直线换向与延迟换向

为了讨论影响换向的电磁因素，先找出换向元件的电流变化规律，然后再从电流变化情况说明产生换向火花的原因。

1.直线换向

图2.8.2　换向时的电流变化波形

换向元件中的电流决定于该元件中的感应电动势和回路电阻。由上面的介绍可知，元件的换向过程就是从一条支路（电流为＋ia）过到另一条支路（电流为－ia）的过程。这期间换向元件的电流随时间均匀地变化，在整个换向周期里若电流随时间呈线性关系，则称这种换向为直线换向，如图2.8.2中直线换向所示。理论分析表明，当换向元件中各种电动势的总和为零，且只考虑电刷接触电阻时，换向呈直线换向，也称电阻换向。直线换向是一种理想情况，在电刷和换向器之间基本上可以实现无火花换向。

2.延迟换向

在实际电机中换向元件的总电动势常常并不为零，电机正常运行时换向元件中还存在下述几种电动势。

（1）自感电动势eL

由于换向电流变化，换向元件中的磁通也相应变化，换向元件中产生自感电动势，用eL表示，eL＝－Ldi／dt。

（2）互感电动势eM

由于互感作用，同时换向的几个元件之间产生互感电动势，用eM表示，eL＝－Mdi／dt。

自感电动势和互感电动势合在一起称为电抗电动势，以er表示，er＝eL＋eM。电抗电动势的方向总是反对换向元件中电流变化的，所以它一定与＋ia方向相同。

（3）电枢反应电动势ea

直流电机运行时，换向元件一般在几何中性线上，此处主磁极磁场基本为零。但电机有负载后，由于电枢反应的存在，气隙磁场的物理中性线与几何中性线不重合，几何中性线处气隙磁通密度不为零。换向元件切割电枢磁场产生感应电动势ea，可以证明ea的方向与er是一致的，也是反对换向元件中电流变化的。

综上所述可知，er和ea方向一致，都是反对换向元件电流变化的。如果不采取改善换向的措施，这些电动势使电流不能随时间呈线性关系变化，电流的变化比直线换向慢，则称这种换向为延迟换向，呈图2.8.2中曲线延迟换向的形状。延迟换向电流开始变化得慢，电刷的前刷边电流密度小，后刷边电流密度大，因此后刷边出现的火花较大。

当然产生火花还有电化学和机械等原因。