直流电机换向理论详解
直流电机的换向原理
直流电机的换向原理
直流电机的换向原理是通过改变电流的流动方向来改变电机的转动方向。
直流电机通常由一个电枢和一个永磁体组成。
当给电机加上一个正向电流时，电流从电源进入电枢，并产生一个磁场。
这个磁场与永磁体的磁场相互作用，通过电枢产生的力矩将电机转动起来。
在一定的角度后，为了继续保持电机的转动，电枢中的电流需要改变方向。
为了实现这一点，换向器被用来改变电流的方向。
换向器通常由一个组织电流进入电机的一个刷子和一个从电机中带走电流的另一个刷子组成。
这两个刷子一般固定在电机的定子上。
当电流流经电机时，它经过电枢中的一个刷子。
在这个刷子和电枢之间有一个特殊的结构，通常是一个可旋转的环状物，称为换向环。
换向环被连接到电枢的外部电路上。
当电流通过电枢时，它会经过换向环，并进入另一个刷子。
当电流从一个刷子传输到另一个刷子时，它同时也改变了流动方向。
通过转动换向环的位置，可以改变电流在电枢中的流动方向。
这个新的电流方向所产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，将电机继续推动。
通过不断地交替改变电流的流动方向，换向器使电机能够持续转动。
因此，直流电机的换向原理实际上是通过改变电流方向来改变磁场方向，进而改变电机的转动方向。
直流电动机的换向
为了控制电动机的转速，电流的大小可以进行调节。通过改变输入电压或串入 电阻，可以调整电流的大小，从而控制电动机的转矩和转速。
电动机的磁场变化
磁场方向的改变
在直流电动机的换向过程中，磁 场的方向会发生周期性的变化。 定子磁场和电枢电流相互作用产 生旋转力矩，推动电动机旋转。
磁场强度的调节
提高换向器的制造精度
总结词
提高制造精度
详细描述
提高换向器的制造精度是改善直流电动机换向的另一个关键措施。通过采用高精度的制造工艺和设备 ，可以减小换向器各部件的误差，提高其配合精度。这有助于减少换向过程中的不均匀磨损和机械振 动，进一步改善电动机的性能。
加强电动机的维护保养
总结词：维护保养
详细描述：加强直流电动机的维护保养是保持其良好换向性能的重要措施。定期对电动机进行清洁、润滑和检查，及时更换 磨损的零部件，可以确保电动机的正常运行和延长其使用寿命。此外，合理的维护计划和规范的操作流程也有助于减少换向 故障的发生。
直流电动机的换向
目录
• 直流电动机换向概述 • 直流电动机换向过程 • 直流电动机换向器的作用 • 直流电动机换向不良的影响 • 直流电动机换向的改进措施 • 直流电动机换向的发展趋势
01 直流电动机换向概述
换向的定义
• 换向：在直流电动机中，换向是指通过改变电枢绕组的电流方向或磁场方向的顺序，以实现电动机连续旋转的过程。
电刷通过与铜片的接触，将电流引入或引出转子 绕组。
换向器的内缘通常与转子轴固定在一起，随转子 一起旋转。
换向器的维护与保养
01
定期检查换向器的表面 状况，确保没有磨损或 烧蚀现象。
02
检查电刷的磨损情况， 及时更换磨损严重的电 刷，以保证电流的稳定 传输。
3 直流电机的换向解析
2018/10/10 第19页
• 三种不同的换向过程，分述如下。 • （1）∑e＝0，直线换向。这是最理想的换向情况。 换向电流只有iL分量，随时间线性变化，从＋ia均匀 地变化到－ia。可以证明，此时电刷下的电流密度 也是均匀分布的。
2018/10/10 第20页
• （2）∑e >0，延迟换向。此时，换向电流同时包含iL和ik分量， 且ik≥0，其结果是曲线轨迹处于直线换向上方(图(d))，致使过 零时间滞后于直线换向，“延迟换向”由此而得名。 • 延迟换向时，左刷边(参见前图，电刷与换向片l接触的部分， 通称后刷边)的电流密度会大于右刷边(与换向片2接触部分， 亦称前刷边)的值。当电刷滑离换向片1时，很大的电流突然 突然断路，换向回路中贮存的电磁能量通过空气释放，便导 致火花在后刷边产生。 2018/10/10 第21页
第三章 直流电机的换向
• • • • • • • 引言 §3.1直流电机的换向过程 §3.2 经典换向理论 §3.3 产生火花的原因 §3.4 改善换向的措施 §3.5环火及补偿绕组 小结
2018/10/10 第1页
引言
• 换向是一切装有换向器的电机的一个专门问 题，它对电机的正常运行有重大影响，是直 流电机的关键问题之一。 • 本章首先介绍换向的电磁理论，并简要地介 绍点接触，离子导电、氧化膜等理论作为补 充，进而分析火花发生的原因和改善换向的 方法。最后扼要地介绍环火、补偿绕组。
2018/10/10 第13页
• 综上可知，换向元件中总的电动势应是旋转 电动势和电抗电动势的代数和，即 • ∑e=ek+er • 对于换向良好的电机，在理想情况下，ek和er 大小相当，方向相反，∑e≈0；反之，∑e不为 零，导致换向不良，就有可能在电刷下发生 火花。
cha22 直流电机的换向
一、电磁原因 依据电磁换向理论，直线换向是理想换向， 依据电磁换向理论，直线换向是理想换向，电机 不会出现火花。延迟换向时，若电抗电势Er不甚 不会出现火花。延迟换向时，若电抗电势E 换向也不会产生电火花。 甚大， 大，换向也不会产生电火花。若Er甚大，严重延 迟换向，致使换向时，由于附加电流I 的存在， 迟换向，致使换向时，由于附加电流Ic的存在， 当被电刷短路元件瞬时断开时， 不为零， 当被电刷短路元件瞬时断开时，Ic不为零，这部 分能量 1 L i 2
我们知道由于电枢反应使气隙磁场发生畸变，这不仅给换 我们知道由于电枢反应使气隙磁场发生畸变， 向带来困难， 向带来困难，而且极尖下增磁区域内可使磁密达到很大数 当元件切割该处磁密时会感应出较大电势， 值，当元件切割该处磁密时会感应出较大电势，以至于使 该处换向片间电位差较大， 该处换向片间电位差较大，可能在换向片间产生电位差火 在换向不利的条件下， 花，在换向不利的条件下，电刷间的火花与换向片间的火 花连成一片，出现“环火”现象， 花连成一片，出现“环火”现象，可在很短时间内烧坏电 机。 防止上述情况的措施是减少电枢反应磁势， 防止上述情况的措施是减少电枢反应磁势，方法是装设补 偿绕组。在主极极靴上冲出一些均匀分布的槽， 偿绕组。在主极极靴上冲出一些均匀分布的槽，槽内嵌放 补偿绕组。为了随时补偿电枢反应磁势， 补偿绕组。为了随时补偿电枢反应磁势，补偿绕组应与电 枢绕组串联，它产生的磁势方向与电枢反应磁势方向相反， 枢绕组串联，它产生的磁势方向与电枢反应磁势方向相反， 以保证任何负载下随时能抵消电枢磁势。 以保证任何负载下随时能抵消电枢磁势。 但结构复杂，成本高，仅用于大容量工作繁重的直流电机 但结构复杂，成本高， 中。
第三节 改善换向的方法
改善换向的目的是消除电刷下面的火花，而产生 改善换向的目的是消除电刷下面的火花， 火花的电磁原因是存在I 火花的电磁原因是存在Ic（Ic 由 e + e
直流电机的换向和换向极
直流电机的换向和换向极换向时的电流行为恒定的转矩要求时不变的恒定电枢磁动势(电枢电流)垂直于励磁磁场。
而换向器会把线圈电流以电枢频率对正相位地换极，它还会快速闭合那些在无场极缺口的导体回路到电刷上。
如下图所示，以υK速度运动的电刷从换向片1经过时，支路电流I ZW先沿顺时针方向进入线圈，此时导体电流 i L > 0；紧接着电刷移动到换向片1和2中间，正好同时接通，那么相当于此时换向片1和2上地线圈环被断路了，i L =0；电刷继续移动，完全覆盖换向片2，支路电流流入导体线圈，i L < 0；整个过程中线圈电流由正过零再转负，实现了换向。
而其实各个线圈环都串联着，所以一开始流入换向片1地电流会从另一侧另一个接触电刷流出，而之后从换向片2流入的电流也是从另一个此时恰好接触的电刷流出，在换向时间以外的电枢线圈电流会受外部电路影响，而流经电刷的电流在换向时是不改变方向大小的。
可知电枢线圈中电流在换向前，换向之后为，所以换向时电流变化量为，而换向过程的线圈电流变化只跟电刷电阻和线圈电感有关。
所以有电刷宽度b B，电枢换向器直径D K，电刷数量K换向器圆柱外围的线速度υK，转子转速，即转数nυK=πD K·n换向时间T K在很高的转数下，T K甚至可以小于等1ms。
考虑换向过程中的电阻切换，电刷相对换向器有运动速度υK，和换向器的接触宽度是时变的。
把原来换向片1部分接触宽度记作b1，有电阻R B1，后来接触换向片2的宽度记作b2有电阻R B2，那么此时在电刷上电流I B有两部分此时电阻和宽度有关，有以下关系代入i L得可见在T K内，换向时电流行为符合一次函数。
然而在极短的换向时间内，电流的剧烈突变令线圈的自感现象无法忽视。
电流变化会产生电流换向电压线性电流变化会得出，其中I a和内生转矩大小有关，可见，当负载变大，转数变大的时候，电流换向电压也随之增大。
因为楞次定理，电流换向电压会反抗自己的产生，这意味着换向的过程会被延迟，这会导致在换向终点更陡峭的电流曲线。
直流电动机正反转原理
直流电动机正反转原理
直流电动机正反转原理是通过改变电流的方向和大小来实现的。
直流电动机是由永磁体和电枢组成的，电枢上通过一对刷子与电源相连。
当电源正极的电流进入电枢后，刷子与电枢接触，电流通过电枢产生磁场。
然后，刷子与电源的负极接触，电流改变方向，磁场极性也发生改变。
这样，磁场与永磁体之间会产生作用力，使得电枢开始旋转。
当电枢旋转到一定角度时，刷子与电枢断开，电流中断，电枢将继续以惯性运动。
此时，直流电机进入自动励磁状态，因为电枢的旋转产生的感应电动势会使电流重新流过电枢，重新激励磁场。
然后，刷子再次接触电枢，电流更新，电枢方向发生改变，在感应力的作用下，电枢再次旋转。
为了改变直流电动机的转向，只需改变电流的方向即可。
例如，如果交换电源引线的连接方式，即将正极连接到原先的负极，负极连接到原先的正极，电流的方向就会改变。
这样，电枢的感应力的方向也会改变，使电枢旋转的方向也随之改变。
因此，通过改变电流的方向和大小，可以实现直流电动机的正反转。
6直流电机的换向
2013年7月11日
第15页
iRy i1 Rb1 i1 R1 i2 Rb2 i2 R2 e
• ∑e中的er与换向电流i的变化规律有关，Rbl和Rb2 也取决于诸多因素，因此。要直接由此解出i很 困难。为此，假定 • （1）换向片与电刷呈面接触，电流分布均匀。 • （2）电刷与换向器单位接触面积上的电阻为常 数，即接触电阻与接触面积成反比。 • （3）换向元件中的合成电动势L在换向周期内保 持不变，并取定为周期内的平均值。
第29页
§6.4 改善换向的措施
• 一、装置换向极 • 二、移动电刷位置 • 三、选用合适电刷
2013年7月11日
第30页
• 经典电磁换向理论表明，附加换向电流ik是导致延迟或 超越换向，进而产生火花的根本原因。因此，改善换 向亦必须从减小ik入手，具体途径亦不外乎减小换向回 路合成电动势∑e 和增加换向回路电阻两大类，并且前 者显然是更主要的，也是最根本的。 • 要使∑e减小，办法之一是减小电抗电动势er，具体是 减少元件匝数Ny和降低等效比漏磁导λ。这对于有电枢 铁心并通过电枢绕组实现能量转换的电机来说，实现 难度较大，收效也比较有限。办法之二是在换向区域 内建立一个适当的外磁场，使它能在换向元件内产生 适当大小的旋转电动势ek，借以抵消er，使∑e≈0。这是 一种更积极也更有效的方法，在工程实际中得到了比 较多的应用，其实现方法亦包括设置换向极和移动电 刷两种。
2013年7月11日
第19页
• 三种不同的换向过程，分述如下。 • （1）∑e＝0，直线换向。这是最理想的换向情况。 换向电流只有iL分量，随时间线性变化，从＋ia均匀 地变化到－ia。可以证明，此时电刷下的电流密度 也是均匀分布的。
2013年7月11日 第20页
无刷直流电机换向原理
无刷直流电机换向原理无刷直流电机换向原理：一场微观世界里的奇妙“接力赛”你知道吗？在我们生活的周围，有很多设备里面都藏着一个小小的“动力英雄”，那就是无刷直流电机。
从我们日常使用的电动牙刷，到高端的无人机，无刷直流电机都在默默地发挥着作用。
今天呢，咱们就来扒一扒这个神奇电机的换向原理，其实这就像是一场微观世界里超级有趣的“接力赛”。
首先，咱们得了解一下无刷直流电机的结构。
它有定子和转子这两个主要部分。
定子就像是一个固定的舞台，上面布置了好多绕组线圈，这些线圈可以产生磁场。
而转子呢，就像是在舞台中央跳舞的主角，不过这个主角有点特别，它通常是永磁体，自己就能带着磁场。
那这个换向是怎么回事呢？正常情况下，电流通过定子的绕组线圈会产生磁场，这个磁场和转子的永磁体磁场就会相互作用，就像两块磁铁互相吸引或者排斥一样，从而让转子转动起来。
但是这里有个问题哦，如果一直让电流按照一个方向在定子绕组里跑，转子转一会儿可能就卡住不动了，这可不行。
这就好比你推一个秋千，要是总是从一个方向推，秋千荡着荡着就不按你想的那样动了。
所以呀，这时候就要用到换向这个神奇的操作了。
无刷直流电机里有个聪明的“小管家”，叫做电子换向器。
这个电子换向器就像是接力赛中的接力棒传递员。
它会根据转子的位置，在合适的时候改变电流在定子绕组里的流向。
比如说，当转子转到某个位置的时候，电子换向器就会迅速地把电流从一个定子绕组切换到另一个定子绕组。
这就相当于在接力赛中，前一个运动员跑到指定位置后，就把接力棒完美地递给下一个运动员，然后下一个运动员就可以继续带着整个队伍向前冲啦。
我们可以想象一下这个过程。
定子的绕组就像一个个等待接力的运动员，站在自己的跑道（也就是定子的各个位置）上。
转子呢，就像那个移动的终点标志。
当转子这个标志移动到某个位置的时候，电子换向器就会大喊一声：“该换跑道啦！”然后电流就从这个绕组跑道切换到下一个合适的绕组跑道，这样就可以持续地给转子提供合适的磁场力，让转子欢快地不停地转动下去。
直流电机的换向
3．装配补偿绕组 ． 补偿绕组嵌放在主磁极极靴上专门冲出的 槽内或励磁绕组外面，该绕组与电枢绕组串联， 产生的磁场方向与电枢反应的磁通方向相反， 用以抵消电枢反应的磁通。装配补偿绕组使电 机结构复杂，成本增加。因此，只有在负载变 化很大的大、中型直流电机中使用。 注:直流电机的换向过程是一个复杂而又抽象的问 题，要求学生做一般的了解，关键是掌握改善 换向的方法。
1.5.1 换向过程 从换向开始到换向结束的过程就称为换向过程。电枢绕组中 每个元件都要经过换向过程，所有元件在换向过程中的情况一样， 只需讨论一个元件的换向过程就可以了。图1.19表示1号元件的换 向过程。设电刷的宽度等于个换向片的宽度，电刷不动，元件 和换向器以v的速度自右向左运动。 图1.19 元件1中的电流换向过程
电刷只与换向片1接触，如图1.19（a）所示，此时 元件1处于电刷右边的支路，元件中的电流等于支路电 流+i，电流方向如图，1号元件即将开始换向。 元件移动，电刷同时与换向片l和2接触，如图1.19 （b）所示，此时1号元件被电刷短接，表明该元件正在 换向，其电流从+i逐渐减小到零。 元件继续移动， 电刷只与换向片2接触，如 图l.19（c）所 示，此时元件1属于电刷左边的支路，元件中的电流方 向改变且从零逐渐增大到-i，则1号元件结束换向。 换向过程所需的时间称为换向周期TK，通常只有千 分之几秒。
2．正确选用电刷 ． 增加电刷接触电阻可以减少附加电流。电刷的接 触电阻主要与电刷材料有关，目前常用的电刷有石墨 电刷、电化石墨电刷和金属石墨电刷等。石墨电刷的 接触电阻较大，金属石墨电刷的接触电阻最小。从改 善换向的角度来看似乎应该采用接触电阻大的电刷， 但接触电阻大，则接触压降也增大，使能量损耗和换 向器发热加剧，对换向也不利，所以合理选用电刷是 一个重要的问题。根据长期运行经验，对于换向并不 困难，负载均匀，电压在80V～120V的中小型电机通 常采用石墨电刷，一般正常使用的中小型电机和电压 在220V以上或换向较困难的电机采用电化石墨电刷， 而对于低压大电流的电机则采用金属石墨电刷。
2.4直流电机换向、直流发电机运行特性
火花等级
等级
火花特点 没有火花（有称黑暗换向） 在电刷下有一小部分发生微 弱的点状火花 在一大半电刷下有轻微的火 花
电刷及换向器状况
1
1 1 4
换向器表面不变黑 电刷也不发热
换向器表面有黑点 （可用汽油洗掉）， 电刷要发热
S
nD
nF
换向 S 极
N
换向ห้องสมุดไป่ตู้极
N
补偿 绕组专门嵌在主磁 安装补偿绕组 极极 靴下槽内 ，其绕组 通过 电刷与电枢绕组串
联， 连接的原则是必须
S
nD
nF
保证 其电流方向应与该 极下 的电枢电流相反 ， 它产 生的磁动势是与电 枢磁 动势相反 ，所以能 补偿电枢反应的影响。
N
电刷与换向片接触电阻是影响 换向好坏的重要因素，其电阻的过 大（压降过大，能量损耗和换向器 发热加剧）、过小都不能正常换向. 常用几种国产电刷的性能及适用范 围: 合理选择电刷 石墨 ,适用于 80-120V的直流电机 。
（3）、调节特性
U C2 定义：当 n C1 、 时，
I f f(I)
If
由曲线可见，在负载电流变化 时，若保持端电压不变，必须改变 励磁电流，补偿电枢反应及电枢回 路电阻压降对对输出端电压的影响.
0
I
U Cen I a Ra
让磁通增 大
（4）效率特性
通常在设计电机时，需要将各种损耗作适当的分配，使最大 效率出现在（3/4-1）PN范围内，这样电机在实际使用时， 能够处在较高的效率下运行，比较经济。这种要求同样适用 于其它各种类型电机（包括交流电机和变压器）
直流电机换向理论
（1—5）
因此， 流过换向元件中的总电流 iH 除了理 想换向时的 i1 外，还有附加电流 i f ，即
iH i1 i f
其中： i f
ex ea ix ia1 。 ry rj
（1—6）
ea Ba lV
（1—2）
式中： Ba ——电枢绕组由于流过电枢电流而 产生的电枢磁通密度； l ——元件有效边长度； V ——元件旋转线速度。 由于在换向区域 Ba 基本不变，所以当电 机匀速旋转时， ea 为一定值。 由 ea 产生的电流 ia1 称为电枢反应电流， ia1 的方向与换向前流过换向元件的电流 （支路电 流）方向相同。
（三） 、采用石墨电刷或电化石墨电刷 采用石墨电刷或电化石墨电刷， 主要是因 为这些电刷的接触电阻 rj 较大。 （四） 、采用分裂式电刷 采用分裂式电刷， 是为了增大电刷与换向 器表面之间的接触电阻 rj 。 为了进一步减小电磁火花， 突破制约直流 电机发展的瓶颈，有待研究开发其它的方法。 参考文献 [1] 赵敬超，张金才．内燃机车电传动[M]．北 京：中国铁道出版社，1995．20—27 [2] 徐德淦．电机学[M]．北京：机械工业出版 社，2004．45—47． [3] 王广惠，王铁光，李树元．电机与拖动 [M]．北京：中国电力出版社，2004．30—35 [4] 徐安．城市轨道交通电力牵引[M]．北京： 中国铁道出版社，2002．19—33 [5] 张龙．电力机车电机 [M]．北京：中国铁 道出版社，2002．13—18，51—72
TH /2， 即电流实际换向的时刻比理想换向的时
刻推迟了， 故称延迟换向。 当 f 点的 i f ≥ ia 时，
c 点的 iH ≥0， iH 发生方向改变的时刻将发生
直流电动机换向器的工作原理_理论说明以及概述
直流电动机换向器的工作原理理论说明以及概述1. 引言1.1 概述在现代工业中，电动机被广泛应用于各种设备和机械系统中。
而直流电动机作为一种常见的电动机类型，其换向器起着至关重要的作用。
直流电动机换向器是一种控制装置，用于改变电动机绕组的通电方向，从而实现电流方向的改变。
通过换向器的作用，直流电动机可以顺利地进行正常运转，并实现可靠的反向转向操作。
1.2 文章结构本文将主要围绕直流电动机换向器展开阐述，分为五个部分进行讨论。
首先，在引言部分介绍本文的概述、结构和目的。
其次，在第二部分中详细解释了直流电动机换向器的工作原理，包括换向器的定义、组成部分以及它们在整个系统中所扮演的角色和功能。
接下来，在第三部分中对直流电动机换向过程中涉及到的理论知识进行说明，包括涉及到换向基础原理、换向过程中发生的变化以及该过程对电动机性能所产生的影响。
然后，在第四部分将对直流电动机换向器在实际应用中的应用进行实例分析，对不同类型换向器进行比较与评价，并对成本效益进行分析和优化策略的推荐。
最后，在结论部分总结主要观点，并展望直流电动机换向器的未来发展趋势和研究方向。
1.3 目的本文的目的是为读者提供一个全面、清晰地了解直流电动机换向器工作原理和理论知识的指南。
通过对换向器的概述、组成部分和功能的介绍，能够帮助读者深入理解其在直流电动机运行中扮演的重要角色。
此外，文章还将通过实际案例分析和比较评价不同类型换向器，为读者提供实际应用中的参考和决策依据。
最后，通过结论部分的总结和展望，读者可以得出文章所阐述内容的主要观点，并进一步了解未来直流电动机换向器发展的趋势以及研究方向。
2. 直流电动机换向器的工作原理：2.1 什么是直流电动机换向器：直流电动机换向器（也称为直流电机的可逆控制器）是一种用于改变直流电动机旋转方向的装置。
它在实际应用中起到了至关重要的作用，使得直流电动机可以灵活地实现正转、反转和停止操作。
2.2 换向器的组成部分：换向器通常由以下几个基本组成部分构成：- 线圈或绕组：它们铺设在定子上，包括至少两个互补排列的线圈，其中一个产生磁场以推动转子旋转。
5-直流电机的运行原理与换向--注册电气工程师供配电专业
－
－
3. 转矩
=
U－E
Ra+ Rf
=
T CTΦ
T = CTΦ Ia (1)当 Ia 较小、磁路未饱和时，Φ∝Ia →T ∝Ia2
(2)当 Ia 较大、磁路已饱和时，Φ≈常数 →T ∝Ia
即 T∝Iam (1＜m＜2)
◆ 与并励电动机比较，有如下特点：
① 对应于相同的△T ，△Ia 小； ② 对应于允许的 Iamax ，能够产生的 T 大，
Tst 和 Tmax 较大。
T
◆ 转矩特性：
U = UN 时， T = f (Ia )
O
Ia
4. 转速 n= E
= U－(Ra + Rf ) Ia
CEΦ
CEΦ
=
U －Ra + Rf
CEΦ CECTΦ2
T
(1) 当T = 0 时，Ia = If = 0，Φ =Φr ，
n 很大，n = (5 ~ 6) nN (2) 当T 很小时，Ia 很小，磁路未饱和，
T↑→ Ia↑ →Φ↑ → n 迅速下降； (3) 当T 很大时，Ia 很大，磁路已饱和，
T↑→ Ia↑ →Φ 基本不变 → n下降较少；
n
n
O
T
O
Ia
◆ 转速特性： n = f (Ia )| UN= U
n=
U－
CEΦ
Ra + Rf CEΦ
Ia
=
U－
CE' Ia
Ra + Rf CE'
5. 应用
(1) 特别适用于起重机和电气机车等运输机械;
T = CTΦN Ia
O
Ia
= CT' Ia
直流电机检修与维护—直流电机的换向
改善换向的方法
一、设置换向极 换向极的作用：在元件的换向区域建立一个换向极
磁势，抵消电枢反应磁势，并使合成电势为零，从而改 善电机的换向。
换向极应满足的要求： 1、极性正确 换向极的极性要保证其磁场与交轴电枢反应磁场方 向相反。因此，对于电动机，换向极极性应与沿旋转方 向前面的主极极性相反。
时推迟，此种情况又称为欠补偿换向。
延迟换向，后刷边可能出现火花，对换向不利。
换向的物理过程及火花产生的原因
（3）超越换向 若换向磁场较强，出现合成电势不为零，且
则换向元件中产生附加电流ik，ik帮助换向电流i的变化。 电流改变方向的时刻比直线换向时提前，此种情况又称 为过补偿换向。
超越换向，前刷边可能出现火花， 对换向不利。
换向的物理过程及火花产生的原因
（2）电枢反应电势ea 当电枢旋转时，处于几何中性线上的换向元件，将切
割交轴电枢磁场而产生电枢反应电势ea。
换向的物理过程及火花产生的原因
在发电机中，几何中性线的磁场与元件换向前的磁场相 同，旋转电势ea与电流+ia同向，电动机中，几何中性 线的磁场与元件换向前的磁场相反，因而旋转电势ea与 +ia相反（电动机支路电流与支路电动势相反） 因此，不管是发电机还是电动机，电枢反应电势 的方向与换向前的电流方向相同，其作用也是阻碍电流 换向的。
改善换向的方法
四、设置补偿绕组 换向极的磁势作用区很窄，只能用以抵消几何中性线
附近的电枢磁势，并不能抵消气隙中的全部电枢磁势，消 除磁场畸变。为了获得理想的换向，大型直流电机常在主 磁极极靴上嵌放补偿绕组。象换向极一样，补偿绕组也必 须与电枢绕组串联，并使其磁势方向与电枢磁势方向相反。
改善换向的方法
8电机学-直流电机的换向
的方向必与换向前的元件电流ia的方向一致。
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
(2)旋转电势 •换向元件所处的几何中线处，主 磁场几乎为零； •电枢反应磁势所产生的磁通Φa正 好穿过换向元件。 •电枢旋转时， 换向元件切割Φa 所生电势 a称为旋转电势。 N n er
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
基本概念： 基本概念：
• • • •
进行换向的元件，称为换向元件； 换向元件中的电流，称为换向电流； 换向元件中电流的变化过程，称为换向过程； 从换向开始到换向结束所需时间，称为换向周期；
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
电抗电势的特点
•
ia er ∝ ∝ I a ⋅ n 电机负载越重或转速越高， 电 Tk
抗电势越大。
•
电抗电势的方向阻止换向电流的变化， 因此er
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Nk
N
Φ aea
er
Sk
S 建立Bk，产生ek，使
∑e = e
r
− ek = 0
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
第八节 直流电机的换向
当电枢旋转时，组成 电枢绕组每条支路的元 件在依次循环地轮换， 在元件由一条支路转入 另一条支路的过程中， 元件中的电流就要改变 一次方向。这种元件内 电流方向改变的过程， 就是所谓换向。
一、换向的电磁现象
e
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 换向过程中换向元件会出现下列两种电动势 1、电抗电动势
e x el e M dia 2ia l x Lx dt Tk
2、电枢反应电动势
ea 2 N y Ba lv
二、改善换向的方法
改善换向的方法， 都从减小甚至消除附 加电流 ik 着手。 一般直流电机都在 主极之间设一个换向 极，也称附加极或间 极。装设换向极的目 的，就是减少甚至抵 消产生附加电流的两 个电动势ex和ea
三、补偿绕组