直流电机的换向

直流电机的换向
commutation of D.C.machine
图片：
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zhiliu di ɑnji de hu ɑnxi ɑng
直流电机的换向(卷名：电工)
commutation of D.C.machine
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。

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(Tc)。

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。

直流电机换向器
1、直流电机的换向是指旋转着的电枢绕组元件,从一个支路经过电刷进入另一个支路时元件中电流方向的变换过程（简称换向）.在电流方向变换的过程中,一般在电刷与换向器之间要产生火花,它是换向困难和产生故障的主要原因.所以,国家标准根据电机换向时火花大小将其分成几个等级（1,5/4,3/2,2,3）.对连续工作的直流电机,其换向火花不应超过3/2级.电动自行车用直流电机属于连续工作的电机,应满足不大于3/2级火花的要求.标准规定：3/2级火花时,电刷边缘大部分或全部有微弱的火花,因此换向器上有黑痕出现,但不会继续发展,用汽油擦其表面即能除去,同时在电刷上有轻微的灼痕,这些都不会影响电机连续正常运行.
2、影响换向的原因
直流电机换向过程中为什么会产生火花呢？根据理论和实践分析,影响换向的原因很多,有电磁的、机械的、电化学的等等,并且它们之间又相互影响,十分复杂.这里不准备在理论上作过多的分析,只针对电动自行车用直流电机为改善换向在生产中应注意的问题做一些分析,或许会对生产起到一定的指导作用.
2.1电磁原因
在换向时,换向元件中会产生电抗电势和换向电势,这些电势之和一般大于零,称延迟换向.当换向时,后刷边离开一个换向片转向另一个相邻换向片时,换向电流不为零,有电磁能量储存在换向元件内,在前个换向片离开电刷时,换向回路被突然切断,换向元件中的电磁能量就只有击穿空气而释放,从而产生火花.
直流电机换向问题一
1、换向合格的评价
直流电机的换向是指旋转着的电枢绕组元件，从一个支路经过电刷进入另一个支路时元件中电流方向的变换过程（简称换向）。

在电流方向变换的过程中，一般在电刷与换向器之间要产生火花，它是换向困难和产生故障的主要原因。

所以，国家标准根据电机换向时火花大小将其分成几个等级（1，5/4，3/2，2，3）。

对连续工作的直流电机，其换向火花不应超过3/2级。

电动自行车用直流电机属于连续工作的电机，应满足不大于3/2级火花的要求。

标准规定：3/2级火花
时，电刷边缘大部分或全部有微弱的火花，因此换向器上有黑痕出现，但不会继续发展，用汽油擦其表面即能除去，同时在电刷上有轻微的灼痕，这些都不会影响电机连续正常运行。

2、影响换向的原因
直流电机换向过程中为什么会产生火花呢？根据理论和实践分析，影响换向的原因很多，有电磁的、机械的、电化学的等等，并且它们之间又相互影响，十分复杂。

这里不准备在理论上作过多的分析，只针对电动自行车用直流电机为改善换向在生产中应注意的问题做一些分析，或许会对生产起到一定的指导作用。

2.1电磁原因
在换向时，换向元件中会产生电抗电势和换向电势，这些电势之和一般大于零，称延迟换向。

当换向时，后刷边离开一个换向片转向另一个相邻换向片时，换向电流不为零，有电磁能量储存在换向元件内，在前个换向片离开电刷时，换向回路被突然切断，换向元件中的电磁能量就只有击穿空气而释放，从而产生火花。

2.2机械原因
对生产而言，由于机械原因而导致换向不良是一个重要方面。

机械方面的原因很多，例如：平面换向器表面的平整度、粗糙度及装配时换向器表面与电机轴线的垂直度；换向器片间绝缘突出或换向片突出；电刷接触面研磨不好，电刷与换向器表面只有局部接触；电刷上弹簧压力大小不合适；电刷在刷盒里太松或太紧；各个刷杆之间距离不相等，致使有些电刷所短路的换向元件不在几何中心线上；换向器表面不洁等。

2.3电化学原因
正常运行的电机，换向器表面会产生很薄的一层褐色氧化亚铜薄膜。

实践表明，氧化亚铜薄膜的存在，是电机良好换向的必要条件。

这是因为氧化亚铜薄膜本身不仅具有较高的电阻，且其表面还常吸附着薄层水份、氧气和石墨粉末，具有良好的润滑作用，有利于减少电刷和换向器的磨损。