直流电机的换向

带换向器的电枢绕组在运行中的一种特有现象。图1所示为最简单的直流电机模型，其换向原理如下：假定电枢只有一个线圈abcd，换向器只有两个换向片，它们分别与线圈首、尾相连接，A与B为静止的两个电刷。当线圈在磁极N、S中逆时针转动时，处于N极下的导体ab产生的电动势，方向为从b至a,处于S极下的导体cd产生的电动势方向为从 d至c。但当线圈转动180°后，导体ab与导体cd位置对调,导体中的电动势也与原来的方向相反。所以在线圈连续旋转时，导体及整个线圈的电动势是在正最大值与负最大值之间不断交变，故为交流电动势。但由图不难看到,电刷A只与处在N极下的导体引出端相连，永为正极性；电刷B只与处在S极下的导体引出端相连,永为负极性。故电刷所引导出来的电动势及电流的方向始终不变，也就是说，对于外电路而言，引出的是直流电。这就是直流电机换向的基本原理。通常,电枢绕组由很多线圈串、并联而成,其中各线圈电流换向情况还要复杂些。图2为一个元件（一个单元线圈）在被电刷短路时发生的换向过程。

直流电机的换向当电枢元件随着电枢的旋转，依次从一条支路转移到另一支路时，各元件中的电流也就从一种流动方向改变为另一种流动方向。这种利用机械方法（换向器和电刷）使元件中电流变换方向的现象称为换向。换向过程总是与元件被电刷短路的过程相伴随的。图2中,当元件a开始被电刷短路时（图2a），元件电流便进入了换向过程。当元件a脱离短路时(图2c),换向过程也就结束。整个过程所耗时间称为换向周期()。换向周期的长短与电刷的宽度及电枢的转速有关。电刷越宽，转速越慢，换向周期越长。

换向过程中，由于电流变化，换向元件中会产生自感电动势，俗称电抗电动势。当同槽中有多个元件同时换向时，电抗电动势还包括它们之间的互感电动势在内。这种电动势起阻止换向的作用。电抗电动势越大，换向越困难，甚至在电刷边上会产生火花。严重的火花有时发展成换向器环火而损坏换向器。

改善换向的主要方法是在两个主磁极之间装置换向极，用以在换向元件中产生切割电动势来抵消电抗电动势。因为电抗电动势是随着电流增大而增大的，故换向极绕组需与电枢串联，使换向极磁场及其相应的切割电动势也能随电枢电流同步增大。换向极应接成与电枢电流产生的磁场极性相反。2100433B

改善换向的目的在于消除或削弱电刷下的火花。由于电磁原因是产生火花的主要因素，所以下面主要分析如何消除或削弱由此引起的电磁性火花。

换向极选用合适的电刷

电机用电刷的型号规格很多，其中炭一石墨电刷的接触电阻最大，石墨电刷和电化石墨电刷次之，铜一石墨电刷的接触电阻最小。直流电机如果选用接触电阻大的电刷，有利于换向，但接触压降较大，电能损耗大，发热厉害，同时由于这种电刷允许的电流密度较小，电刷接触面积和换向器尺寸以及电刷的摩擦都将增大。设计制造电机时综合考虑两方面的因素，选择恰当的电刷牌号。

在使用维修中，欲更换电刷时，必须选用与原来同一牌号的电刷，如果实在配不到相同牌号的电刷，那就尽量选择特性与原来相接近的电刷，并全部更换。

换向极装设换向极

改善直流电机换向最有效的办法是装设换向极，换向极装设在相邻两主磁极之间的几何中心线上。加装换向极的目的，主要是让它在换向元件处产生一个磁通势，首先把电枢反应磁通势抵消掉，使得切割电动势为0；其次还得产生一个气隙磁通密度，换向元件切割此磁场产生感应电动势去抵消电抗电动势。换向极绕组应与电枢绕组相串联，使换向极磁场也随电枢磁场的强弱而变化，换向极极性的确定原则是使换向极磁场方向与电枢磁场方向相反。当换向极安装正确时可使合成电动势大为减小，甚至使∑e=0，换向为直线换向。1 kW以上的直流电机，几乎都安装换向极。

换向极安装补偿绕组

由于电枢反应的影响把主磁极下气隙磁通密度曲线扭歪了，这样就增大了某几个换向片之问的电压。在负载变化剧烈的大型直流电机内，有可能出现环火现象，即正负电刷问出现电弧。电机出现环火，可以在很短的时间内损坏电机。防止环火出现的方法是在主磁极上安装补偿绕组，从而抵消电枢反应的影响。

补偿绕组与电枢绕组串联，它产生的磁通势恰恰能抵消电枢反应磁通势。这样，当电机带负载后，电枢反应磁通势被抵消，不会再把气隙磁通密度曲线扭歪了，从而可以避免出现环火现象。补偿绕组装在主磁极极靴里，有了补偿绕组，换向极的负担减轻了，有利于改善换向。 2100433B

换向装置是保证柴油机主机准确无误地进行正倒车的一个机构，这个机构必须按时进行检修，检修必须严格按其说明书的工艺流程进行。

(1)认真阅读柴油机说明书的换向部分内容，弄清动作原理和结构特点；

(2)了解该装置的运转情况，特别是故障及修理情况；

(3)注意各接头、盖板必须气密和油密；

(4)装妥后，必须进行试验，确保换向动作迅速、准确、可靠。 2100433B