【摘 要】在單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)中，為了改善換向性能，采用將電刷逆轉(zhuǎn)向偏離其幾何中性線一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌取Ｎ闹惺紫冉榻B準(zhǔn)確確定換向器上的幾何中性線的方法，在此基礎(chǔ)上對(duì)氣隙磁場(chǎng)作分解和波形簡(jiǎn)化處理，推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)電勢(shì)與偏移角的關(guān)系式，從而得出電刷偏移角的計(jì)算式。
單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的容量都較小(一般輸出功率不超過lkw)。由于結(jié)構(gòu)上的限制，不能設(shè)置換向極來改善電機(jī)的換向。此把電刷從換向器上的幾何中性線逆轉(zhuǎn)向偏移一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌嚷暎箵Q向區(qū)域也跟著從電樞上的幾何中性線逆轉(zhuǎn)向偏移同樣的角度而進(jìn)入主極之下，以主極磁場(chǎng)來代替換向極磁場(chǎng)的作用，達(dá)到改善換向之目的，如圖l所示。這里所謂適當(dāng)?shù)慕嵌仁侵福?/div>
①β必須大于氣隙磁場(chǎng)物理中性線的偏移角優(yōu)，這時(shí)換向元件切割氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電勢(shì)ek的方向與其中電抗電勢(shì)p，的方向相反，當(dāng)ek= ex時(shí)，電機(jī)換向改善。
②β角不能過大，原因是電刷的逆向偏移使電樞繞組產(chǎn)生去磁的直軸電樞反應(yīng)，偏移角b過大，則去磁過大，為保持主磁通不變而應(yīng)增加的定子勵(lì)磁安匝也過大，電機(jī)的耗銅量大為增加；同時(shí)過大的偏移角p也使電樞繞組的有效安匝數(shù)明顯減小，兩者使電機(jī)的效率和功率因數(shù)明顯下降。
根據(jù)結(jié)構(gòu)需要電刷可固定在任何位置上。電刷的逆轉(zhuǎn)向偏移是通過順轉(zhuǎn)向偏移電樞元件與換向器的焊接位置，使電樞繞組在換向器上的幾何中性線順轉(zhuǎn)向偏離電刷中心線一個(gè)適的角度β來等效的，如圖2所示。因此準(zhǔn)確確定換向器上的幾何中性線是計(jì)算電刷偏移角β的前提。
換向元件中除存在旋轉(zhuǎn)電勢(shì)ek和電抗電勢(shì)ex外，還存在因主磁通交變感應(yīng)產(chǎn)生的變壓器電勢(shì)el由于et在時(shí)間相位上滯后電流90度，其方向時(shí)而對(duì)換向起超前作用，時(shí)而起滯后作用。故不能通過增大電刷偏移角β，從而增大在時(shí)間上與電流同相位的ek來抵消el。在計(jì)算偏移角β時(shí)，只需考慮ek 、ex及兩者的關(guān)系。
1換向器上的幾何中性線
《電機(jī)學(xué)》中闡述的確定電樞繞組在換向器上的幾何中性線的方法只適用于每槽內(nèi)只有一個(gè)元件的電機(jī)，實(shí)際上很多電機(jī)每槽內(nèi)有2個(gè)或3個(gè)以上的元件。普遍適用的確定換向器上的幾何中性線的方法是：無論電樞繞組每槽內(nèi)有幾個(gè)元件，應(yīng)將同槽內(nèi)的所有元件視作一個(gè)“元件”，當(dāng)這個(gè)“元件”的軸線（即同槽內(nèi)所有元件的公共軸線）與主極軸線重合時(shí)，該槽內(nèi)所有元件所接換向片的中心線為換向器上的幾何中性線。
圖2所示為每槽內(nèi)有2個(gè)元件的電樞繞組，實(shí)槽節(jié)距為5，當(dāng)槽1和槽6處于主極軸線對(duì)稱位置時(shí)，同在兩槽內(nèi)的2個(gè)元件的公共軸線與主極軸線重合，故這兩槽內(nèi)的元件所接的3片換向片的中心線即為換向器上的幾何中性線。為改善換向，此幾何中性線順轉(zhuǎn)向偏離電刷中心線3／2片換向片。
2旋轉(zhuǎn)電努ek
換向元件切割氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢(shì)ek。由于氣隙磁密分布復(fù)雜，難以用算式表示。為使ek算式的推導(dǎo)簡(jiǎn)化，對(duì)氣隙磁場(chǎng)作近似簡(jiǎn)化處理，認(rèn)為氣隙磁場(chǎng)是由下述兩個(gè)磁場(chǎng)疊加而成，旋轉(zhuǎn)電勢(shì)ek就是換向元件切割下述兩磁場(chǎng)產(chǎn)生的電勢(shì)之和，再引入修正系數(shù)來考慮近似簡(jiǎn)化的影響。
2.1偏移電勢(shì)eβ
由勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁磁勢(shì)、電樞繞組的直軸去磁磁勢(shì)和交軸等效直軸去磁磁勢(shì)共同建立的對(duì)稱于主極軸線的磁場(chǎng)，及換向元件切割該磁場(chǎng)產(chǎn)生的偏移電勢(shì)eβ。
該磁場(chǎng)就是計(jì)算總勵(lì)磁磁勢(shì)時(shí)的等效磁場(chǎng)，它的氣隙磁密分布為平頂波
