影响换向的因素：探析与优化

影响换向的因素是多方面的，有机械因素、化学因素，但最主要的是电磁因素。机械方面可以通过改善加工工艺解决，化学方面可通过改善环境进行解决。电磁方面主要是换向元件K中，附加电流ik的出现而造成的，下面分析产生ik的原因。

1.理想换向（直线换向）

图5-30　直线换向与延时换向

换向过程所经过的时间（即换向周期Tk）极短，只有几毫秒。如果换向过程中，换向元件K中没有附加其他的电动势，则换向元件K的电流i均匀地从+ia变化到-ia（+ia→0→-ia），如图5-30曲线1所示，这种换向称为理想换向，也称直线换向。

2.延迟换向

电机换向希望是理想换向，但由于影响换向的主要因素——电磁因素的存在，使得换向不能达到理想，而出现了延迟换向，引起火花。电磁因素的影响有电抗电动势以及电枢反应电动势两种情况。

（1）电抗电动势ex。电抗电动势又可分为自感电动势el与互自感电动势em。由于换向过程中，元件K内的电流变化，按照楞次定律将在元件K内产生自感电动势。另外，其他元件的换向将在元件K内产生互感电动势，则

ex总是阻碍换向元件内电流i变化，即ex与换向前电流+ia方向相同，即阻碍换向电流减少的变化。(www.xing528.com)

（2）电枢反应电动势（旋转电动势）ev。电机负载时，电枢反应使气隙磁场发生畸变，几何中性线处磁场不再为零，这时处在几何中性线上的换向元件K将切割该磁场，而产生电枢反应电动势ev；电动机的物理中性线逆着旋转方向偏离一个角度，按照右手定则，可确定ev的方向，如图5-31所示，ev与换向前电流ia方向相同。

（3）附加电流ik。元件换向过程中将被电刷短接，除了换向电流i外，由于ex与ev的存在，将产生附加电流ik。

式中：R1、R2分别为电刷与换向片1、2的接触电阻。

ik与ex+ev方向一致，并且都阻碍换向电流的变化，即与换向前电流+ia方向相同。ik的变化规律如图5-30中曲线2所示。这时换向元件的电流是与曲线1与2的叠加，即如图5-30中曲线3所示。可见，使得换向元件中的电流从+ia变化到零所需的时间比直线换向延迟了，所以称为延迟换向。

图5-31　换向元件K中产生的电枢反应电动势

图5-32　延迟换向时附加电流的影响

（4）附加电流对换向的影响。由于ik的出现，破坏了直线换向时电刷下电流密度的均匀性，从而使后刷端电流密度增大，导致过热，前刷端电流密度减小，如图5-32所示。当换向结束，即换向元件K的换向元件K的换向片脱离电刷瞬间，ik不为零，换向元件K中储存的一部分磁场能量/2就以火花的形式在后刷端放出，这种火化称为电磁性火花。当火花强烈时，将灼伤换向器材和烧坏电刷，最终导致电机不能正常运行。