什么是直流电机的换向?

[拼音]：zhiliu dianji de huanxiang

[外文]：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。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。