直流电机检修与维护-直流电机的换向

改善换向的方法改善换向的方法一、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。改善换向的方法改善换向的方法2、换向极必须与电枢绕组串联。

3、换向极磁路处于低饱和状态。调整第二气隙（换向极根与机座内壁之间垫非磁性垫片而形成）可调整换向极磁密的大小，从而改善电机的换向。改善换向的方法改善换向的方法二、减小电抗电势er的数值三、增加换向回路的电阻换向回路电阻主要是决定于电刷与换向片之间的接触电阻，增加接触电阻可以减小附加换向电流的数值，从而改善电机的换向。接触电阻的大小决定于电刷的材质和结构，不同牌号的电刷有不同的接触电阻。双分裂式电刷，在电刷接触面间有横向间隙，增加了换向回路的横向电阻。为改善换向，常用高接触电阻、双分裂式的电刷。改善换向的方法改善换向的方法选择电刷应注意的问题：

1、在同一台电机中，必须采用相同牌号的电刷，甚至是同一批次的电刷。

2、对电刷的电流密度有一定的限制。

3、电刷上单位压力要适当。改善换向的方法

在电刷使用中应注意的问题：

1、电刷应仔细研磨吻合，保持清洁以及电刷和刷握间有适当间隙，防止电刷接触面粘铜。

2、在正常使用中，温度升高会使电刷接触压降减小，可能引起换向不良。

3、一台电机上各电刷必须均匀，压力不均使电流分配不均，电流较大的可能产生火花，低电密下滑动的电刷，对换向器磨损也有影响。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。改善换向的方法改善换向的方法改善换向的方法改善换向的方法（四）移动电刷改善换向对于没有装设换向极、转速固定、负载稳定的小型直流电机，可用移动电刷位置的方法改善换向。改善换向的方法改善换向的方法

把电刷沿物理中性线偏移过角，并使角大于物理中性的偏移角这样就使换向元件处于主磁极的作用下（换向元件是由电刷位置决定的），正确地移动电刷使换向元件的电枢反应电势ev与电抗电势er相抵消，即可获得满意的换向。改善换向的方法根据电枢反应原性质，对于发电机应顺着电枢转向移过一个角，对于电动机则应逆着转向转向一个角。改善换向的方法课堂作业：1、换向极的作用是什么？对换向极有哪些具体的要求？2、为什么要采用分裂式电刷？3、用移动电刷改善换向时对电刷移动的角度有什么要求？换向的物理过程及火花产生的原因换向的物理过程及火花产生的原因二、换向的物理过程换向的物理过程及火花产生的原因换向的物理过程及火花产生的原因

当旋转的电枢元件从电枢绕组一条支路经过电刷进入电枢绕组另一条支路时，该元件中电流从一个方向变换到另一方向。电枢绕组元件中电流方向的改变称为换向。换向的物理过程及火花产生的原因换向的物理过程及火花产生的原因三、换向元件中的电动势（1）电抗电势er

自感电动势和互感电动势：换向元件（线圈）在换向过程中电流改变而产生的。换向的物理过程及火花产生的原因

换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。

产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。

元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为换向周期。换向周期通常只有千分之几秒。直流电机在运行中，电枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。换向的物理过程及火花产生的原因三、换向元件中的电动势（1）电抗电势er

自感电动势

和互感电动势：换向元件（线圈）在换向过程中电流改变而产生的。换向的物理过程及火花产生的原因

根据电磁感应定理，当闭合回路中磁链变化时，将产生反电势，力图阻止磁链的变化，即阻止电流的变化，这种反电势称为电抗电势。在换向过程中，由于换向周期极短，换向元件中的电流变化很快的，因而换向元件将产生自感电势，（自感系数）。通常电刷的实际宽度为2-3个换向片宽度，换向的物理过程及火花产生的原因

电枢绕组个元件嵌放在一个槽中，因而在一个槽中有几个元件同时换向，这些在同一槽中同时换向的元件间的互感作用，将彼此产生互感电势.换向的物理过程及火花产生的原因

自感电势和互感电势之和，称为电抗电势。即换向的物理过程及火花产生的原因

换向元件中电抗电势的方向与换向前的电流方向一致，即其作用是阻碍电流换向。电抗电势的大小取决于电枢电流和转速，电流越大，转速越高，则电抗电势越大，电机换向就越困难。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。换向的物理过程及火花产生的原因换向的物理过程及火花产生的原因（3）换向电势ek

换向元件切割换向极磁场，感应产生换向电势ek。换向电势方向ek与er和ea相反，用来抵消两者对换向的不利影响。换向的物理过程及火花产生的原因2、换向元件中的电阻换向元件电路中若不计元件及引线电阻，换向回路的电阻即是电刷与换向片间的接触电阻。接触电阻的大小可认为和电刷接触面积成反比，设R为电刷总接触电阻，R1、R2分别为电刷与换向片1、2的接触电阻，则换向的物理过程及火花产生的原因3换向元件中的电流

换向元件中的电流按换向过程中，换向元件中电流的变化规律，分为电阻换向（直线换向）、延迟换向和超越换向三类。换向的物理过程及火花产生的原因（1）电阻换向换向时，换向元件中的合成电势=0，换向电流i对时间t按直线关系变化。在电刷与换向器之间不产生火花。换向的物理过程及火花产生的原因（2）延迟换向换向的物理过程及火花产生的原因

若换向磁场较弱，出现合成电势不为零，且,则换向元件中产生附加电流ik，ik阻止换向电流的变化。电流改变方向的时刻比直线换向时推迟，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产生火花的原因一、电磁原因

1、当电机处于直线换向时，尽管电流密度可能很大，但电刷下不会产生火花。

2、当延迟换向时，附加换向电流过大是产生火花的电磁原因。

3、当电机工作在严重超越换向时，前刷边局部过热而在前刷边出现火花或电弧。换向的物理过程及火花产生的原因二、机械原因牵引电动机在运行中受到强烈振动，换向器、转子和电刷装置不良也会引起电机产生火花，这类火花称之机械火花。

1、换向器及电机旋转部分的缺陷（1）个别换向片及云母片凸出；（2）换向器偏心、转子动平衡不好；（3）换向器工作表面污染、有毛刺、斑痕或拉伤沟纹等；（4）换向器工作表面变形，如呈椭圆形、腰形或锥形等。换向的物理过程及火花产生的原因2、电刷装置的缺陷（1）电刷接触面研磨的不光滑，接触不良或只是局部接触；（2）电刷在刷盒中间隙不合适，造成跳动、倾斜或卡死现象；（3）电刷上压力不适当；（4）刷握装置不稳固，造成刷握位置偏离几何中心线；（5）刷架圈的定位不准确或安装不牢固等。换向的物理过程及火花产生的原因化学原因

1、薄膜的形成、化学成分及作用（1）换向器滑动面的薄膜是电刷与换向器接触并在相对运动过程中逐渐形成的。（2）组成：①金属氧化膜，由氧化铜和氧化亚铜的混合物组成；②碳膜，在氧化膜上面，由微小的碳粒、石墨和其他附着物组成。换向的物理过程及火花产生的原因（3）作用：电机运行时，由于金属氧化膜本身具有较高的电阻，从而增加了换向元件回路的电阻，降低了附加换向电流，改善了电机的换向。碳膜附着物在吸收空气中的水分之后能产生良好的润滑作用，减小电刷与换向器之间的磨耗，使电刷运行稳定。另外，薄膜与电刷间相互存在关一定的粘附作用，可以缓冲或减小电刷的颤振频率和速度，保持电刷与换向器之间滑动接触的稳定性，减小或消除机械性火花。换向的物理过程及火花产生的原因2、不正常的换向器薄膜（1）黑片①有规律分布的黑片②无规律分布的黑片（2）条纹和沟槽（3）电刷轨痕（4）铜毛刺（5）换向器表面高度磨