０　，大容量电机为２～６　。测　异或磁撅的剩磁不相同等原因，使磁通产生　速发电机需要特别考虑，其低频球动有时在　每转几次的脉动。　０．２　以下。　１．１．１．４电刷滑动接触不稳定　由于换向器氧化膜不均匀，使得电刷滑　动接触工作不稳定。　１．１．２高援脉动　１．１．２．１橹脉动　如果以Ｚ为槽数，ｎ为转速，则脉动频　率为ｚｎ／６０Ｈｚ。　１．１．２．２由换向片引起的脉动　如果换向片数为ｋ，则脉动频率为ｋｎ／　圈１电压脉动　６０１－Ｉｚ。　１－１电压脉动产生的原固　１．２减，Ｊ、电压脉动牢的措施　直流发电机的电压脉动有低频脉动和高　为了减小电压的脉动．直流发电机的电　路和磁路应有严格的对称性，在电机的设计　２３　维普资讯 http://www.cqvip.com

上、制造和装配工艺上应遵守下列要求：　气隙大于及等于３ｒＬ＇ｔｍ的电机．不超过±　１．２．２电机的基础、底板和轴承座的安装、　定子和电枢的装配、机组轴线的调整、轴承的　装配质量必须符合有关工艺文件的规定　１．２．３轴的最大挠度不超过单边气隙的６　５　；同一轴线上二端气味之差不超过平均值　的５　。气阻值测点为上下左右四点。　１．２．９扇形叠片铁心应满足磁路对称蠢件；　电枢铁心轴向中心线位置应符合规定要求，　以保证定转子磁中心对称。　】０　；轴的弯曲临界转速和扭转临界转速　应丈予电机最高工作转速的３０　；轴工作面　的同轴废应一致，配合部位的尺寸精度和圆　挫度要准确　１．２．】０严格控制按向器的形位公差　１．２．】０．１换淘　车后．外圆的径向跳动　量不超过表１的规定　１．２．４电机总装前必须校平衡。对电枢圆周　表１换向器精车后外圆径向跳动量ｍｌｚ　ｌ　速度低于６ｍ／ｓ；电枢圆周速度低于ｌＳｍ／ｓ　丽Ｉ，／Ｄ．＜】／３（　．一电枢长度，ＤＩ一电枢直　径），以及电枢圆周速低于２０ｍ／ｓ，Ｌ／Ｄ．≤ｌ／　６的电机可只进行静平衡　如超过上述范围　必须进行动平衡。　】．２．５每极电枢绕组元件数大于８；避免采　』钉死元件。　一　】．２．６　辞对极橱数最好为分数，当为整数时　奇数比偶数好；在换向允许的条件下．可采　用斜栅　１．２．７主极和换向概各极间距离　、Ｌ偏差　不超过０．５一ｌｍｍ；磁授同心，磁极内径Ｄ、ｄ　偏差不太于单边气隙的５　。定予磁极装配　见圈２。　蜀２宠于磁极装配　ｌ－２·８定子和电枢间的气隙沿圊周各点均　匀·对气隙小于３ｒａｍ的电机，其最大、最小　和平均气嗽之问的容差不超过士１０　；对于　２４　按向器直径　外西径向跳动量　２ｓ０及以下　０．０２　２５１～５５０　０　０３　太子５５０　０　０４　１．２．１０．２换向器片对轴线平行ｔ在换向器　∞全长内，容许平行度偏差见表２。　表２换向嚣片对轴线平行度ｍｎ　抉向器长度ｆ　平行度偏差　ＩＧＯ以下　Ｊ　０．８　１０ｌ￣４００　Ｉ　Ｉ．０　大于４００　ｌ　１．５　１．２．１０．３换向器在运行条件下，其圆度应　小于０．Ｏ３～Ｏ　Ｏ５ｍｍ，　１．２．１１　各极下电刷在换向器周上分布均　匀，刷距痦许偏差不超过ｌｍｍ；电刷压力均　匀，各电刷在届４盒冉有良好的追随性，电刷和　刷盒的配合阐隙见表３；刷盘下边缘到挽向　器表面之间的距离为２．５士０．５ｒａｍ。　１．２．１２接滤波器抑制高频脉动。　１．３结论　电压脉动率是直流发电机供电质量的一　顼重要指标，它对电动机的运行性能带来某　些不良影响其中对换向、轴电压和电磁干扰　影响较为突出在美军标ＭＩＬ－－Ｇ一１　８４７３Ｂ　维普资讯 http://www.cqvip.com

裘３电刷和刷盒的配合间隙ｍｍ　项　目　电刷容差　刷握容差　最大间隙　最小问酿　厚度　一Ｏ．０２　＋０　１Ｏ　厚度８毫米以下　一Ｏ．０７　‘　Ｏ　０．１７　０．０２　宽度　—０　０５　＋０．１０　０．２５　０．０５　Ｏ．Ｉ　５　０　０．０．５　＋０．１０　般电机　厚度　宽度　—０．２０　０　Ｏ．３０　Ｏ　０５　Ｏ．１　５　＋０．ＩＯ　０．４５　０．Ｉ５　０．３５　０　０．０５　＋０．ＩＯ　可逆电机　厚震　—０．１０　０　ｎ　２Ｏ　．Ｏ．０５　宽度　—０，１０　＋０．１０　０．４０　０．１０　０．３０　０　Ｏ．１，Ｑ　＋Ｏ．１０　ｊ｝块电删　厚凄　—Ｏ．３０　Ｏ　０．２５　Ｏ．１０　宽度　—０．１０　＋０　１Ｏ　０．４０　０　１０　０．３０　０　（７８）翱ＭＩＬ—Ｇ一３１ｊ】Ｃ（６１）中规定。在空　接触，均使得电机在运行过程中产生程度　：　载到额定负被矗哿任何佼载下，在从０到　同的放电火花，而释放出高频电毽妾能。伴随棼　１６ｋＨｚ的任何频率下，发电机的电压脉动率　高频电磁能攮的释放而形成高频电场。对高　应不大子２　在国内外民用标准中虽然尚　频电场而亩，电机相当于一个高频发电执．亦　无此规定．但珊在电压触动率目前已作为考　即所谓电磁干扰源．其等值电路如图３所示　核舰用直流发电杌的一项指标，应引起电机　经验指出，这一等效电路表示干扰源是足够　工程技术人员的关注。　准确的。根据这一电路，干扰电压Ｖ可按下　２电磁干扰　式计算；　Ｖ—Ｅ　三一　（３）　２．１高频电场的产生　皇＋ｌ　武中－Ｅ一千扰源电势　ｚ．～电枢回路电感和对机座分布电容　所形成的内阻抗　ｚ　一接于干扰源电路的阻抗，也称负　载阻抗　干扰电压它是在干扰源连接外部导线韵端点　和机座之问测得的高频电压。　圈３干扰源的辱值电崩　干扰源产生的电磁干扰通过两种方式传　递；　－　直流电机运行时，电枢绕组感性元件不　２．ｉ．１通过电源线和互连线及与之并联的　断被电刷换接，并且换向器与电刷的滑动点　导线之间的分布电容和导线对地分布电窖而　２５　维普资讯 http://www.cqvip.com

传到很远的距离。　如载流导线相互距离很近，两导线中的　干扰电流相反，所建立的干扰场相互抵消，因　丧４换向器的容许四度公差接向器线速度＞４０　１５～４Ｏ　＜１５　ｍｍ　ｍ／ｓ　冷杏　热态　０．０３　０．０５　０．０４　０．０６　０．０５　０．ｉ０　此影响很小。但是电枢绕组和定子绕组各线　圈对机座（即地）问的分布电容，它所建立的　干扰场具有相同方向，相互迭加，影响较大。　２．１．２干扰场以电磁波的形式向周围环境　辐射电磁能，可干扰１００ｍ之内的电信设备。　因此，舰用直流电机将产生传导电磁干　２．２．１．３根据电机具体ｌ的运行条件，选择合　适的电刷，电刷对换向器表面应有良好的追　扰和辐射电磁干扰．　随性．　ＧＪＢＩＳＩ－－８６对于不同预定安装和使用　ａ．　电别应严格置于中性线位置。　场台及任务的舰用直流电机给出了电磁发射　ｂ．　电剥压力稳定均匀。　极限值。舰用直流电机一般应进行ＣＥ０１　ｃ．　刷握问隙、割盒至换向器表面距离　（２５Ｈｚ～１　５ｋＨｚ电源线和互连线的传导发　符合设计规定。　射）　ＣＥ０３（０．０１　５～５０ＭＨｚ电源线和互连线　２．２．１．４撅距。刷距严格等分．气骧均匀。　的ｆ々导发射）、ＲＥ０１（２５Ｈｚ￣５０ｋＨｚ磁场辐射　２．２．１．５转子校动平循，电机运行平稳．振　发射）和ＲＥ０２（１４ｋＨｚ￣１０ＧＨｚ电场辐射发　动符合标准规定．　射）项目测量，其极限值必须满足ＧＪＢｌ５１—　２．２．１．６抉向极对电抗电势有良好的瞬对　８６的有关规定．　补偿性．　２．２降低电磁干扰的措施　２．２．１．７补偿绕组对电枢反应有适台的补　舰甩直流电机产生的电磁干扰总是超过　偿度。　标准限值，作为降低电磁干扰的一种方法．应　２．２．２减小外磁场。定子绕组各线圈闻的连　考虑以下各方面；　线不应形成环轴磁势，不用辅助电刷消除轴　２．２．１改善电机抉向　电流。　２．２．１．１在设计上控制抉向参效，特别是电　２．２．３串励绕组、换向极绕组和补偿绕组等　抗电势和主磁场对抉寓区的干挽．　分两部分，各自分别对称的接于电枢的两端。　＾．　采用具有抉向良好的单匝、短距、槽　经验指出，这是降低电磁干扰的有效方法。·　片敛小于２的电枢绕姐．　２．２．４屏蔽　ｂ．　采用多槽小齿距溲糟设计。电枢绕　电机通风孔及槐察窗设置金属网．　组甩无纬玻璃丝带绑扎繁嗣。　２．　５滤波器　ｃ．　适当增大气骧或采用非均匀气骧．　从图３所示的等效电路可见，为了降低　ｄ．　电刷周向位移，但应兼顾抉向区宽　电磁干扰，可采用增加高颇电源内阻ｚ，或臻　与中性区宽之比值和主磁场与换向极磁场间　小钱路阻抗Ｚ；。有时二者同时使用．减小Ｚ：　的潲磁距离，以及电枢绕组抉商元件中电流　系通过并联电容而达到，增加ｚ。，则串联扼　的去磁作用。　流圈。并联电容或串联的电感与Ｚ　和Ｚ　形　２．２．１．２换向器表面粗糙度Ｒａ不低于０．　成滤波器，滤波器的设计见有关赍料．　８｝换向器允许的圆度公差见表４Ｉ抉向器表　２．３结论　面应形成色调均匀有光泽的氧化膜。　减小电磁干扰，首先应改善舰用直流电　２６　维普资讯 http://www.cqvip.com

机的换向。舰用直流电机从空载到额定负载　的所有情况下．换向器上的火花等级应不超　１　应尽量步用，因为这样的滤波器为公共电源　通过地面形成了慨电阻，而这种电流又可能　耦台到同一地面的其它设备中去，它是系统、　平台或装置中电磁干扰的一个主要原因。所　用措藏应在设备和分系统的技术文件以及电　磁干扰和抗干扰试验报告中详细说明。　因此，在美标中对滤波电容器的采　过１÷级．　对称设置。　’　在电机设计时，首先实施电枢回路绕组　为了使干扰场消失在电机内，通常电容　器或扼圈应安装在换向器处或接线盒内或电　机附近，如电机控制盘内。离电机过远会大大　降低其效果．　用持慎重态度，在降低电磁干扰措施中，并没　有推荐使用滤波电容器，而在我国舰用直流　电机中基本上都在电机各绕组出线端接有滤　美标Ｍｍ—Ｍ一１７４ｌ３Ａ（５５）中规　定，舰用直流电机应设计成在运行范围内任　波电容器。这一问题是值得考虑的，电机的电　何负载和任何转速下，产生的电磁干扰最小．　磁干扰应在设计、结构和工艺上解决．　除非为了符台规定的电磁干扰极值，并经台　同或定单允许外．不应使用滤波装置。滤波装　参考文献　置的设置应考虑拆卸方便，并能承受ｉ巾击试　［１］ＭｌＬ—６一ｌ８４７３Ｂ．１９７８．　验。电容器的耐压等级应不慨于电机的电压　［２］Ｍ【Ｌ—Ｇ一３ｌ１１ｃ，１９６７．　［３］ＭｌＬ—Ｍ—ｌ７札３Ａ，１９５５．　等级．当电机进行介电性能试验时．滤波装置　Ｅ４］沈标正．大型电帆的安装与维修，冶金工业出版　应从线路中拆除。　杜，１９８９．　标ＧＪＢ１５１．１—８６指出．从控制电　［５］陈世坤，电机设计．下册．机械工业出版杜ｔ１９８２．　磁干扰角度来看，电源线与地之间的电容器　２７