直流电机的换向
直流电机的换向
直流电机的换向commutation of D.C.machine图片：图片：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。
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
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• 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。
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• （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
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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。
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• 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。
直流电机的启动、换向
实验一直流电机的启动、换向一、实验目的1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、认识在在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3、熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、启动、改变电机转向方法。
二、预习要点1、如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表电流表的量程。
2、直流电动机启动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器？不串接会产生什么严重后果？3、直流电动机启动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？4、直流电动机改变转向的方法。
三、实验项目1、了解4-02电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、直流他励电动机的启动、改变转向。
四、实验设备1、型号4-14的导轨、测速发电机及转速2、型号4-15的直流他励电动机表3、型号4-09的直流数字电压表4、型号4-10的直流数字电流表5、型号4-04的三相可调电阻器6、型号4-05的三相可调电阻器五、实验内容及操作步骤1、由实验指导人员介绍ZX-TIA481型电机与变压器综合实验装置型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、 用伏安法测电枢的直流图2-1测电枢绕组直流电阻接线图(1) 按图2-1接线，电阻R 用4-05上1800Ω和4-04上180Ω。
串联共1980Ω阻值并调至最大。
A 表选用4-09直流电流表，开关S 选用4-13开关模块。
(2) 经检査无误后接通电枢电源，并调至220V o 调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。
将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U 、I 三组数据列于表2-1中。
直流电机原理以及换向工作介绍
直流电机原理以及换向工作介绍直流电机换向器的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。
电刷上不加直流电压，用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生电动势，电动势方向按右手定则确定。
这种电磁情况表示在图上。
由于电枢连续地旋转，，因此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的．线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流电动势（说得确切一些，是一种方向不变的脉振电动势）。
因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换向器配合电刷的换向作用，电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因此，电刷A始终有正极性。
同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。
如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。
这就是直流发电机的工作原理。
同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。
从基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可工作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是约束的条件不同而已。
在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机，如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。
同一台电机，能作电动机或作发电机运行的这种原理．在电机理论中称为可逆原理。
直流电机换向方法
直流电机换向方法
直流电机换向通常使用两种方法：
1. 机械换向：机械换向是通过改变直流电机电枢绕组中电流的方向，使它们与磁场的方向相反，从而改变电机的转动方向。
机械换向通常使用多个电刷和集电环来实现，当电机转子旋转一定角度时，电刷与集电环之间的电路会自动切换，从而改变电流的方向。
2. 电子换向：电子换向是使用电子电路来控制电机转子的方向。
电子换向通常使用电机驱动器来实现，将直流电源转换为变频交流电源，然后通过变频器控制交流电源的频率和相位，从而改变电机的转动方向。
电子换向通常比机械换向更可靠，效率更高，同时也可以实现更精确的速度和位置控制。
直流电机换向绕组的作用_概述说明以及解释
直流电机换向绕组的作用概述说明以及解释1. 引言1.1 概述直流电机是一种将直流电能转化为机械能的重要设备。
在直流电机中，换向绕组作为一个关键部件，起到了至关重要的作用。
换向绕组通过改变电流方向和大小，实现了电机中磁场的反向变化，从而使得电机能够产生稳定的旋转运动。
1.2 文章结构本文将全面介绍直流电机换向绕组的作用、概述说明以及解释。
文章结构主要分为五个部分：引言、直流电机换向绕组的作用、换向绕组的概述说明、换向绕组的解释和结论。
1.3 目的本文旨在对直流电机换向绕组进行深入探讨，详细阐述其在直流电机中的重要性和应用，并对不同类型的换向绕组进行解释。
通过对这些内容的阐述，读者能够全面了解和掌握直流电机换向绕组相关知识，并在实际应用中更好地理解和运用该技术。
以上是“1. 引言”的详细内容，希望对您有所帮助！2. 直流电机换向绕组的作用2.1 换向绕组的定义直流电机换向绕组是指在直流电动机中用于实现电流方向切换和换向过程的一种绕组结构。
它通过改变电流的通路，使得电机能够按照既定的运行规律进行正常工作。
2.2 换向绕组在直流电机中的应用换向绕组在直流电机中起到了至关重要的作用。
通过合理设计和布置换向绕组，可以实现直流电动机的正常启停、方向切换以及输出转矩控制等功能。
首先，直流电动机需要实现换相操作，也就是在不同位置上将电流方向适时地切换。
这样才能使得转子磁极始终与定子磁场保持一定的相对位置关系，从而产生旋转力。
换相过程中，通过控制换向器或者其他器件来控制换相角度和时刻，可以更好地调整电动机转子的位置与速度。
其次，在不同负载条件下，需要通过调整交变磁链大小来改变输出扭矩。
这就需要针对不同工况设计合适的换相角度和时刻，并利用换向绕组来实现这一调节过程。
通过换向绕组的布置，可以在换相时改变电机的励磁方式，从而调整输出扭矩大小。
2.3 换向绕组对电机性能的影响换向绕组设计合理与否对直流电机性能有着直接的影响。
直流电机的正反转
直流电机的正反转直流电机的正反转是指电机转子正向或反向旋转的运动方式。
正转是指电机转子顺时针旋转，而反转是指电机转子逆时针旋转。
直流电机的正反转控制通常使用电机驱动器或控制器来实现。
以下是相关参考内容，介绍了直流电机的正反转原理和控制方法：1. 直流电机工作原理：直流电机是通过直流电源供电，产生磁场并将电能转化为机械能的设备。
直流电机由固定的磁极和旋转的电枢组成。
当通电时，电枢产生电流，电枢上的电流与磁场相互作用，产生力矩使电机转动。
2. 直流电机的正转：为使直流电机正转，电枢上的电流方向与磁场方向要相互作用。
当电枢上的电流与磁场方向一致时，电流在电枢中产生的力矩将把电机转动到正方向。
3. 直流电机的反转：为使直流电机反转，电枢上的电流方向与磁场方向要反向作用。
当电枢上的电流与磁场方向相反时，电流在电枢中产生的力矩将把电机转动到反方向。
4. 直流电机正反转控制方法：直流电机的正反转控制可以通过改变电枢上的电流方向来实现。
常见的直流电机正反转控制方法有以下几种：a. 交流换向器控制：交流换向器通过改变电枢上的电压极性和大小，可以改变电流方向和大小。
通过控制交流换向器的工作方式，可以实现直流电机的正反转。
交流换向器通常由继电器、电阻和电容器组成。
b. 双向电流控制：双向电流控制是通过改变电枢电流的方向来实现直流电机正反转。
可以使用H桥电路或双向电流控制芯片来控制电流方向。
c. 变频器控制：变频器是一种能够改变电源电压频率的设备，通过控制变频器输出的电压频率和大小，可以实现直流电机的正反转控制。
d. 微控制器控制：使用微控制器可以编写程序控制直流电机的正反转。
根据不同的需求和控制算法，可以通过微控制器输出相应的控制信号，控制电机正反转。
以上是直流电机的正反转相关参考内容。
通过改变电枢上的电流方向和大小，使用交流换向器、双向电流控制、变频器或微控制器等方法，可以实现直流电机的正反转控制。
直流电动机的换向原理
直流电动机的换向原理直流电动机是一种常见的电动机，它的运转需要依赖于电源的电压，通过磁场改变方向来改变电动机的转向，从而实现动力的转换。
在直流电动机中，换向是影响电机正常运转的重要因素之一。
直流电动机的换向原理主要是指电刷与换向环的作用。
电刷是连接电源和直流电动机的引线，而换向环是连接不同转子线圈的组件。
当直流电源施加电压时，电机中的电荷开始流动，使得电机的转子开始旋转。
同时，前一时刻所施加的电压将通过电刷和换向环将其转移到与当前转子线圈连接的电源极性相反的电源，从而使得转子能够继续旋转。
当直流电机旋转时，转子上的导线也会变化，这会引起磁场的变化，当电机的电荷流向线圈时，磁场的极性也会改变，因此换向是很重要的。
直流电动机中的换向环可以用来改变线圈的极性，并确保电动机运转时转子能够按照正确的方向旋转。
当电机的电荷流向线圈时，磁场的极性会随之发生改变。
因此，直流电动机必须在电刷和换向环的帮助下进行换向。
这时，通过换向环来连接不同的导线，从而使得电机能够正常运转。
当磁场的方向改变时，转子的极性也会随之变化，从而保持电机的平衡运转。
直流电动机换向的原理是非常关键的，因为它决定了电机的运动方向。
在实际应用中，电机的电刷和换向环需要始终维持在一个良好的工作状态，以保证电动机的正常运转。
此外，在进行操作和检修时，也需要特别注意换向环和电刷的维护保养，以保证电机的长期稳定运行。
总之，直流电动机的换向原理是一种关键性的工作原理，它是依托于电刷和换向环来实现电机方向变化的。
只有将电刷和换向环的工作状态维持在良好的状态，才能保证电动机的正常运转，同时也可以更好地满足各种应用需求。
直流电机电刷和换向器的作用
直流电机电刷和换向器的作用
直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于各种机械设备。
它的工作原理是通过电流的作用，使电机内部的转子转动，从而实现机械能的转换。
在直流电机中，电刷和换向器是两个非常重要的部件，它们的作用不可忽视。
电刷是直流电机中的一个重要部件，它的作用是将电源中的电能传递到电机的转子上。
电刷通常由碳和金属合金等制成，具有较好的导电性能和耐磨性能。
在直流电机中，电刷通过与电机旋转的电极接触，将电能传递给电机的转子，从而使转子开始旋转。
同时，电刷也起到了电流反向的作用，使电机能够正常工作。
除了电刷外，换向器也是直流电机中不可或缺的部件。
换向器的作用是控制电机旋转方向，使电机能够实现正反转。
换向器通常由多个导电片和刷子组成，导电片与电机旋转的电极相连，当电机旋转时，刷子会在导电片上滑动，从而使电路中的电流反向，从而实现电机的方向控制。
同时，换向器还可以根据需要通过改变导电片的排列方式，实现电机的多速度控制。
总的来说，电刷和换向器是直流电机中非常重要的部件，它们的作用是将电能传递到电机的转子上，并控制电机的方向和速度。
在实际应用中，电刷和换向器的性能对电机的工作效率和寿命有着至关重要的影响。
因此，在选择电刷和换向器时，需要根据具体的工作
需求和电机的特点进行合理的选择，以保证电机的正常工作和长期稳定运行。
直流电机换向极的设计
直流电机换向极的设计直流电机换向极的设计是一种方便快捷、高效率的智能化技术，它可以在安全可靠的前提下，通过对电机引线的换向，使得电机发生正反转，从而实现电机的控制。
1.电机换向极的原理电机换向极的设计的基本原理是根据电机的分析，当电源的相序发生变化时，电机的极性也会发生变化，从而实现电机的正反转，因此，用接线端子的排序，就可以实现电机的换向极。
2.电机换向极的设计（1）电源分析电源分析是电机换向极设计的基础，我们需要确定电源的电压和功率，这些决定了电机换向极的选择。
（2）换向极的选择电机换向极的选择取决于电源的电压和功率，在选择换向极的时候，需要根据电源来选择电机的极数和功率。
（3）接线端子的排序根据电机换向极的原理，只有确定好电机接线端子的排序，才能实现电机的换向极。
（4）电源的接入将电源接入电机换向极，根据电源的电压和功率，确定电机换向极的极数和功率，然后将电源接入电机换向极。
3.电机换向极的应用电机换向极的设计可以广泛应用于自动控制系统中，如电动机，电磁阀，水泵，风机等，它可以更好的满足用户的需求，从而提高工作效率。
4.电机换向极的注意事项（1）在安装电机换向极之前，应该对电源的电压和功率进行充分的分析，然后根据电源的电压和功率，选择适当的换向极。
（2）在安装换向极的时候，应该确保排序正确，以避免接线不当，从而影响电机的正常运行。
（3）安装完毕之后，应该对接线进行检查，以确保接线正确，从而确保电机的正常运行。
电机换向极的设计是一种重要的智能化技术，它可以在安全可靠的前提下，通过对电机引线的换向，使得电机发生正反转，从而实现电机的控制，使电机的运行更加高效，低耗，而且还能大大提高用户的工作效率。
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
简要说明直流电机中换向器的作用。
简要说明直流电机中换向器的作用。
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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
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5、电刷下产生火花的原因
换向元件中存在两个方向相同的电势er和ea，合 成电势： e ea er 0 合成电势在换向元件闭合回路中产生的环流：
ik
e e e R R
a
r
i ik t
由闭合转为断开时，由 ik 建立的电磁能量以火花的 形式释放出来。
电动机工作原理演示 N
• 防止环火的措施：在主磁极的极靴装补偿绕组，
并与电枢绕组串联，产生的磁势方向与电枢反应 磁势相反。
思考？
换向极绕组应与电枢绕组相串联；
补偿绕组应与电枢绕组相串联；
励磁绕组与电枢绕组如何联接？
n N er
Φa
ea
S
4、换向元件中的感应电势
设换向元件匝数为Wk，电枢反应磁势在换向 元件处所生的磁密为Ba， 则ea的平均值：
ea 2 Ba Wk l va
旋转电势 的特点：
• ea I a n ，负载越重或者转速越高， 旋转电势 也越大。 • 根据右手定则，ea 的方向总是与换向前元件中 的电流方向相同，ea与 er方向一致，也是阻碍换 向的。
势的方向一致。 • 换向极绕组必须与电枢绕组串联，使在任何 时候，ek＝- er。
9、加换向极后的结构图
10、环火及其防止措施
• 电枢反应使气隙磁场发生畸变， 使处于 B max 处
的元件的感应电势增大。当片间电压Uk 超过一定
值时，换向片间产生火花，称为电位差火花。
• 电位差火花与换向火花连成一片，构成环火。
di er Lr Lr：换向元件的电抗系数，包括自感和互感 dt 2i i er Lr Lr a er的平均值： t Tk
设电刷宽度bs等于换向片宽度bk，换向片数为K，
则：
Tk bs bk Dk / K 60 vk vk Dk n / 60 K n
1′
元件 1从电刷A
右边转到左边， 电流方向改变。
S
2、换向过程（假设电刷宽度等于换向片宽度）
ia
ia
ia
2ia
vk
1 2
vk
i1 i2 1 2
2ia
vk
1 2 2ia
2ia
换向开始 t=0
正在换向 t=(0～Tk)
换向结束 t=Tk
3、直线换向
如果换向元件中电势为零， 则在被电刷短路的闭 合回路中不会有环流。
换向元件中的电流由电刷与相邻两换向片的接触 面积决定。变化曲线是一条直线，称为直线换向。
i Tk
+ia
0
i
-ia
理想换向（直线换向） 即换向元件中感应电动势 t 为零。
换向周期TK：即一元件被电刷短路开始到短路完毕 所经历的时间。
4、换向元件中的感应电势
（1）电抗电势er 换向元件中由于换向电流的变化所引起的自感 电势和互感电势之和，称为电抗电势。
4、换向元件中的感应电势 电抗电势的特点：
•
电抗电势越大。
ia er I a n 电机负载越重或转速越高， Tk
• 电抗电势的方向阻止换向电流的变化，因此er
的方向必与换向前的元件电流ia的方向一致。
4、换向元件中的感应电势
（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ea称为旋转电势。
电 枢 绕 组
电枢
换向器
S
电枢绕组与 换向片焊接
6、改善换向的方法
由于附加换向电流ik的存在，引起电磁性换向
火花。所以，消除换向火花的措施有： 1、增大Rb ：选用合适的电刷，改善环境促使氧化 膜的形成。 2、减小∑e ：安装换向磁极、移刷等。
其中最有效的办法是安装换向极。
6、改善换向的方法
安装换向极：
抵消电枢反应磁势，使ea＝0
换向极磁势 建立Bk，产生ek，使 e er ek 0
7、换向极极性的确定：
N ++
+
+ +
Sk
-
ek
X . er 对电动机
S
-
8、安装换向极的要求
• 换向极应装在几何中性线上;
• 换向极的极性使产生的Bk方向与电枢反应磁
§9-7 直流电机的换向
1、换向的概念
电枢旋转时，被电刷短路的元件从短路开始 到短路结束， 从一条支路转换到另一条支路， 电 流改变了方向。
• 换向元件中电流的这种变化过程，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。 • 换向不利会产生换向火花，损坏直流电机。
2、换向过程
N
N
1 A · · · · 1′ ··· S A · 1 ·· ····