化,因此线负荷A 的取值范围一般限制在100-145A/cm,J的取值范围在10-18 A/mm2,而AJ的乘积≤1400-1800之间,在此范围之内,电机的温升不会太高,此值在电机设计时需加以考虑,线径越细的漆包线线负荷A与电枢绕组的电流密度J=I/2S的乘积越大,转子绕组的温升将会升高.事实也证明线径越细的漆包线温升越高.(转子外圆单位面积上散出的热量Q=AJρ,其中ρ为漆包线的电阻率),或者通过AJ=Ka×L×D22×n×10 计算AJ的乘积. 其中Ka为系数,由以下图中查取,L为铁芯长度(cm), D2为转子铁芯外径(cm) , n为电机的额定转速(rpm) 2.限制I2r1的数值可控制定子绕组的温升,I是电机的电流, r1为定子电阻,如果定子漆包线的匝数过多或选用漆包线的线径较细,将会增加定子绕组的电阻,从而导致定子绕组温升的增加. I2r1=KS×L×D22×n×10 (W)
其中KS为系数,由以下图中查取,L为铁芯长度(cm), D2为转子铁芯外径(cm) , n为电机的额定转速(rpm)
3.一般来讲,定子温升比转子温升要低些,但不能相差太大,两者温升相差太大了,说明电机的有效材料没有得到充分运用,需要对定子温升进行调整,也就是对定子线径和匝数进行调整.有时需要对转子参数和定子参数进行配合调整以获得满足要求的转子温升和定子温升.因此,电机温升的调整比较麻烦,有的需要进行多次调整才能满足要求.
七.单相串激电机火花等级的划分
火花等级 1级 11/1级 11/2级 碳刷下火花程度 无火花 判断标准 换向器上没有黑痕,碳刷上没有灼痕. 碳刷边缘仅小部分(约1/5至1/4刷换向器上没有黑痕,碳刷上没有灼痕. 边长)有断续的几点点状火花 换向器上有黑痕,但不发展,用汽油擦其表面即能除去,同时在碳刷上有轻微灼痕. 换向器上有黑痕,但不发展,用汽油擦其表面不能除去,同时在碳刷上有轻微灼痕.如短时出现此种火花,不会对换向器和碳刷造成损坏. 碳刷边缘大部分(大于1/2刷边长)有连续的较稀的颗粒状火花 2级 碳刷边缘大部分或全部有连续的较(电动工具要求火密的颗粒状火花,开始有断续的舌花等级在2级以下) 状火花 3级 碳刷整个边缘有强烈的舌状火花,换向器上黑痕严重,用汽油擦其表面不能除去,同时在碳刷并伴有爆裂声音 上有严重灼痕,引起环火,碳刷将被烧焦或损坏. 八.单相串激电机的能量损耗及效率较低的原因 1.单相串激电机的能量损耗包括电气损耗和机械损耗. A.电气损耗包括:
a.定子绕组的铜耗,约占输入功率的10-14%; b.转子绕组的铜耗,约占输入功率的8-12%; c.定转子铁芯的总铁耗,约占输入功率的12-17%; d.换向损耗和电刷压降损耗,约占输入功率的1-3%;
铜耗是由于电机电流流过绕组铜线而造成的,它使绕组发热,定转子铁耗是由于定转子铁芯被磁化而造成的,它由磁滞损耗和涡流损耗两部分组成,电气损耗还包括换向损耗和电刷压降损耗.
B. 机械损耗包括风摩损耗、轴承损耗、碳刷摩擦损耗.转子的旋转磁化损耗和谐波损耗等,约占输入功率的6-10%；以上各种损耗之和,即总损耗约为输入功率的37%-56%左右。
2. 单相串激电机的能量平衡可用功率方程式表示如下: P1=P2+∑P
P1: 输入功率,P2: 输出功率, ∑P: 总损耗 3.单相串激电机的效率公式为:
?=P2/P1=(P1- ∑P)/P1=(UIcos￠- ∑P)/P1 4.单相串激电机的效率低的原因
从上面的各种损耗的大概计算可知,总损耗包括电气损耗和机械损耗,总损耗约占输入功率的37%-56%左右,而这些损耗最终都转变成热能散发出去,造成电机温升的升高,所以一般单相串激电机的效率都是在35%- 60%左右,经过大量的计算和实践证明,输入功率越小转速越低的电机效率越低,输入功率越大转速越高的电机效率越高, 只有少部分大功率高转速的电机可以达到60%以上,如电圆锯、高速角磨、斜断锯、台锯、切割机的电机等.
5.单相串激电机的能量流程图
输入功率P1 输出功率P2 约占输入功率的 35%-60%
电气损耗:约占 输入功率的 31%- 46% 机械损耗:约占 输入功率的 6%- 10% 九.单相串激电机最大残余不平衡量的计算方法及解决振动的措施
1. 最大残余不平衡量:指转子在空载转速时转子上剩余的不平衡量不至于导致转子的振动,此时转子上剩余的不平衡量称为转子的最大残余不平衡量. 2. 最大残余重心偏移距离:指转子上的最大残余不平衡量偏移转子轴中心的距离,其计算公式为:
e=9550×G/ n (单位μm)
其中:G为平衡精度,一般电动工具的平衡精度规定为G6.3级,即 G=6.3mm/s , n 为转子的空载转速,单位:rpm
(注:国际标准ISO1940-1973(E)旋转刚体平衡精度,将平衡精度等级分为G0.4-G4000,共11级,数值越小,要求的平衡精度越高) 3. 最大残余不平衡量的计算公式为: m=M×e /r (单位g)
其中M为转子的质量（Kg）,e为最大残余重心偏移距离 (μm), r为转子的半径(mm).
4. 下面以电圆锯的转子举例来计算最大残余重心偏移距离和最大残余不平衡量 电圆锯转子的质量为0.57Kg,转子外径为41.5mm,转子转速为33000rpm, 要使转
子达到G6.3级的平衡精度,该转子的最大残余重心偏移距离和最大残余不平衡量的计算方法如下: A. 最大残余重心偏移距离:
e=9550×G/ n=9550×6.3/33000=1.823 μm B.最大残余不平衡量:
m=M×e /r=0.57×1.823/20.75=0.050g
按最大不平衡量均匀分布到左右两个校准面上来考虑，则左右两个校准面上
允许的最大残余不平衡量为 0.05/2=0.025g=25mg
假如我们将以上例子中的转速改为10000rpm,则最大残余重心偏移距离和最大残余不平衡量分别为: A. 最大残余重心偏移距离:
e=9550×G/ n=9550×6.3/10000=6.0165 μm B. 最大残余不平衡量:
m=M×e /r=0.57×6.0165/20.75=0.165g.
按最大不平衡量均匀分布到左右两个校准面上来考虑，则左右两个校准面上
允许的最大残余不平衡量为:0.165/2=0.0825g=82.5mg.
这说明: 在转子其他条件相同的情况下,要达到同样的平衡精度G6.3级,则转速高的转子允许的最大残余不平衡量要比转速低的转子允许的最大残余不平衡量要小很多。
通过计算还可知道,在转子质量相同的情况下,转子外径越大的转子允许的最大残余不平衡量越小,在转子外径相同的情况下,重量越大的转子允许的最大残余不平衡量越大。
在电机设计及制造工艺上减少转子初始不平衡量的措施： 1.转子冲片齿槽均匀分布的角度误差要小(高速冲模具保证)；
2.要注意转子冲片内孔分布的键槽孔和平衡槽.扣片槽的对称分布及重量的相
互补偿(高速冲模具保证)；
3.要控制转子冲片与轴配合后的同心度,确保铁芯外圆跳动在0.08MM以下； 4. 换向器的平衡性及同心度要好,换向器车削后同心度要求在0.015MM以下； 5. 转子绕线时要控制好两个飞叉的绕线张力,尽量保证绕完线后两个线包高
度的一致性和均匀性；
6. 转子滴漆既要保证漆能渗透到绕组深部,还应注意滴漆的均匀性； 7. 需要包封的转子,要尽量使包封胶厚薄均匀的分布于转子颈部,要对包封胶
的粘度配方及包封胶量的大小进行控制；
8. 要确保风叶压入后风叶的平面跳动在0.3MM以下；
一般来讲,只要在电机设计及制造工艺上注意以上八点,转子的初始不平衡量将会得到极大的改善,将为转子的动平衡工序创造有利的条件. 同时也将极大的改善电机的振动和噪声. 关于转子热振动的原因探讨
1. 目前转子滴漆后的磨轴承档工序生产流程存在问题，转子滴漆后再磨轴承档工序对转子质量存在以下隐患：磨轴承档时由于需要磨削液冷却，磨轴承档的磨削液会浸到转子漆包线内，而接下来的工序是铣换向器槽、压风叶和动平衡，由于这几个工序在转子磨轴承档后很快就进行，而浸到漆包线内的磨削液在这段时间内不可能彻底干燥挥发，因此转子在做动平衡时其实转子内含有大量的磨削液，用这个时候的转子做动平衡时转子的总重量是不准确的，也就是说这个时候做完动平衡工序的转子线圈内还余留较多的磨削液，由于转子在生产入库后很快就移交到整机厂家生产，而整机厂家在装完整机进行老化工序时，随着转子温度的上升，转子线圈内的磨削液会随着温度的升高而逐渐挥发掉，由于磨削液的挥发，转子的不平衡余量将发生较大的变化，这时整机通过老化后转子已经是不平衡了，又由于电动工具用的电机转子转速一般都较高，只要转子的不平衡余量稍微有点变化都将造成整机的振动加剧，因此会出现在整机冷
机老化前没有振动的现象，而在整机老化后会出现热振动的现象，这是造成整机老化后热振动最根本的原因之一，当然不排除其他原因造成整机的热振动。目前转子做动平衡前需要用电炉将转子加热到约100℃后再做动平衡，其实这也是为了将转子线圈内的磨削液经过加热挥发掉，恢复转子自身本来的重量，这样做出的动平衡转子不会出现整机老化后热振动的现象的道理是一样的。 2. 目前的转子绝缘漆为1146环氧漆，此种绝缘漆固化后随着转子温度的升高会出现慢慢软化的趋势，从而会造成转子的不平衡余量随着温度的升高而逐渐发生变化，导致转子的热态振动；现在0840的树脂漆来代替环氧漆，树脂漆在固化后非常坚硬，不会随着温度的升高而软化，从而不会造成转子随着温度的升高导致不平衡余量发生变化的情况。但树脂漆的工艺要求较高，如滴漆温度、凝胶温度和固化温度和时间及滴漆量的多少等都必须要严格控制。