摘 要：换向是直流电动机运行的关键问题之一，影响直流电动机换向的根本原因是换向元件中存在电抗电动势和电枢反应电动势，使换向元件中产生附加换向电流。直流电动机改善换向的主要方法有装设换向极、选用合适的电刷、装设补偿绕组三种。
　　关键词：直流电动机 换向元件 补偿绕组 附加换向电流
　　换向器是直流电动机的关键部件，它将电枢绕组内部的交流电动势转换为电刷间的直流电动势。而电枢绕组连接构成一个闭合绕组。当电枢旋转时，组成电枢绕组每条支路的绕组元件，在依次循环地轮换，即绕组元件从一条支路经过电刷时被短路随后将转入另一条支路。由于被电刷分割的相邻支路中绕组元件的电流方向是相反的，因此在绕组元件由一条支路经电刷短路后转入另一条支路的短暂过程中，绕组元件里的电流就要改变一次方向，被电刷短路的绕组元件内电流改变方向的过程称之为换向。从一条支路转入另一条支路而被電刷短路的绕组元件称为换向元件。换向是直流电动机运行的关键问题。换向不良，将在电刷与换向器之间产生有害的火花，严重时将使电动机不能正常运行。因此必须采取措施改善换向，而换向过程又十分复杂，产生火花的原因也是多方面的，既有电磁的又有机械和电化学等方面的，但最基本的还是电磁方面的原因。下面笔者就从电磁方面谈一下减小甚至消除附加换向电流改善换向的三个主要方法。
　　一、装设换向极
　　为了减小换向元件中的附加换向电流ik，可以在换向元件中增加一个与电抗电动势er和电枢反应电动势ea方向相反的切割电动势ek，使换向元件中合成电动势∑e尽可能小到∑e=0，即er ea=ek，两者大小相等方向相反。为此，在主磁极之间的几何中性线上装设一个换向极。换向极的磁动势除了抵消电枢磁动势在几何中性线上的作用外，剩余部分还要在换向极区建立一个换向极磁场，使换向元件切割换向极磁场产生切割电动势ek，ek的方向与er相反，理想情况是完全抵消er，获得直线换向。若ek值比er大，将出现超越换向。超越换向时er ea　　因此，要改善换向，ek方向就要与ea相反，就是说换向极的极性应与该处电枢磁场的极性相反。对发电机来说，换向极的极性应与换向元件即将进入的主磁极的极性相同，而电动机则相反。
　　由于换向元件中电抗电动势er和电枢反应电动势ea均与电枢电流成正比，所以产生切割电动势ek的换向极磁场也应与电枢电流成正比。为此，将产生换向极磁场的换向极绕组与电枢绕组串联，使其流过同一电枢电流；同时换向极铁芯通常处于不饱和状态。为的是使换向极磁动势及其磁场具有正比关系，这样才能在不同负载时，仍然能够满足换向元件中∑e=0的要求。
　　二、选用合适的电刷
　　电刷的选用较复杂，换向困难时可以增大电刷与换向器的接触电阻，从而减小附加换向电流ik来改善换向。但接触电阻增大又将引起损耗及压降增大，可能对电动机的正常运行不利。因此，在更换电刷时要注意选用原牌号或与原牌号性能相近的电刷，以免引起电刷间电流分配不均，影响电动机正常运行。
　　三、装设补偿绕组
　　当电刷放置在几何中性线上，电枢反应为交轴电枢反应。换向极磁场可抵消换向区内的交轴磁场，但不能消除由交轴电枢反应引起的气隙磁场畸变。当电动机出现急剧的负载冲击时造成气隙磁场严重畸变，一些绕组元件感应电动动势增大使换向片间的电位差增大，甚至引起换向片间空气击穿而产生所谓的电位差火花。若电刷与换向器间产生的电磁原因火花因电机旋转导致与电位差火汇合在一起时，严重情况下会使整个换向器表面形成环火，以致烧坏电动机。
　　在主磁极靴槽内装设补偿绕组，可避免电位差火花的产生。由于产生电位差火花的原因是交轴电枢反应造成气隙磁场畸变引起的，为此要消除交轴电枢磁动势的影响，就必须装设补偿绕组，使其流过电枢电流建立磁动势去抵消交轴电枢磁动势，所以将补偿绕组与电枢绕组串联，便可从根源上消除环火。
　　补偿绕组和换向极的设置，将使换向情况大大改变，但补偿绕组使电机的结构更复杂，造价增高。只有在负载变动较大的电机以及换向要求较高的发电厂电磁机中才装设补偿绕组。
　　综上所述，装设换向极，使换向极磁动势的方向与交轴电枢的磁动势方向相反，换向极绕组与电枢绕组串联消除电磁原因造成的火花；装设补偿绕组，用于消除交轴电枢反应的影响，使气隙磁场不发生畸变，补偿绕组与电枢绕组串联消除电位差火花及环火；选择合适电刷，减小附加换向电流。
　　参考文献：
　　[1]杨长能.电机学.重庆：重庆大学出版社，1994.
　　[2]戴文进.电机学.北京：清华大学出版社，2008.