直流電機(jī)的換向

帶換向器的電樞繞組在運(yùn)行中的一種特有現(xiàn)象。圖1所示為最簡(jiǎn)單的直流電機(jī)模型，其換向原理如下：假定電樞只有一個(gè)線圈abcd，換向器只有兩個(gè)換向片，它們分別與線圈首、尾相連接，A與B為靜止的兩個(gè)電刷。當(dāng)線圈在磁極N、S中逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，處于N極下的導(dǎo)體ab產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，方向?yàn)閺腷至a,處于S極下的導(dǎo)體cd產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)閺?d至c。但當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)180°后，導(dǎo)體ab與導(dǎo)體cd位置對(duì)調(diào),導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)也與原來(lái)的方向相反。所以在線圈連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)體及整個(gè)線圈的電動(dòng)勢(shì)是在正最大值與負(fù)最大值之間不斷交變，故為交流電動(dòng)勢(shì)。但由圖不難看到,電刷A只與處在N極下的導(dǎo)體引出端相連，永為正極性；電刷B只與處在S極下的導(dǎo)體引出端相連,永為負(fù)極性。故電刷所引導(dǎo)出來(lái)的電動(dòng)勢(shì)及電流的方向始終不變，也就是說(shuō)，對(duì)于外電路而言，引出的是直流電。這就是直流電機(jī)換向的基本原理。通常,電樞繞組由很多線圈串、并聯(lián)而成,其中各線圈電流換向情況還要復(fù)雜些。圖2為一個(gè)元件（一個(gè)單元線圈）在被電刷短路時(shí)發(fā)生的換向過(guò)程。

直流電機(jī)的換向當(dāng)電樞元件隨著電樞的旋轉(zhuǎn)，依次從一條支路轉(zhuǎn)移到另一支路時(shí)，各元件中的電流也就從一種流動(dòng)方向改變?yōu)榱硪环N流動(dòng)方向。這種利用機(jī)械方法（換向器和電刷）使元件中電流變換方向的現(xiàn)象稱(chēng)為換向。換向過(guò)程總是與元件被電刷短路的過(guò)程相伴隨的。圖2中,當(dāng)元件a開(kāi)始被電刷短路時(shí)（圖2a），元件電流便進(jìn)入了換向過(guò)程。當(dāng)元件a脫離短路時(shí)(圖2c),換向過(guò)程也就結(jié)束。整個(gè)過(guò)程所耗時(shí)間稱(chēng)為換向周期()。換向周期的長(zhǎng)短與電刷的寬度及電樞的轉(zhuǎn)速有關(guān)。電刷越寬，轉(zhuǎn)速越慢，換向周期越長(zhǎng)。

換向過(guò)程中，由于電流變化，換向元件中會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，俗稱(chēng)電抗電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)同槽中有多個(gè)元件同時(shí)換向時(shí)，電抗電動(dòng)勢(shì)還包括它們之間的互感電動(dòng)勢(shì)在內(nèi)。這種電動(dòng)勢(shì)起阻止換向的作用。電抗電動(dòng)勢(shì)越大，換向越困難，甚至在電刷邊上會(huì)產(chǎn)生火花。嚴(yán)重的火花有時(shí)發(fā)展成換向器環(huán)火而損壞換向器。

改善換向的主要方法是在兩個(gè)主磁極之間裝置換向極，用以在換向元件中產(chǎn)生切割電動(dòng)勢(shì)來(lái)抵消電抗電動(dòng)勢(shì)。因?yàn)殡娍闺妱?dòng)勢(shì)是隨著電流增大而增大的，故換向極繞組需與電樞串聯(lián)，使換向極磁場(chǎng)及其相應(yīng)的切割電動(dòng)勢(shì)也能隨電樞電流同步增大。換向極應(yīng)接成與電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)極性相反。2100433B

改善換向的目的在于消除或削弱電刷下的火花。由于電磁原因是產(chǎn)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電磁性火花。

換向極選用合適的電刷

電機(jī)用電刷的型號(hào)規(guī)格很多，其中炭一石墨電刷的接觸電阻最大，石墨電刷和電化石墨電刷次之，銅一石墨電刷的接觸電阻最小。直流電機(jī)如果選用接觸電阻大的電刷，有利于換向，但接觸壓降較大，電能損耗大，發(fā)熱厲害，同時(shí)由于這種電刷允許的電流密度較小，電刷接觸面積和換向器尺寸以及電刷的摩擦都將增大。設(shè)計(jì)制造電機(jī)時(shí)綜合考慮兩方面的因素，選擇恰當(dāng)?shù)碾娝⑴铺?hào)。

在使用維修中，欲更換電刷時(shí)，必須選用與原來(lái)同一牌號(hào)的電刷，如果實(shí)在配不到相同牌號(hào)的電刷，那就盡量選擇特性與原來(lái)相接近的電刷，并全部更換。

換向極裝設(shè)換向極

改善直流電機(jī)換向最有效的辦法是裝設(shè)換向極，換向極裝設(shè)在相鄰兩主磁極之間的幾何中心線上。加裝換向極的目的，主要是讓它在換向元件處產(chǎn)生一個(gè)磁通勢(shì)，首先把電樞反應(yīng)磁通勢(shì)抵消掉，使得切割電動(dòng)勢(shì)為0；其次還得產(chǎn)生一個(gè)氣隙磁通密度，換向元件切割此磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)去抵消電抗電動(dòng)勢(shì)。換向極繞組應(yīng)與電樞繞組相串聯(lián)，使換向極磁場(chǎng)也隨電樞磁場(chǎng)的強(qiáng)弱而變化，換向極極性的確定原則是使換向極磁場(chǎng)方向與電樞磁場(chǎng)方向相反。當(dāng)換向極安裝正確時(shí)可使合成電動(dòng)勢(shì)大為減小，甚至使∑e=0，換向?yàn)橹本€換向。1 kW以上的直流電機(jī)，幾乎都安裝換向極。

換向極安裝補(bǔ)償繞組

由于電樞反應(yīng)的影響把主磁極下氣隙磁通密度曲線扭歪了，這樣就增大了某幾個(gè)換向片之問(wèn)的電壓。在負(fù)載變化劇烈的大型直流電機(jī)內(nèi)，有可能出現(xiàn)環(huán)火現(xiàn)象，即正負(fù)電刷問(wèn)出現(xiàn)電弧。電機(jī)出現(xiàn)環(huán)火，可以在很短的時(shí)間內(nèi)損壞電機(jī)。防止環(huán)火出現(xiàn)的方法是在主磁極上安裝補(bǔ)償繞組，從而抵消電樞反應(yīng)的影響。

補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，它產(chǎn)生的磁通勢(shì)恰恰能抵消電樞反應(yīng)磁通勢(shì)。這樣，當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后，電樞反應(yīng)磁通勢(shì)被抵消，不會(huì)再把氣隙磁通密度曲線扭歪了，從而可以避免出現(xiàn)環(huán)火現(xiàn)象。補(bǔ)償繞組裝在主磁極極靴里，有了補(bǔ)償繞組，換向極的負(fù)擔(dān)減輕了，有利于改善換向。 2100433B

換向裝置是保證柴油機(jī)主機(jī)準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行正倒車(chē)的一個(gè)機(jī)構(gòu)，這個(gè)機(jī)構(gòu)必須按時(shí)進(jìn)行檢修，檢修必須嚴(yán)格按其說(shuō)明書(shū)的工藝流程進(jìn)行。

(1)認(rèn)真閱讀柴油機(jī)說(shuō)明書(shū)的換向部分內(nèi)容，弄清動(dòng)作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；

(2)了解該裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，特別是故障及修理情況；

(3)注意各接頭、蓋板必須氣密和油密；

(4)裝妥后，必須進(jìn)行試驗(yàn)，確保換向動(dòng)作迅速、準(zhǔn)確、可靠。 2100433B