直流电机的换向周期及换向问题分析

1.直流电机换向的过程

直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时，元件里的电流方向改变的过程称为换向。为了分析方便，假定换向片的宽度等于电刷的宽度。换向过程如下。

（1）电刷与换向片1接触时，元件1中的电流方向如图2-29所示，大小为i＝ia。

（2）电枢移到电刷与换向片2接触时，元件1被短路，电流被分流。

（3）电刷仅与换向片2接触时，元件1的电流方向如图2-29所示，大小为i＝－ia。

图2-29　直流电机换向原理图

元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为换向周期，以Tk表示。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。

2.换向的电磁理论(www.xing528.com)

换向元件中存在自感电动势eL和互感电动势eM，是由换向元件（线圈）在换向过程中因电流改变而产生的。在几何中性线处，由于电枢反应在存在，电枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势ea。根据楞次定律，自感电动势eL、互感电动势eM和切割电动势ea总是阻碍换向的。在换向元件中还存在换向电动势ek，是指在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应的电动势。换向电动势是帮助换向的。

换向元件中的合成电动势为

设两相邻的换向片与电刷的接触电阻分别是Rb1和Rb2，元件自身的电阻为R，流过的电流为i，元件与换向片间的连线电阻为Rk，则元件在换向时的回路方程为

忽略元件电阻和元件与换向片间的连线电阻，并设电刷与换向片的接触总电阻为Rb，则可推导出换向元件中的电流变化规律为

式中　Tk——换向周期；

i1——元件瞬时电流；

ik——电刷与换向片间接触电流。