[科普中国]-单叠绕组

单叠绕组是指直流电机电枢绕组的一种绕制形式。电力电子技术以及交流调速技术的迅猛发展，交流电机在越来越多的场合取代了直流电机。但是在一些特殊场合，如舰船、航空、电源车等独立电力系统中，特别是在变速控制、转矩控制、位置控制等需要宽范围、高要求的电气调速领域，以及由直流储能电源供电的系统中，如潜艇等，直流电机仍然在起着重要作用。然而直流电机存在着固有的换向火花、可靠性等问题，这对电机的正常运行有重要影响。

简介电力电子技术以及交流调速技术的迅猛发展，交流电机在越来越多的场合取代了直流电机。但是在一些特殊场合，如舰船、航空、电源车等独立电力系统中，特别是在变速控制、转矩控制、位置控制等需要宽范围、高要求的电气调速领域，以及由直流储能电源供电的系统中，如潜艇等，直流电机仍然在起着重要作用。然而直流电机存在着固有的换向火花、可靠性等问题，这对电机的正常运行有重要影响。

为了改善电机的换向性能，参照国外直流电机的设计经验，异槽式电枢绕组直流电机正在国内推广使用。针对某型异槽式电机，分析了换向规律，研究了影响换向性能的主要因素，评估了其换向性能，在该电机上进行了无火花换向区试验。

单叠绕组换向规律分析在电枢旋转的过程中，当某一元件被电刷短接，从绕组的一条支路转移到另一条支路时，其中的电流将由原来的方向改变到相反的方向，绕组元件在被电刷短接期间的电流变化过程称为换向。理想的换向过程，在换向周期内，电流均匀的流过电刷和换向片接触表面，电刷与换向片的接触电阻与接触面积成反比，当电刷离开换向片时电流自然过渡为零，因此不产生换向火花。在实际的换向过程中，因为换向元件电抗电势、变压器电势和电枢反应电势等的存在，阻碍了换向元件中电流变化，导致同一电刷在不同换向片上的电流密度不等，产生换向火花。由于换向火花的存在，直流电机很难做成高速、大容量的机组。而异槽式绕组直流电机在绕组参数选择正确的情况下，可以改善电机的换向性能。以某型异槽式电机为例来说明异槽式绕组电机的基本换向规律1。

异槽式绕组的换向性能直流电机的换向过程十分复杂，它不仅是电磁的变化过程，同时还受到负载、电刷材料、机械、化学、环境等各种因素的影响。在这些因素中，平均电抗电势、主磁场、绕组的阻尼性能等对电机的换向影响较大。

异槽式绕组阻尼性能对换向的影响异槽式电枢绕组在任一元件换向结束时，均存在同槽短路元件的阻尼作用，电抗电势波形平坦，旋转不对称小，槽换向不对称性也小的特点，具有较好的换向瞬时补偿度，能有效地抑制换向火花，改善直流电机的换向能力。

异槽式电机主磁场对换向的影响在直流电机的一个电枢槽内，同层的各元件并不是同时进行换向，而是依次相隔一个换向器片距氏进行换向的，同槽内的上下层元件边也不一定是同时进行换向的。而宽的换向区需要相应增加换向极极靴宽，从而增大了换向极漏磁，不利于换向。而异槽式绕组在绕组短距换向片数的选择上可设计为接近零的最小位，获得窄的换向区宽度，以减小主极磁场对换向极磁场的干扰，对电机的换向有利。

总结对异槽式单叠绕组换向规律和影响直流电机换向性能的因素的分析表明，采用异槽式单叠绕组结构，电机的电抗电势波形图的最大值和最小值差值较小，利于换向电势的均匀补偿。同时，异槽式绕组具有优良的阻尼性能，对换向元件的能量有一定的吸收作用，能极大地改善电机的换向性能，实验和实际电机的运行都表明该类电机的无火花换向区较宽，长度较长，该类绕组结构的电机具有良好的换向性能2。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学