爪極發(fā)電機(jī)產(chǎn)生軸電流的原因及對策
李立群，李明
(山東理工大學(xué)，山東淄博255049)
摘要：介紹了爪極發(fā)電機(jī)軸電流產(chǎn)生的原因及其危害，提出了解決這一問題的方法，并通過樣機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證，對改進(jìn)和優(yōu)化爪極發(fā)電機(jī)的工程設(shè)計(jì)具有一定的參考價值：
關(guān)鍵詞：爪極發(fā)電機(jī)；漏磁；軸電勢；氣隙磁場
中圖分類號：TM359．9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)12—0020—02
o引言
爪極發(fā)電機(jī)因其轉(zhuǎn)子磁極是爪形而得名，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、省材料、易于批量生產(chǎn)，相應(yīng)的制造成本較低。此外爪極發(fā)電機(jī)容易維護(hù)，運(yùn)行可靠，且不受使用環(huán)境的限制，因此被廣泛地應(yīng)用在汽車、航空以及國民經(jīng)濟(jì)的其它領(lǐng)域，發(fā)揮著十分重要的作用。
1軸電流的產(chǎn)生及危害
目前，爪極發(fā)電機(jī)主要為有刷或無刷硅整流發(fā)電機(jī)。它們在使用中都有一個共同的特點(diǎn)，即有軸電流產(chǎn)生。這個電流使軸承滾道及與主機(jī)連接的軸伸表面均產(chǎn)生嚴(yán)重的電腐蝕痕跡，其深度可達(dá)O.08mm左右。它嚴(yán)重地影響了軸承的壽命和軸伸配合的緊密程度，因此有必要對軸電流產(chǎn)生的原因和抑制方法加以探討[1]。
爪極式電機(jī)是凸極式電機(jī)的一種。但有自身的特點(diǎn)，其與凸極電機(jī)的區(qū)別在于勵磁繞組是軸向安放的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。
當(dāng)勵磁線圈有電流通過時，產(chǎn)生的磁通是軸向的，該磁通由磁軛經(jīng)過極身到爪極，經(jīng)定子后再回到另一端的爪極。此軸向磁通沿圖中虛線閉合，這是電機(jī)的主磁通，它要經(jīng)過定子的齒部和兩個氣隙，由于定子的齒槽作用而造成主磁通的脈動，其頻率為：
式中:Q為定子槽數(shù);n為轉(zhuǎn)數(shù);f1為齒槽造成的脈動磁通頻率。
可見，此主磁通在定子中為脈動的旋轉(zhuǎn)磁通，其脈動頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和槽數(shù)有關(guān)。由于定子中的磁場脈動使轉(zhuǎn)軸中的磁通量發(fā)生變化，這就是轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生軸電勢的主要原因。除此之外，轉(zhuǎn)軸在勵磁線圈的中心，因此在轉(zhuǎn)軸中必然會有漏磁通通過，它與主磁通是并聯(lián)的，因此在主磁通脈動時漏磁通同樣會發(fā)生變化，并且因諞磁通的變化而產(chǎn)生波動，這也是產(chǎn)生轉(zhuǎn)軸電勢的原因。該電勢所產(chǎn)生的軸電流便會流經(jīng)兩個軸承，從而使電機(jī)的軸承接觸面和與機(jī)相連接的軸伸表面產(chǎn)生電腐蝕，這兩個零件的表面遭到損壞，嚴(yán)重時使發(fā)電機(jī)不能繼續(xù)工作。
2樣機(jī)實(shí)例分析
2.1有刷爪極發(fā)電機(jī)
本文以履帶車輛所用的6 kw整流發(fā)電機(jī)為例，它的轉(zhuǎn)子磁極即為爪極結(jié)構(gòu)，額定電壓28 V，轉(zhuǎn)速為2 100～400O r／min，靠電壓調(diào)節(jié)器使電壓穩(wěn)定在28 v。試驗(yàn)時發(fā)電機(jī)空載，經(jīng)過滑環(huán)電刷向勵磁繞組通以24 V電壓，電機(jī)底座與托架絕緣，機(jī)座與端蓋之間的止口絕緣，軸伸與聯(lián)軸器絕緣，用高內(nèi)阻電壓表測出的軸電勢為1.8～2.7 mV。而當(dāng)負(fù)載為221 A時，即發(fā)電機(jī)滿負(fù)載工作時，其定子繞組雖然采用了六相全波整流，抵消了部分高次諧波，但是電樞反應(yīng)所造成的磁場波形畸變大于一般的凸極電機(jī)，因此更增強(qiáng)了軸向電勢，負(fù)載下所測得的軸電勢為3.3～4．8 mV，該電勢的平均值較空載時電勢增大了百分之45。
2.2無刷爪極發(fā)電機(jī)
為了進(jìn)一步提高爪極電機(jī)運(yùn)行的可靠性，減少維護(hù)的工作量，我們多采用無刷結(jié)構(gòu)。此類電機(jī)沒有電刷和滑環(huán)的接觸，因而更加適合應(yīng)用在有輕微腐蝕性的介質(zhì)中和對高低溫有一定要求的場合，也為進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速、減小體積，創(chuàng)造了條件。無刷爪極發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
該發(fā)電機(jī)一側(cè)的爪極通過極身與轉(zhuǎn)軸配合，另一側(cè)的爪極沒有極身，只用一個環(huán)把各爪極相連。兩側(cè)的爪極交叉安放，并在爪極間用非導(dǎo)磁材料焊牢。這樣，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，兩側(cè)的爪極與轉(zhuǎn)軸同時旋轉(zhuǎn)。磁場線圈放在轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動的支架上，可直接通入電流，進(jìn)行勵磁。它與轉(zhuǎn)動的爪極環(huán)和轉(zhuǎn)軸之間形成了兩個氣隙，所形成的這個磁場，在空間是不轉(zhuǎn)動的，但是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的爪極組在定子中便形成了旋轉(zhuǎn)磁場。這種電機(jī)的磁路特點(diǎn)就是主磁通又多通過兩個氣隙，空間不轉(zhuǎn)動的磁通通過轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，產(chǎn)生單極效應(yīng)，增強(qiáng)了軸電勢。
實(shí)踐中，我們也制造了無刷爪極發(fā)電機(jī)樣機(jī)， |
