直流電機的換向簡介

帶換向器的電樞繞組在運行中的一種特有現(xiàn)象。圖1所示為最簡單的直流電機模型，其換向原理如下：假定電樞只有一個線圈abcd，換向器只有兩個換向片，它們分別與線圈首、尾相連接，A與B為靜止的兩個電刷。當線圈在磁極N、S中逆時針轉動時，處于N極下的導體ab產(chǎn)生的電動勢，方向為從b至a,處于S極下的導體cd產(chǎn)生的電動勢方向為從 d至c。但當線圈轉動180°后，導體ab與導體cd位置對調,導體中的電動勢也與原來的方向相反。所以在線圈連續(xù)旋轉時，導體及整個線圈的電動勢是在正最大值與負最大值之間不斷交變，故為交流電動勢。但由圖不難看到,電刷A只與處在N極下的導體引出端相連，永為正極性；電刷B只與處在S極下的導體引出端相連,永為負極性。故電刷所引導出來的電動勢及電流的方向始終不變，也就是說，對于外電路而言，引出的是直流電。這就是直流電機換向的基本原理。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雜些。圖2為一個元件（一個單元線圈）在被電刷短路時發(fā)生的換向過程。

直流電機的換向當電樞元件隨著電樞的旋轉，依次從一條支路轉移到另一支路時，各元件中的電流也就從一種流動方向改變?yōu)榱硪环N流動方向。這種利用機械方法（換向器和電刷）使元件中電流變換方向的現(xiàn)象稱為換向。換向過程總是與元件被電刷短路的過程相伴隨的。圖2中,當元件a開始被電刷短路時（圖2a），元件電流便進入了換向過程。當元件a脫離短路時(圖2c),換向過程也就結束。整個過程所耗時間稱為換向周期()。換向周期的長短與電刷的寬度及電樞的轉速有關。電刷越寬，轉速越慢，換向周期越長。

換向過程中，由于電流變化，換向元件中會產(chǎn)生自感電動勢，俗稱電抗電動勢。當同槽中有多個元件同時換向時，電抗電動勢還包括它們之間的互感電動勢在內。這種電動勢起阻止換向的作用。電抗電動勢越大，換向越困難，甚至在電刷邊上會產(chǎn)生火花。嚴重的火花有時發(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)生切割電動勢來抵消電抗電動勢。因為電抗電動勢是隨著電流增大而增大的，故換向極繞組需與電樞串聯(lián)，使換向極磁場及其相應的切割電動勢也能隨電樞電流同步增大。換向極應接成與電樞電流產(chǎn)生的磁場極性相反。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

電機用電刷的型號規(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。設計制造電機時綜合考慮兩方面的因素，選擇恰當?shù)碾娝⑴铺枴?/p>

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

換向極裝設換向極

改善直流電機換向最有效的辦法是裝設換向極，換向極裝設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)生一個磁通勢，首先把電樞反應磁通勢抵消掉，使得切割電動勢為0；其次還得產(chǎn)生一個氣隙磁通密度，換向元件切割此磁場產(chǎn)生感應電動勢去抵消電抗電動勢。換向極繞組應與電樞繞組相串聯(lián)，使換向極磁場也隨電樞磁場的強弱而變化，換向極極性的確定原則是使換向極磁場方向與電樞磁場方向相反。當換向極安裝正確時可使合成電動勢大為減小，甚至使∑e=0，換向為直線換向。1 kW以上的直流電機，幾乎都安裝換向極。

換向極安裝補償繞組

由于電樞反應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換向片之問的電壓。在負載變化劇烈的大型直流電機內，有可能出現(xiàn)環(huán)火現(xiàn)象，即正負電刷問出現(xiàn)電弧。電機出現(xiàn)環(huán)火，可以在很短的時間內損壞電機。防止環(huán)火出現(xiàn)的方法是在主磁極上安裝補償繞組，從而抵消電樞反應的影響。

補償繞組與電樞繞組串聯(lián)，它產(chǎn)生的磁通勢恰恰能抵消電樞反應磁通勢。這樣，當電機帶負載后，電樞反應磁通勢被抵消，不會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。補償繞組裝在主磁極極靴里，有了補償繞組，換向極的負擔減輕了，有利于改善換向。 2100433B

換向裝置是保證柴油機主機準確無誤地進行正倒車的一個機構，這個機構必須按時進行檢修，檢修必須嚴格按其說明書的工藝流程進行。

(1)認真閱讀柴油機說明書的換向部分內容，弄清動作原理和結構特點；

(2)了解該裝置的運轉情況，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，必須進行試驗，確保換向動作迅速、準確、可靠。 2100433B