【正文】 減小電抗 。但是，如果單純增大換向極和電樞表面間的氣隙，將使漏磁通增加，而換向極漏磁通也是造成換向極磁路飽和的重要因素。 （3）換向極磁路處于不飽和狀態(tài) 換向電動勢是換向元件切割換向區(qū)磁密產(chǎn)生的，只有磁路不飽和時(shí)，才能保證與電樞電流I成比例變化，滿足正比于I的要求。為了讓保證在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)隨時(shí)抵消，則要求也必須隨著負(fù)載電流變化而變化。 （1） 極性正確 換向極性要保證其磁場方向與交軸電樞反應(yīng)磁場方向相反。因此，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常注意和檢查換向器的表面狀態(tài)，觀察薄膜的變化情況，許多牽引電動機(jī)的故障在尚未造成破壞前，往往可以根據(jù)換向器表面的異常狀態(tài)來進(jìn)行早期診斷，找出故障發(fā)生的原因和部位，及時(shí)進(jìn)行處理，以保證電機(jī)正常運(yùn)行。從運(yùn)用觀點(diǎn)來看，只要薄膜是均勻的、光亮的、穩(wěn)定的和呈棕褐色的，則標(biāo)志著電機(jī)的換向是正常的。 薄膜的形成及其顏色，還與電刷的材質(zhì)、電刷的的壓力、電流密度，運(yùn)行時(shí)間長短及周圍環(huán)境等許多因素有關(guān)。 化學(xué)原因——換向器滑動面的薄膜 在正常情況下，當(dāng)電機(jī)長期運(yùn)行之后，換向器滑動面會覆蓋一層很薄的薄膜，電刷在與換向器接觸時(shí)，并不是直接與換向器銅片本身接觸，而是通過這層薄膜與換向器片接觸。機(jī)械火花呈紅色或是黃色，連續(xù)而較粗，沿切線方向飛出，且在換向器表面產(chǎn)生沒規(guī)律的黑痕。因此在電機(jī)零部件產(chǎn)生和組裝時(shí)，必須精心制造和嚴(yán)格工藝要求。 電刷裝置的缺陷 （1）電刷接觸面研磨的不光滑，接觸不良或只是局部接觸； （2）電刷在刷盒中間隙不合適，造成跳動，傾斜或卡死現(xiàn)象； （3）電刷上壓力不適當(dāng)； （4）刷握裝置不穩(wěn)固，造成刷握位置偏離幾何中心線； （5）刷架圈的定位不準(zhǔn)確或安裝不牢固等。(2) 個(gè)別換向片凸出或云母片凸出。 由于機(jī)械原因，如牽引電動機(jī)運(yùn)行中的強(qiáng)烈振動或電刷與換向器裝配工藝不符合燒定要求，使電刷和換向器接觸不良而產(chǎn)生的火花，稱為機(jī)械火花。只有過分延遲換向時(shí)，當(dāng)t=T，還未降到零，在換向元件和電刷斷開的瞬間，換向元件中的以電磁能量的形式釋放出來，當(dāng)這部分能量足夠大時(shí)，后刷邊就會產(chǎn)生火花。 產(chǎn)生火花的原因 電磁原因 經(jīng)過不斷實(shí)踐和長期研究，現(xiàn)在對電磁原因有一下幾種看： （1）當(dāng)電機(jī)處于直線換向時(shí)，盡管電流密度可能很大，但電刷下不會產(chǎn)生火花。當(dāng)i=0時(shí)，電流改變方向的時(shí)刻比直線換向時(shí)推遲，故稱為延遲換向。 （1）電阻換向當(dāng)時(shí)為理想換向情況，此時(shí)，元件中的合成電動勢=0，換向元件中的電流的變化取決于換向元件回路電阻，故成為電阻換向。接觸電阻的大小可以認(rèn)為和電刷接觸面積成反比，設(shè)R為電刷總接觸電阻，R、R分別為電刷與換向片2的接觸電阻，則 R=R R=R 換向元件中的電流 如圖的換向元件電路，可得換向元件回路的電動勢平衡方程。過大的附加電流，會使電機(jī)換向惡化。因此，當(dāng)電機(jī)換向時(shí)，換向元件回路內(nèi)合成電動勢等于以上電動勢之和，即 =e+ee 當(dāng)換向電動勢e選擇的合適，使e=e+e，恰好可以互相抵消時(shí)，換向元件中合成電動勢=0，此時(shí)電動機(jī)能得到滿意的換向。換向極極性正確，以使它的磁勢與交軸電樞反應(yīng)磁勢相反。當(dāng)電樞磁場旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于幾何中性線上的換向元件，將切割交軸電樞磁場而產(chǎn)生電樞反應(yīng)電動勢e，根據(jù)右手定則可以判斷e的方向也是與換向電流方向相同，即e和e方向一致，都是阻礙電流換向的。電抗電動勢e的大小取決于電樞電流和轉(zhuǎn)速，電流越大，轉(zhuǎn)速越高，則電抗電動勢e越大，電機(jī)換向就越困難。 換向元件中的電動勢及換向電流 換向元件中的電動勢 （1）電抗電動勢e 根據(jù)電磁感應(yīng)定理，當(dāng)閉合回路中磁鏈變化時(shí)，將產(chǎn)生反電動勢，力圖阻止磁鏈的變化，即阻止電流的變化，這種反電動勢電抗電動勢。 換向元件從換向開始到換向結(jié)束所經(jīng)歷的時(shí)間稱為換向周期，以T表示，如圖所示，T也就是換向過程中換向器在空間移動距離b所需的時(shí)間。 如上所述，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的電樞元件從電樞繞組一條支路經(jīng)過電刷進(jìn)入電樞繞組另一條支路時(shí)，該元件中電流從一個(gè)方向變換到另一個(gè)方向。當(dāng)i減小到零之后，再反向增加；當(dāng)電樞轉(zhuǎn)到電刷只與換芯片接觸，如圖（c）所示，換向元件屬于電刷左邊的一條電樞繞組支路，這時(shí)元件中的電流仍等于電樞繞組支路電流i，但其方向與原來相反，即為i。為了簡便起見，假設(shè)電刷寬度b等于一個(gè)換向片片距β，電刷固定不動，換向器一線速度V向左移動，如圖所示 開始換向瞬間，電樞轉(zhuǎn)到電刷與換向片相接觸的位置，如（a)所示。 直流和脈流牽引電動機(jī)在運(yùn)行過程中的火花情況，除使用專門的儀器側(cè)量外，是很難直接觀察到的。對于脈流牽引電動機(jī)，其換向條件更為困難，允許在2級火花下持續(xù)運(yùn)行。直流和脈流牽引電動機(jī)由于工作條件惡劣，如負(fù)載急劇變化、電網(wǎng)電壓波動、強(qiáng)烈的機(jī)械振動和沖擊，在脈動電壓下工作等，都使電機(jī)的換向更加困難。在2級火花作用下，換向器上會出現(xiàn)灰渣和黑色的痕跡，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，黑色痕跡將逐漸擴(kuò)展，電刷和換向器磨損也顯著增加，因此2級火花只允許短時(shí)出現(xiàn)。因此，火花的大小直接反映了直流電機(jī)換向性能的好壞。如果火花在電刷上的范圍很小，亮度微弱，呈淺藍(lán)色，它對電機(jī)運(yùn)行并無危害，不必要求絕對沒有火花。 換向的基本概念 火花的現(xiàn)象和火花的等級人們從生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，直流牽引電動機(jī)運(yùn)行時(shí)，其電刷與換向器之間常常伴有火花。增磁作用將引起電機(jī)換向情況惡化。若凡與主極班勢方向相反，起去磁作用。交軸電樞反應(yīng)的影響如上所述。交軸電樞磁場對主極磁場起去磁的作用這種去磁作用是通過磁路飽和作用而產(chǎn)生的。在磁路不飽和時(shí)，因主磁場被消弱的數(shù)量等于被加強(qiáng)的數(shù).所以氣隙磁通和平均氣隙磁密沒有變化。如圖142所示，在極尖處的磁密大大增加，線圈處在這個(gè)部位時(shí)，感應(yīng)電勢很大使所接兩個(gè)換向片間電壓很大，可能超過換向片間的安全電壓。每個(gè)主極下的磁場，一半被削弱，另一半被加強(qiáng)，便氣隙的徽密分布曲線由平頂形變成尖頂形。相加得負(fù)載后合成破場沿電樞表面的分布曲線Ba}如圖141(c)中實(shí)線。當(dāng)電機(jī)磁路不飽和時(shí)，磁路的磁阻為常值，可把B。 圖141(b)(梯形)。交軸電樞磁勢對主極磁場的影響稱為交軸電樞反應(yīng)。 (3)電樞磁場磁密B。(b)所示 綜上所述，當(dāng)電刷在幾何中心線上時(shí)，電樞磁場有如下特點(diǎn): (1)在空間靜止不動。但在極間區(qū)域，由于空氣隙變得很大，雖然凡繼續(xù)增加，但磁密B。Fo0s(122 式中s39。三角形分布的電樞磁勢將產(chǎn)生怎樣的磁密分布呢?從圖139(e)可以看到，每一電樞磁通都經(jīng)過電樞鐵心、氣隙和主極鐵心形成閉合回路，由于鐵磁物質(zhì)的磁阻相對空氣磁阻數(shù)值很小，可以認(rèn)為，上述閉合磁路中的盛勢全部降在兩個(gè)氣晾上。而通過電刷軸線的回路磁勢最大。以支路中點(diǎn)為基準(zhǔn)，任取一磁通管，通過磁通管所形成的回路的磁勢Fa等于此回路中所包含的全電流。與主極磁場的軸線在空間垂直，稱為文軸電樞磁場。圖1—28所示為兩極電機(jī)的電樞電流的方向和電樞磁場分布情況。 此時(shí)，電樞電流以電刷為分界線，相鄰兩電刷間的電樞圓周上的導(dǎo)體電流方向都相同，而每一電刷的兩側(cè)的導(dǎo)體電流方向相反。 電刷的正常位里，應(yīng)在主極軸線下的換向片上，這時(shí)與電刷相連接的電樞線圈單元位于幾何中心線上或附近。 電機(jī)的磁化曲線 ，稱為電樞磁場 電樞磁場沿電樞表面的分布情況，與電樞電流的分布情況有關(guān)。把空載時(shí)主磁通φ0與空載勵(lì)磁磁通勢 或空載勵(lì)磁電流 的關(guān)系，即φ0= 或φ0= ，稱為直流電機(jī)的磁化曲線，它表明了電機(jī)磁路的特性。因此，在極靴下，氣隙小，氣隙中沿電樞表面上各點(diǎn)磁密較大；在極靴范圍外，氣隙增加很多，磁密顯著減小，至兩極間的幾何中性線處磁密為零。 直流電機(jī)空載時(shí)的磁場分布示意圖1— 極靴；2—極身；3—元子磁軛；4—勵(lì)磁繞組；5—?dú)庀叮?—電樞齒；7—電樞磁軛由于主磁極極靴寬度總是比一個(gè)極距要小，在極靴下的氣隙又往往是不均勻的，所以主磁通的每條磁力線所通過的磁回路不盡相同，在磁極軸線附近的磁回路中氣隙較小；接近極尖處的磁回路中氣隙較大。由于主磁通磁路的氣隙較小，磁導(dǎo)較大，漏磁通磁路的氣隙較大，磁導(dǎo)較小，而作用在這兩條磁路的磁通勢是相同的，所以漏磁通在數(shù)量上比主磁通要小得多，大約是主磁通的15％20%左右。這部分磁通同時(shí)匝鏈著勵(lì)磁繞組和電樞繞組，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢，或者產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，把這部分磁通稱為主磁通，用φ0表示。圖是一臺四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場分布示意圖（一對極的情形）。所以直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場可以看作就是主磁場，即由勵(lì)磁磁通勢單獨(dú)建立的磁場。因此，空載時(shí)電機(jī)的氣隙磁場完全有勵(lì)磁繞組的電流所產(chǎn)生。反接制動一般用于要求強(qiáng)烈制動或要求迅速反轉(zhuǎn)的場合，通常只在小功率直流電動機(jī)上采用。因此反接制動的原理實(shí)際上與反轉(zhuǎn)原理是一樣的，只是要注意以下兩點(diǎn)：（1）電樞繞組反接時(shí)，一定要在電樞回路中串接電阻以限制電樞電流Ia的數(shù)值，如圖419所示，否則在反接的瞬間，反電動勢Ea數(shù)值未變，而外加電壓方向相反，變?yōu)榕cEa同方向，故在該瞬間加在電樞繞組上的電壓接近兩倍的外加電壓，如不串接電阻，將因電樞電流過大而使電刷與換向器表面產(chǎn)生強(qiáng)烈火花而損壞。電阻制動的另一不足之處是不易對機(jī)械迅速制停，因?yàn)楫?dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢時(shí)，則Ea越小，Ia也越小，使制動轉(zhuǎn)矩（電磁轉(zhuǎn)矩）相應(yīng)減小。但能量無法利用，白白的損耗在電阻的發(fā)熱上。如圖418所示，轉(zhuǎn)動時(shí)只需將開關(guān)S合向下方，此時(shí)勵(lì)磁電流仍由直流電源供電，產(chǎn)生恒定的磁通φ，電樞靠慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)切割磁通φ而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢Ea給制動電阻R供電， 將電能消耗在電阻的發(fā)熱上，而電樞電流Ia則與電動機(jī)運(yùn)行時(shí)的方向相反，故產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，對電機(jī)實(shí)行制動。為此串勵(lì)電動機(jī)如要進(jìn)行再生制動，必須先將串勵(lì)電動機(jī)改為他勵(lì)，由專門的低壓直流電源給勵(lì)磁繞組供電，以保證磁通有一定的數(shù)值（不隨Ia而變化）。因此當(dāng)電傳動機(jī)車、電車等下坡時(shí)，或起重設(shè)備下放重物時(shí)，只要當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于n0時(shí)，即作發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩以限制電機(jī)轉(zhuǎn)速的繼續(xù)上升，并同時(shí)向電網(wǎng)輸送電能。如電機(jī)在運(yùn)行時(shí)由于某種原因使Ea U（例如起重機(jī)下放重物，運(yùn)輸機(jī)械下坡等），則電樞電流Ia方向就改變了，即Ia與