直流电机的换向

直流电机的换向图2元件中电流的换向过程元件刚被短路元件刚脱离短路0commutation of D.C.machine图片：图片：zhiliu dia nji de hua nxia ng 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 abed,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ed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ed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2e），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直流电动机的主磁极绕组通入直流电源后产生磁场，但该磁场在空间上是静止的，当转 子（电枢）绕组通入直流电源后，在主极磁场的作用下产生电磁力矩而使转子旋转起来；如 果电枢绕组不通入直流电源，则由于主磁极磁场是静止的而不能在电枢绕组上产生电磁力， 电枢就转不了；而交流异步电机由于定子绕组通入三相交流电源后产生旋转磁场，该旋转磁 场将切割转子（鼠笼）绕组产生感应电动势，从而产生感应电流，该感应电流又在旋转磁场 的作用下产生电磁力矩，因而交流电动机就旋转起来了。