1、*第一節 換向過程的概念*第二節 產生火花的原因*第三節 改善換向的方法 從前面分析直流電機工作原理可知，直流電機電樞繞組里的電勢和電流是交變的。電機運行時，元件會隨電樞的運轉從一條之路經過電刷換到另一條之路，該元件中的電流就要改變一次方向，這種電流方向的改變稱為換向。相應的繞組元件稱為換向元件。 圖是一單疊繞組1號元件的換向過程，設圖中電刷寬度與換向片寬度相等，電樞以v的速度從右向左旋轉。 換向之前，如圖（a）所示，電刷與換向片1接觸，1號元件中的電流ia從下層邊流向上層邊，設為+ia，元件處于右支路。 換向之中，如圖（b）所示，電刷與換向片1、2同時接觸，1號元件被短接，元件中的電流正從+

2、ia向-ia變化。 換向之后，如圖（c）所示，電刷與換向片2接觸，1號元件中的電流ia從上層邊流向下層邊，電流為-ia，元件處于左支路。 電樞上的每個元件在經過電刷時都要換向，元件的換向時間稱為換向周期，記作Tk。由于在極短的時間內，使感性繞組元件的電流改變方向，換向問題是一切帶有換向器電機的一個專門問題，它對電機的正常運行有重大影響，換向不良，將在電刷下發生有害火花，當火花超過一定程度，就會燒壞電刷和換向器，使電機不能繼續運行。 然而換向過程十分復雜，有電磁、機械和電化學等方面因素相互交織在一起，我們僅就換向的電磁現象及改善換向的方法作簡單介紹。 實際在換向過程中，換向元件中會出現下列兩種電

3、勢，這些電勢會影響電流的變化。1.電抗電勢Er 換向元件本身是一個線圈，所以當元件中電流從+Ia 變到-Ia時，線圈中必有自感作用，同時換向元件之間又存在互感作用，因此換向元件在電流變化時必須出現有自感和互感作用所引起的感應電勢，這個電勢成為電抗電勢Er 。 MLreee 根據楞次定律，電抗電勢的作用總是阻礙電流變化的，因電流在減小，所以其方向必與+ Ia相同，即與換向前電流方向一致，因此電抗電勢總是阻礙換向。2.運動電勢Ea 我們知道換向元件的有效邊處于兩極之間的幾何中性線位置，即固電刷放在磁極軸線下的換向片上，那里由主極產生的磁密幾乎為零。但由電樞反應磁勢產生的磁密不為零。換向元件切割此磁

4、密產生運動電勢： lVBeaa 根據右手定則判定換向元件中旋轉電勢的方向與換向前元件中電流方向一致。因而Ea 總是阻礙換向元件中電流的變化。二.換向元件中電流變化規律 因上述兩種元件中電勢Er 和Ea均阻礙電流換向，元件電勢Ia和v成正比，所以大電流、高轉速的電機會給換向帶來更大困難。 為了改善換向，在電機幾何中性線處裝有換向極，換向繞組與電樞繞組串聯，換向極磁場的方向與電樞磁場方向相反，其強度比電樞磁場稍強，所以此時總的運動電勢EC與Ea反向，即與Er反向。 下面分三種情況對換向電流進行分析。 1.直線換向 如果當換向元件中各種電動勢為零，即 0cree 被電刷短接的閉合回路就不會出現環流，

5、元件中的電流大小由電刷與相鄰兩換向片的接觸面積決定，電流隨時間均勻變化，我們把這種換向稱為直線換向。 如圖曲線1所示，直線換向是理想換向，電機不會出現火花。 cree cree cLiii換向元件中合成電勢 傾向于保持換向前電流方向，所產生的附加電流為Ic ，使換向元件中電流由直線電流和附加電流組成，即使換向元件中電流改變方向的時刻向后推移，所以稱延遲換向。 rcee cree 3.超越換向則換向極磁勢過強，換向元件中合成電勢所產生的附加電流Ic傾向于與換向后電流方向相同。在Ic的影響下，使換向元件中電流改變方向的時刻比直線換向時提前，稱為超越換向。 如 直流電機換向過程產生火花的原因是復雜的

6、，不僅是由于電磁原因，在很多情況下，由于機械和化學等原因也可以引起火花。 如前所述，發生火花是直流電機換向不良的直接表現，當火花超過一定限度時，會妨礙電機的正常工作。但一般也不比要絕對地沒有火花，因為如果在電刷下只有微弱的火花時，電機的正常工作不會受到什么影響。 一.電磁原因 依據電磁換向理論，直線換向是理想換向，電機不會出現火花。延遲換向時，若電抗電勢Er不甚大，換向也不會產生電火花。 若Er甚大，嚴重延遲換向，致使換向時，由于附加電流Ic的存在，當被電刷短路元件瞬時斷開時，Ic不為零，這部分能量221criL 以弧光放電的形式釋放出來，所以在電刷和換向片之間出現火花。在嚴重的超越換向時，前

7、刷邊與換向片剛接觸，電流密度大，電刷與片間電壓增大，而使前刷邊產生火花。上述兩種原因引起的火花，又稱電磁火花。二.機械原因 如果換向器不同心、換向器表面粗糙、電刷壓力不當、云母突出或者動平衡不好等原因，會造成電刷與換向器接觸不良或發生振動，從而導致產生火花。 弱換向元件受到不利的主極邊緣磁場作用，如刷桿在座圈上不對稱、主極之間距離不等原因也可能導致火花。為此，使用時對電刷與換向器的維護和保養是十分必要的。 三.化學原因 研究表明，電刷與換向器表面有水汽，電流流過時發生電解作用，在換向器表面產生一層氧化亞銅薄膜，氧化亞銅薄膜具有較高電阻，它能抑制附加換向電流，有利于換向。 如果電刷壓力過大，環境

8、中缺少必要的水分和氧氣，影響氧化亞銅薄膜的生成從而容易產生火花。此外，電刷的材料、幾何尺寸及電機的運行狀態等都是引起火花的原因.cree 目前改善直流電機換向最有效的方法是裝設換向極，換向極繞組與電樞繞組串聯，裝在幾何中性線上，當電機負載運行時，電樞電流流過換向極產生磁勢，其方向與電樞反應磁勢方向相反，其大小除抵消Fa 外，還要建立一個換向極磁場BC，使換向元件切割BC 產生EC，并與Er相抵消。這樣既可消除Ic，使換向良好。 由于換向極與電樞串聯，Er正比于Ia，而BC正比于Ia，以使兩者在不同負載電流時均能抵消。 由于電樞反應使氣隙磁場發生畸變，這不僅給換向帶來困難，而且極尖下增磁區域內可使磁密達到很大數值，當元件切割該處磁密時會感應出較大電勢，以至于使該處換向片間電位差較大，可能在換向片間產生電位差火花，在換向不利的條件下，電刷間的火花與換向片間的火花連成一片，出現“環火”現象，可在很短時間內燒壞電機。 防止上述情況的措施是減少電樞反