单相串激电机

延迟换向是由于换向线圈中产生电抗 电势而造成的，可能后刷边出现火花。
当旋转电势与电抗电势反向，且大 于电抗电势时，则成为超前换向。 可能在前刷边出现火花。
换向火花形成的原因
机械性火花： 1)转子平衡不好或装配不好，造成转子振动 2)换向器偏心、圆度差、光洁度不好 3)弹簧压力不合适 4)碳刷与换向器接触不好 5)碳刷与刷盒配合不好 6)碳刷材料不合适 电磁性火花： 1) 换向火花（换向线圈的电流突变，电磁能释放） 2) 电位差火花（换向器片间电压过高） 化学火花： 1) 换向器表面氧化层（主要是氧化亚铜和碳素薄膜），这层氧 化层在运转中被不断地磨损和加厚
二、机械噪声
１、轴承噪声的产生与控制 ：由于轴承随电机转子一起旋转，因滚珠、 内圈、外圈表面的不光滑，它们之间有间隙，滚珠的不圆或内部 混合杂物，而引起它们间互相碰撞产生振动与噪声。其产生的噪 声值与滚珠、内外圈沟槽的尺寸精度、表面粗糙度及形位公差等 有很大关系。 ２、转子不平衡引起的噪声：残余不平衡量，使得转子转动时就会产 生附加的离心力，轴承或支架就会受到周期性附加离心力的作用， 通过轴承或支架传到外壳，引起振动，产生噪声。当不平稳量过 大或转速过高，将使电机无法正常工作，甚至损坏或飞逸，后果 十分严重。电机中冷却风扇的不平衡同样也会产生较大的噪声。 ３、碳刷装置的噪声：是由碳刷位置安装不良或碳刷与刷架的配合不 当或碳刷压力不适合及换向器表面有毛刺或圆度不够等多方面的 原因所产生的。 碳刷的倾斜角及刷架外面的伸出长度与噪声大小 也有一定关系；另外就是碳刷性能的好坏。
非通用措施
也可采用阻容电路进行滤波，其中的电阻为压敏电阻。当加在压敏 电阻两端的电压值低于额定电压时，它的电阻几乎是无穷大，而稍为超 过额定值后，电阻值便急剧下降。利用此原理，压敏电阻即可限制和吸 收电机所产生的脉冲电压和浪涌电流。 虽然采用电感-电容电路基本上可达到滤波的作用，但由于在高频下 电容器引线有很大的电抗，往往消弱了滤波的效果。在某些电机的试验 曲线中可以看到，在个别高频段，骚扰电压幅值超过标准的范围，这主 要是某一频率下的火花骚扰造成的。因此，要将普通电容换成“穿心式 电容”，但由于此类电容价格较贵，所以对于这类电机还需在电刷与外 壳间并联二个电容，以消除这些频率的干扰。 问：为什么串激电机的两个定子线圈通常对称接在电枢两端？ 答：不接在电枢的一端，增加了两端电路的高频传输阻抗，对抑制 30MHz以下的干扰，能有明显效果。
三、电磁噪声
二极单相串激电机所产生的电磁噪声主要是槽致噪声。在采用单数槽 转子时，槽致噪声是由于周期性的单边磁拉力的变化所产生的，如下图。 采用双数槽转子时，不会 发生上述情况，但齿槽效 应较严重，引起振动。 除上述原因，还有电 流中的高次谐波分量，在 定转子气隙中产生谐波磁 场也会产生不均匀力波， 造成振动而产生噪声。
串激电机技术讲座
串激电机 (Universal Motor ) 单相串励电动机的定子由凸极铁心和励磁绕组组成，转 子由隐极铁心、电枢绕组、换向器及转轴等组成。励磁绕组 与电枢绕组之间通过电刷和换向器形成串联回路。 单相串励电动机属于交、直流两用电动机，它既可以使 用交流电源工作，也可以使用直流电源工作。 串激（串励）电机就是定子绕组和转子绕组串联的。
电机主要尺寸的确定
确定电机的主要尺寸的计算公式如下，Ｄ２转子冲片外径，Ｌ为叠长。
4 P 6 2 10 2 D2 L i B An
Pi ——电磁内功率（即通常所说的电磁功率），可有后式估算
A ——线负荷（A/cm），可参考（图1—2）选取
——极弧系数，取0.6~0.7 n ——转速(r/min)
借偏片数的准确定义
关于电枢绕组借偏片数的判断比较复杂，涉及的情况 较多，平时很容易搞混。在此对电枢绕组的借偏片数作一 个准确的定义： 当电枢某线圈平面处于和定子磁极几何中心线平行状 态时, 该线圈中心线与电刷中心线相差的换向片数为电枢 绕组接线借偏片数。该片数折合成的电角度等效于电刷逆 电枢旋转方向偏离磁极几何中心线的电角度。对于两极串 激电机, 该角度应在10度~26度之间。如图所示, 线圈中心 线与电刷中心线相差片２片换向片, 那么就可以说, 该电机 电枢绕组接线借偏为２片, 即借偏30度（电角度）。以此 做为电机设计计算的依据就不会产生错误了。
1 14 1 12
２ ３
电刷边缘大部分或全部有 换向器上有黑痕，用汽油不能擦除， 连续的较密的颗粒状火花， 同时电刷上有灼痕。如短时出这一级 开始有断续的舌状火花 的火花，换向器上不出现灼痕，电刷 不烧焦或损坏 电刷整个同时电刷 上有灼痕。如短时出这一级的火花，换向 器上将出现灼痕，电刷将被烧焦或损坏
串激电机的电磁兼容
由于串激电机是含有整流子和电刷的旋转电机，当电刷将相邻的整 流片短接时，在与整流片相连接的电机转子绕组中有短路电流流过，紧 接着电刷很快地转入断开状态，在此瞬间将产生火花放电骚扰，这个过 程是一个重复转换过程，产生的骚扰具有很宽的频带，幅射能量最强的 频率通常在10~15 千赫范围内，而其高频部分可达300兆赫以上。这个频 谱与无线电通讯、广播和电视等使用频带相近，因此对它们产生干扰。 通常在电机的接线端子上，传导骚扰电压可达几十微伏至几百毫伏；对 于非金属壳体电机，在1m 距离处引起的感应电压可达3000~5000μV。 由此可见，串激电机是家电中的重要骚扰源，它既产生很强的传导 骚扰，又产生一定的感应骚扰和幅射骚扰。 相应的控制技术和措施：①在骚扰源处抑制骚扰源；②减少骚扰源 和敏感电路之间的耦合；③按最小灵敏度要求（不敏感）设计敏感电路， 达到EMC 要求。
降低轴承噪声应采取下列方法
⑴一般应采用密封轴承，防止杂物进入； ⑵轴承生产厂在轴承装配前，对滚珠、内圈、外圈的机加工一定 要达到设计要求，在装配时，应有严格的退磁清选工序，洗去油污与 铁屑。事实证明，清洗后的轴承比清洗前的轴承噪声一般降低3dB。 润滑脂一定要清洁干净，绝不能含有任何铁屑、灰尘和杂质； ⑶轴承外圈与轴承室的配合、内圈与轴的配合，一般不宜太紧。 轴承外圈与轴承室的配合，其径向间隙宜在3～9μm的范围内； ⑷为消除转子的轴向间隙，必须对轴承施加适当的压力。一般选 用波形弹簧垫圈或三点式弹性垫圈，且以放在轴伸端为宜； ⑸对于噪声要求特别的电机，宜选用低噪声轴承。当负载不太大 时，可采用含油滑动轴承，它比同尺寸的滚动轴承的噪声有时可低 10dB左右；
满足EMC要求的具体措施
一、降低串激电机的骚扰 １）改变换相位置（借偏、移动电刷） ２）选用合适的电刷装置：刷握内腔尺寸与电刷尺寸应配合适宜，不可 过松。弹簧压力选择在5~6 N/cm2 较合适。 ３）保证加工工艺要求：转子动平衡；转子径向跳动；换向器表面光洁 度；转轴与轴承的配合及硬度、油成份、含油量；刷握安装直线度 等等，都应满足高标准。 二、拟制传导骚扰：最常用的是利用电感和电容多元件组成的滤波器。 滤波电路如图所示，
借偏实例讲解
单相串激电机噪声源
一、空气噪声：空气噪声主要由于风扇转动，使空气流动、冲击、摩擦 而产生的。噪声大小决定于风扇大小、形状、转速高低和风阻风路 情况等等。 降低空气动力噪声的主要措施： ⑴对散热良好或温升不高的电机尽量取消风扇，消除噪声源； ⑵对外风扇，在设计时尽量不留通风裕量，优先采用轴流式风扇； ⑶外风扇与转轴的联接不用键联接，而采用滚花直纹工艺； ⑷外风扇应厚薄均匀、无扭曲变形、间距均匀，且应校动平衡； ⑸风道中尽量减少障碍物，有专用风道的宜采用流线形风道，风道 的截面变化不要突然； ⑹转子的表面应尽量光滑。
1 Pi PH 2 （当η ≤0.5）
B ——气隙磁密（T），可参考（图1—2）选取
4 5 Pi PH 9 （当η ＞0.5）
E、B级绝缘的平均效率曲线
效率η
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 800
单相串激电机设计
近年来，电磁设计中的发展情况，归纳总结如下： １）由于转子动平衡精度的提高，提高电机转速，缩小电机体积，提高 电机功率。现用于电动工具上的电机，有的转速已高达30000r/min。 但转速的提高必须在机械结构允许，电机动平衡有足够保证的情况 下，且一般只限于直径小的电机，直径大，而转速过高会导致电枢 绕组承受不住离心力的作用，在槽内抖动，甚至被甩出槽。 ２）采用深槽定子，增大转子直径，缩短定子线圈匝长，提高电机功率。 适用于对电枢温升较高、定子温升较低电机的优化设计。 ３）增加激磁安匝，提高磁通密度。硅钢片性能提高，适当提高磁通密 度，可缩小磁路尺寸，槽满率，温升，都有很大的调整空间。且有 利于换向，降低空载转速。这里适当主要看硅钢片的磁化曲线，过 高会导致电机温升高，效率低，等负面影响。
串激电机等值电路
定子线圈与转子线圈在电路上是串联 换向器的换流作用，不论工作在交流电的正半波、负半波或是恒 定直流电，其电磁转矩方向是一致的。 这正是串激电动机可以交流、直流两用的原因 If = 2*Ia
电压相量图
串激电动机的机械特性
单相串激电动机的换向
1. 换向过程？
（假设电刷宽度等于换向片宽度）
改善电磁噪声的方法
针对产生电磁噪声的成因，我们可采用下列方法降低电磁噪 声。 ⑴尽量采用正弦绕组，减少谐波成份； ⑵选择适当的气隙磁密，不应太高，但过低又会影响材 料的利用率； ⑶选择合适的槽配合，避免出现低次力波； ⑷采用转子斜槽，斜一个定子槽距； ⑸定、转子磁路对称均匀，迭压紧密； ⑹定、转子加工与装配，应注意它们的圆度与同轴度； ⑺注意避开它们的共振频率。
换向火花等级
火花等级 1 电刷下火花程度 无火花 电刷边缘仅小部分（约1/5 至1/4刷边长）有断续的几 点点状火花 电刷边缘大部分（大于1/2 的刷边长）有连续的较稀 的颗粒状火花 换向器上有黑痕，但不发展有汽油擦 其表面即能除去，同时在电刷上有轻 微的灼痕 换向器及电刷的状态 换向器上没有黑痕、电刷上没有灼痕