直流電機(jī)改善換向的方法

改善直流電機(jī)換向的方法主要有以下幾種:
1．裝設(shè)換向極
目前最有效的辦法是裝設(shè)換向極。為消除換向元件中電抗電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)對(duì)換向的不利影響而采用換向極，其鐵芯稱為換向極鐵芯，換向極設(shè)置于N、S主磁極之間幾何中性線上，換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，由電樞電流勵(lì)磁，換向極產(chǎn)生的方向與電樞磁動(dòng)勢(shì)方向相反，除了克服電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)外，還在換向元件所在氣隙建立換向磁場(chǎng)Bk，換向元件切割Bk，感應(yīng)換向電動(dòng)勢(shì)ek，且ek方向與er+ea方向相反，抵消er+ea的作用，改善換向。
由于er+ea與電樞電流成正比，因此要求產(chǎn)生ek的換向極磁場(chǎng)也應(yīng)與電樞電流成正比，所以換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，且換向磁路不應(yīng)飽和。通常在磁軛與換向極鐵芯之間插入適當(dāng)厚度的非磁性調(diào)節(jié)板，維持換向磁路的不飽和性。
現(xiàn)在，1kW以上的直流電機(jī)都裝有換向極。
2．選用合適的電刷
電刷與換向器的接觸電阻的存在可降低附加電流，改善換向。直流電機(jī)不使用接觸電阻小的金屬電刷，而采用碳質(zhì)、石墨質(zhì)的電刷。但是不能隨意選用電阻大的電刷，否則電刷與換向片間的接觸電壓降增大，換向器發(fā)熱多，電能損耗大。
3．補(bǔ)償繞組
換向極克服了換向元件所在處的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)的影響，除此點(diǎn)之外的電樞反應(yīng)仍然存在。若其作用很強(qiáng)，則磁極兩側(cè)的磁通增減變大會(huì)存在各種影響。若磁極靴部位磁通密度高，該部位下的電樞繞組電壓就過(guò)高，與其相連的換向片之間因電壓差過(guò)大而產(chǎn)生火花。這時(shí)，在主磁極的極靴處設(shè)置補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，電樞電流流過(guò)補(bǔ)償繞組，可以完全消除電樞反應(yīng)。補(bǔ)償繞組實(shí)際只在大型的直流電機(jī)中使用。
4．移動(dòng)電刷位置
在小容量未安裝換向極的直流電機(jī)中，可以將電刷從幾何中性線處移開(kāi)一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌葋?lái)改善換向，對(duì)于發(fā)電機(jī)，電刷順電樞轉(zhuǎn)向移動(dòng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)反之。于是，換向元件離開(kāi)幾何中性線進(jìn)入主磁極，利用主磁極代替換向磁極，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ef與er大小相等、方向相反而互相抵消，達(dá)到改善換向的目的。
此種方法的缺點(diǎn)是，電刷離開(kāi)幾何中性線后，產(chǎn)生對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用的直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)；其次，由于er隨負(fù)載大小變化，所以ef也應(yīng)隨負(fù)載大小變化，這就要求電刷移動(dòng)的角度隨負(fù)載大小變化，這是不可能的。所以這種方法只適用于負(fù)載變化不大的電機(jī)。
以上的分析都是建立在換向器表面與電刷完全接觸的基礎(chǔ)上。但實(shí)際換向器表面總是不可能很圓，而且有塵埃，高速運(yùn)行的直流電機(jī)的電刷還存在跳動(dòng)，特別是鐵道用電動(dòng)機(jī)自身還存在振動(dòng)。對(duì)于這些場(chǎng)合，往往希望換向電動(dòng)勢(shì)設(shè)計(jì)得大一些。負(fù)載急劇變動(dòng)的直流電機(jī)也應(yīng)把換向電動(dòng)勢(shì)設(shè)計(jì)得大一些。