直流电机的换向

旋转着的电枢某元件从一个支路转换到另外一个支路时，元件中的电流变化的过渡过程称为换向过程。

一、换向过程分析

电刷是支路的分界线；我们研究电刷与1、2片换向片分别和同时接触时的情况。

换向刚开始时，元件仍属于右边支路，其电流为+ia（右→左）；

处于换向过程中时，元件被电刷短路，电流大小和方向处于变化的过程中；

换向结束时，元件进入左边支路，其电流已经由+ia变为-ia（左→右）。

一个元件的电流换向过程所需的时间就称为换向周期Th，即一个换向片通过电刷所用的时间。换向元件的电流从+ia变到-ia所用的时间即为一个换向周期。Th=0.5～2ms

换向问题十分复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度时可能损坏换向器表面，从而使电机不能正常工作。

产生火花的原因除电磁原因外，还有电化学、工艺、电热等因素，至今尚无很成熟的理论。

二、换向元件中的电势

1．电抗电势 ex

一般, 换向周期非常短暂,电流的变化会在绕组元件中产生自感和互感电势,两者的合成电势称为电抗电势,用ex表示。

根据楞次定理，电抗电势的性质总是阻碍线圈中电流的变化,亦即ex的方向企图与换向前的电流方向相同。或者说电抗电势是阻碍换向的。

电抗电势大小反比于换向周期。

2．电枢反应电势 ea

换向元件切割电枢反应磁场，从而产生了电枢反应电势。其方向与ex相同，即其性质也是阻碍换向的。其大小为:Ea=2Wy Ba l va3．换向极电势 eK 换向极电势是由于换向元件切割换向磁极感应的电势，换向磁极是为改善换向而设置的。其方向企图与换向后的电流方向相同，或者说换向极电势是帮助换向的。

三、影响换向的因素

电磁因素：电抗电势和切割电势阻碍换向.机械、化学、材料等原因

机械方面的原因如：换向器偏心、片间绝缘凸出、某个换向片凸出、电刷与换向器表面接触不好等等；化学方面：高空缺氧、缺水、某些化工厂的电机，都可能破坏换向器表面的氧化亚铜薄膜而产生火花。

四、改善换向的方法

1.装换向极：在换向元件处产生一个磁势以抵消该处的电枢反应磁势。再产生一个磁密，换向元件切割该磁密时产生一个能抵消电抗电势的电势。换向极绕组应与电枢绕组串联。

换向磁极的极性判断原则： 对直流发电机是：顺转向看与主极极性相同；对直流电动机是：逆转向看与主极极性相同。

2.装补偿绕组：装置在磁极表面的槽内，产生抵消电枢反应的磁势，与电枢绕组串联。

3.移动电刷位置：对于未装换向极的小型串励直流电机，把电刷从几何中性线（与处于几何中性线处的导体接触）移动一个适当的小角度，使得换向元件产生的感应电势与换向后的电流方向相同。但是电刷移动后，会产生直轴去磁电枢反应，导致电压有些降低、转速稍有升高，可能引起运行不稳定，故此方法旨在小容量电机中采用。

判断电刷移动的方向： 对直流发电机是顺转向移动一个小角度；

对直流电动机是逆转向移动一个小角度。