第第3 3章章 直流电机原理直流电机原理n直流电机基本结构直流电机基本结构n直流电机基本原理直流电机基本原理n直流电机主要工作特性直流电机主要工作特性3.1 直流电机概述n直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电机即可作为机即可作为发电机发电机使用，也可作为使用，也可作为电动机电动机使用。使用。 n用作发电机可以获得用作发电机可以获得直流电源直流电源，用作电动机，用作电动机，由于其具有良好的由于其具有良好的调速性能调速性能，在许多调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。要求较高的场合，得到广泛使用。 直流电机的优缺点 本章分析直流电机的工作原理、结构及换向等问题，为电力拖动自动控制系统提供元件的基本知识。 直流发电机的直流发电机的电势波形电势波形较好，受较好，受电磁干扰电磁干扰的影响小。的影响小。直流电动机的直流电动机的调速范围宽广调速范围宽广，调速特性平滑。，调速特性平滑。直流电动机直流电动机过载能力较强过载能力较强，起动起动和和制动制动转矩较大。转矩较大。电路结构、磁路结构直流电机由于存在直流电机由于存在换向器换向器，其，其制造复杂制造复杂，价格较高价格较高。3.2 基本工作原理3.2.1 交流发电机基本工作原理物理模型 磁极都是成对出现 ； ；电子式机械式 整流3.2.2 直流发电机基本工作原理定子转子3.2.2 直流发电机基本工作原理换向器（机械整流装置）内部:交流 外部:直流实质:带有换向器的交流电机实际电机:多个线圈有规律连接3.2.3 直流电动机基本工作原理 小结：1、直流电机仅是能量转换工具；2、DM DG的可逆性；直流电机的可逆性： 一台直流电机原则上既可以作为一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。这种同一台只是外界条件不同而已。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原电机能作电动机或作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。理，在电机理论中称为可逆原理。3.3 直流电机的主要结构：P29直流电机由静止的部分定子定子和旋转的部分转子转子两大部分构成：1、定子：机座、主磁极、换向极和电刷装置等。、定子：机座、主磁极、换向极和电刷装置等。 1）主磁极：在大多数直流电机中，主磁极是电磁铁，）主磁极：在大多数直流电机中，主磁极是电磁铁，为了尽可能的减小涡流和磁滞损耗，主磁极铁心用为了尽可能的减小涡流和磁滞损耗，主磁极铁心用11.2mm厚的低碳钢板叠压而成。整个磁极用螺钉固定在厚的低碳钢板叠压而成。整个磁极用螺钉固定在机座上。机座上。主磁极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场主磁极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场,使电枢绕使电枢绕组在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩组在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩.2）换向极：换向极又称附加极或间极）换向极：换向极又称附加极或间极,其作用是用以改其作用是用以改善换向。换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心善换向。换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心和绕组构成。和绕组构成。3）机座：一是作为电机磁路系统中的一部分，二是用来）机座：一是作为电机磁路系统中的一部分，二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支承的作用。固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支承的作用。因此要求机座有好的导磁性能及足够的机械强度与刚因此要求机座有好的导磁性能及足够的机械强度与刚度。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。度。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。4）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。作用。2、转子：包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风、转子：包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。扇、轴和轴承等。 1）电枢铁心：电机主磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组）电枢铁心：电机主磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。漆的硅钢片叠压而成。 2）电枢绕组：电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组）电枢绕组：电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。势，从而实现机电能量转换的关键性部件。3.4 直流电机的铭牌数据(额定值) 为了使电机安全可靠地工作，且保持优良的为了使电机安全可靠地工作，且保持优良的运行性能，电机厂家根据国家标准及电机的运行性能，电机厂家根据国家标准及电机的设计数据，对每台电机在运行中的电压、电设计数据，对每台电机在运行中的电压、电流、功率、转速等规定了保证值，这些保证流、功率、转速等规定了保证值，这些保证值称为电机的额定值。值称为电机的额定值。 1额定容量额定容量(功率功率) PN （kW）；）； 2额定电压额定电压 UN（V）；）； 3额定电流额定电流 IN （A）；）； 4额定转速额定转速 nN （rmin）；）； 5励磁方式和额定励磁电流励磁方式和额定励磁电流 IfN（A）。）。额定功率：额定功率：额定输出功率额定输出功率。对对直流发电机直流发电机来说，是指来说，是指输出的电功率输出的电功率，对，对直流电动机直流电动机来说，是指来说，是指轴上输出的机械功率轴上输出的机械功率。直流发电机的额定功率为：直流发电机的额定功率为：直流电动机的额定功率为：直流电动机的额定功率为：直流电动机的额定输出转矩：直流电动机的额定输出转矩：额定 过载 欠载运行状态额定效率3.5 直流电机的电枢绕组n电枢绕组是直流电机的核心部分，在电机的机电枢绕组是直流电机的核心部分，在电机的机电能量转换过程中起着重要的作用。电能量转换过程中起着重要的作用。 因此，电枢绕组须满足以下要求：n在能通过规定的电流和产生足够的电动势前提下，尽可能节省有色金属和绝缘材料；n并且要结构简单、运行可靠等。 元件边1、两个有效边组成一个元件;2、许多元件互联组成一个绕组;3、元件组成的原则:两个相邻异性极 相对应的位置.NSS(元件数元件数)=K(换向片数换向片数)=Ze(虚槽数虚槽数)极轴线：磁极的中心线；极轴线：磁极的中心线；几何中性线：磁极之间的平分线；几何中性线：磁极之间的平分线；P ：极对数；：极对数；元件节距元件节距 （第一节距）：元件两条边的距离，以槽数计，总是整数（第一节距）：元件两条边的距离，以槽数计，总是整数 整数整数NS极距：在电枢铁心表面上，一个极所占的距离，可用槽数表示极距：在电枢铁心表面上，一个极所占的距离，可用槽数表示合成节距合成节距 、第二节距、第二节距 单叠绕组展开图单叠绕组展开图 P3940 元件依次相连，元件的出线端接到相邻的换向片元件依次相连，元件的出线端接到相邻的换向片上，第一个元件的下层边连接着第二个元件的上上，第一个元件的下层边连接着第二个元件的上层边，它放在第一元件上层边相邻的第二个槽内。层边，它放在第一元件上层边相邻的第二个槽内。已知某直流电机的极对数已知某直流电机的极对数P=2 ,Ze=K=S=16,试试画出单叠绕组展开图。画出单叠绕组展开图。1计算绕组数据计算绕组数据2画绕组展开图画绕组展开图 P40（1）先画）先画16根等长、等距的实线（虚线）根等长、等距的实线（虚线）;（2）放磁极）放磁极:N.S(0.7 );（3）换向片）换向片;（4）联绕组）联绕组;（5）确定感应电势方向）确定感应电势方向;（6）放电刷）放电刷.单叠绕组并联支路图单叠绕组并联支路图:单叠绕组的特点单叠绕组的特点n元件的两个出线端联接于相邻两个换向片元件的两个出线端联接于相邻两个换向片 上；上；n并联支路数等于磁极数，并联支路数等于磁极数，2a=2p ； n每条支路由不相同的电刷引出，所以电刷不能少，电每条支路由不相同的电刷引出，所以电刷不能少，电刷数等于磁极数；刷数等于磁极数； n正负电刷之间引出的电动势即为每一支路的电动势，正负电刷之间引出的电动势即为每一支路的电动势，电枢电压等于支路电压；电枢电压等于支路电压；n由正负电刷引出的电枢电流由正负电刷引出的电枢电流 Ia 为各支路电流之为各支路电流之 和，即和，即 Ia=2aia （式中（式中 ia 为每一条支路的电流，即为每一条支路的电流，即 绕组元件中流过的电流）。绕组元件中流过的电流）。 n从上面的分析可知，相同元件数时，单叠绕组从上面的分析可知，相同元件数时，单叠绕组并联支路数多，每条支路里串联元件数少，适并联支路数多，每条支路里串联元件数少，适用于较低电压、较大电流的电机。用于较低电压、较大电流的电机。对于单波绕组，支路对数永远等于对于单波绕组，支路对数永远等于1，每条支，每条支路里所包含的元件数较多，所以这种绕组适应路里所包含的元件数较多，所以这种绕组适应于较高电压、较小电流的电机。于较高电压、较小电流的电机。至于大容量的电机，可以采用混合绕组。至于大容量的电机，可以采用混合绕组。3.6 直流电机的磁场、电枢反应一、直流电机的磁路和励磁方式一、直流电机的磁路和励磁方式：1.磁路磁路2.直流电机的磁势直流电机的磁势n主极磁势主极磁势: Ff=IfWfn电枢磁势电枢磁势: Fa=IaWan换向极磁势换向极磁势: FK=IKWK ( IK=Ia)3.直流电机的励磁方式：直流电机的励磁方式：主极励磁线圈的供电方式主极励磁线圈的供电方式直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式他励式自励式并励式串励式复励式(不同励磁方式电机的特性不同励磁方式电机的特性不同)二、空载时直流电机的磁场分布二、空载时直流电机的磁场分布空载：空载：发电机出线端没有电流输出，电动机轴上不带机械负发电机出线端没有电流输出，电动机轴上不带机械负 载，载，即电枢电流为零的状态。即电枢电流为零的状态。那么那么 ，这时的气隙磁这时的气隙磁 场，只由主极的励磁电流所建立，又称励磁磁场。场，只由主极的励磁电流所建立，又称励磁磁场。主磁通主磁通 ：经过主磁极、气隙、电枢铁心及机座构成磁回：经过主磁极、气隙、电枢铁心及机座构成磁回 路。它同时与励磁绕组及电枢绕组交链，能在电枢绕路。它同时与励磁绕组及电枢绕组交链，能在电枢绕 组中感应电动势和产生电磁转矩组中感应电动势和产生电磁转矩.漏磁通漏磁通 ：仅交链励磁绕组本身，不进入电枢铁心，仅交链励磁绕组本身，不进入电枢铁心， 不和电枢绕组相交链，不能在电枢绕组中感应电不和电枢绕组相交链，不能在电枢绕组中感应电 动势及产生电磁转矩，动势及产生电磁转矩，极靴下气隙远远小于极靴之外的气隙，显然，极靴下沿电极靴下气隙远远小于极靴之外的气隙，显然，极靴下沿电枢圆周各点的主磁场将明显大于极靴范围以外，在两极之枢圆周各点的主磁场将明显大于极靴范围以外，在两极之间的几何中心线处，磁场等于零。间的几何中心线处，磁场等于零。磁管应用磁路欧姆定律求出 P35如上图示:磁管宽为气隙磁阻磁极内表面与电枢外表面之间气隙长度气隙磁导率电枢轴向有效长度磁极中心及附近处磁极中心及附近处:靠近极尖处靠近极尖处:极靴以外极靴以外:两极之间的几何中心线处两极之间的几何中心线处:磁极内表面与电枢外表面之间气隙长度三三 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应电枢反应:电枢磁场对主极磁场的影响.电枢磁动势对主极气隙磁场的影响电枢磁动势对主极气隙磁场的影响:电枢反应对主极磁场的影响电枢反应对主极磁场的影响A:电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁作用，在另电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁作用，在另半个极内则起增磁作用，半个极内则起增磁作用，引起气隙磁场畸变引起气隙磁场畸变;B:使电枢表面磁通密度等于零的位置偏移几何中性线，使电枢表面磁通密度等于零的位置偏移几何中性线，新的等于零的位置我们称之为物理中性线新的等于零的位置我们称之为物理中性线,物理中性线物理中性线偏移偏移;C:考虑饱和时，起到考虑饱和时，起到去磁作用去磁作用。问题问题:1.如何抑制电枢反应? 2.电枢磁场是静止的吗?3.7 直流电机的电枢电动势和电磁转矩一、电枢电动势一、电枢电动势 E ： 电电枢枢电电动动势势是是指指直直流流电电机机正正负负电电刷刷之之间间的的感感应应电电动动势势，也也就就是是电电枢枢绕绕组组里里每每条条并并联联支支路路的的感感应应电电动动势势。所所以以，我我们们可可以以先先求求一一根根导导体体在在一一个个极极距距范范围围内内所所产产生生的的平均电动势，再求一条支路的。平均电动势，再求一条支路的。 一一个个磁磁极极极极距距范范围围内内，平平均均磁磁密密用用 表表示示，极极距距为为 ，电枢的轴向有效长度为，电枢的轴向有效长度为 ，每极磁通为，每极磁通为 ，则，则一根导体的平均电动势为：一根导体的平均电动势为：所以：所以：其中：其中：式中，式中， 是一个常数，称为是一个常数，称为电动势常数电动势常数 一条支路里的串联总导体数为一条支路里的串联总导体数为 （ 为电枢绕组总导为电枢绕组总导体数，体数， 为电枢绕组并联支路对数），于是，电枢电动势为电枢绕组并联支路对数），于是，电枢电动势为：为：一根导体的电动势：一根导体的电动势：二、电磁转矩二、电磁转矩 T (所有导体所有导体)：求解电磁转矩的过程和求解电动势是一样的：求解电磁转矩的过程和求解电动势是一样的：1）先求一个导体的平均电磁力：）先求一个导体的平均电磁力：2）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所受的平均转）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所受的平均转矩：矩：3）电机总的电磁转矩则为：）电机总的电磁转矩则为：式中：式中： 是一个常数，称为是一个常数，称为转矩常数转矩常数， 是电枢电流。是电枢电流。电磁转矩的大小正比于每极磁通和电枢电流。电磁转矩的大小正比于每极磁通和电枢电流。 ， ，对于一个具体的电机而言，是一个常数，并，对于一个具体的电机而言，是一个常数，并且通过换算，两者之间有一固定的关系：且通过换算，两者之间有一固定的关系：直直流流电电机机的的电电磁磁功功率率三三 几点说明几点说明1.大小及物理意义2.方向Ea:右手定则 T:左手定则3.稳态:问题:如何改变电磁转矩及感应电动势的方向大 大（负载转矩）电枢电流负载电流3.8 直流发电机一一 运行原理运行原理发电机规定正方向发电机规定正方向:Ea、 Ia同向同向UIaEa+-nTT1T0If他励他励I2并励并励I2电动势平衡方程式电动势平衡方程式:根据基尔霍夫第二定律，对任一有源的闭合回路，所有电动势之和根据基尔霍夫第二定律，对任一有源的闭合回路，所有电动势之和等于所有电压降和（等于所有电压降和（ ），）， 有：有：二 基本关系其中：电枢回路总电阻：励磁回路总电阻UIaEa+-nTT1T0If他励他励 转矩平衡方程式：转矩平衡方程式： 直流发电机在稳态运行时，电机的转速为直流发电机在稳态运行时，电机的转速为n，作用在电枢上的转矩共，作用在电枢上的转矩共有三个：一个是原动机输入给发电机转轴上的有三个：一个是原动机输入给发电机转轴上的驱动转矩驱动转矩 T1；一个是；一个是电电磁转矩磁转矩T；还有一个是电机的机械摩擦、风阻以及铁损耗引起的转矩，；还有一个是电机的机械摩擦、风阻以及铁损耗引起的转矩，叫叫空载转矩空载转矩，用，用T0表示，空载转矩是一个制动性转矩，永远与转表示，空载转矩是一个制动性转矩，永远与转 速速n的方向相反。的方向相反。 UIaEa+-nTT1T0从原动机输入的机械功率可用下式表示从原动机输入的机械功率可用下式表示 ：并励式中电磁功率式中电磁功率PM为转换成电枢回路的电功率：为转换成电枢回路的电功率：铜耗：铜耗他励功率平衡方程式功率平衡方程式空载损耗空载损耗 为：为：机械摩擦损耗：机械摩擦损耗：铁损耗：铁损耗：杂散损耗：杂散损耗因此：因此：总损耗：总损耗 如此，则发电机的效率为：如此，则发电机的效率为： 额定负载时，直流发电机的效率与电机的容量额定负载时，直流发电机的效率与电机的容量有关。有关。10kW以下的小电机，效率约为以下的小电机，效率约为75%88.5%；10100kW的，效率约为的，效率约为85%90%;1001000kW的电机，效率的电机，效率约为约为88%93%。 P50三 他励直流发电机的运行特性（1） 负载特性指当n=常数且Ia =常数时，U=f(If)的关系，其中当Ia=0时的特性U0=f(If)称为发电机的空载特性。主要物理量:U，Ia，If，n；n常数 (在发电机中)运行特性:研究两者之间的关系.（2） 外特性指当n=常数且If=常数或Rf=常数时，U=f(Ia)的关系（3）调节特性 指当n=常数且U=常数时，If=f(Ia)的关系（4）效率曲线他励直流发电机的空载特性他励直流发电机的空载特性(n为常数为常数 Ia=0)与与相似相似因此因此1）由于铁磁材料的磁滞现象，使测得的曲线由于铁磁材料的磁滞现象，使测得的曲线 是一闭合的回线。是一闭合的回线。2 2）由于电机有剩磁，使得）由于电机有剩磁，使得 时仍有一个时仍有一个很低的电压，很低的电压，称之为剩磁电压，其值约为的称之为剩磁电压，其值约为的%。实际使用时，。实际使用时，一般取回线的平均值（一般取回线的平均值（如图中的虚线所示如图中的虚线所示）作为空载特）作为空载特性。性。3）空载特性）空载特性 与电机的磁化曲线与电机的磁化曲线 形状相似，只差一个比例常数。形状相似，只差一个比例常数。4）他励直流发电机的空载特性是直流电机最基本的特）他励直流发电机的空载特性是直流电机最基本的特 性曲线。并励发电机的空载特性性曲线。并励发电机的空载特性 。分析特性：分析特性：他励直流发电机外特性他励直流发电机外特性 (n为常数为常数 If= IfN)空载电压：Ia=0 U=Ea = U0电流增大时，端电压下降电流增大时，端电压下降负负载载增增大大时时，电电枢枢反反应应的的去去磁磁作作用用增增强强，使使每每极极磁磁通通量减小，从而使电枢电动势减小。量减小，从而使电枢电动势减小。电电枢枢回回路路电电阻阻上上的的压压降降随随电电流流增增大大而而增增大大，从从而而使使端端电压下降。电压下降。 并并励励方方式式下下，端端电电压压下下降降的的更更快快一一些些：负负载载增增大大时时，电电枢枢反反应应的的去去磁磁作作用用增增强强，使使每每极极磁磁通通量量减减小小，这这样样不不仅仅影影响响了了电电枢枢电电动动势势，使使端端电电压压下下降降，同同时时端端电电压压的的下下降降进进一一步步也也影影响响了了励励磁磁电电流流使使之之减减小小，这这样样一一来来，又又使使得得的的电电枢枢电电动动势势双双重重减减小小，所所以以，并并励励下下降降的的更更快一些。快一些。 分析特性：分析特性：他励直流发电机的效率曲线：他励直流发电机的效率曲线：不变损耗：不变损耗：电机的铁损耗和机械损电机的铁损耗和机械损耗等与负载的大小无关，称为不变损耗等与负载的大小无关，称为不变损耗；耗；可变损耗：可变损耗：负载运行时电枢绕组的负载运行时电枢绕组的铜损耗与铜损耗与 成正比，称为可变损耗。成正比，称为可变损耗。不变损耗可变损耗并励直流发电机并励直流发电机在自励在自励过过程中，程中，发电发电机的机的电电压压是否会无限制地增是否会无限制地增长长下去下去呢？呢？If空载特性曲线励磁回路的伏安特性当当发电发电机的机的电压电压上升到上升到P P点所点所对应对应的的电压时电压时，恰好等于，恰好等于励磁励磁电电流通流通过过励磁回路所需的励磁回路所需的电电阻阻压压降，因此降，因此电电枢枢电压电压和励磁和励磁电电流都不会再增加，自励流都不会再增加，自励过过程达到了程达到了稳稳定状定状态态。以上分析可知并励发电机的自励条件：1）电机必须有剩磁。 2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致。3）励磁回路的电阻应小于与电机运行转速相对应的临界电阻。 发电机的转速不同时，空载特性也不同。因此，对应于不同的转速便有不同的临界电阻。 3.9 直流电动机运行原理一 直流电机的可逆原理UIaEa+-nTT1T0If他励他励UIaEa+-nTFTT0If他励他励电动机惯例定正方向发电机惯例定正方向基本方程功率平衡方程式：功率平衡方程式：并励直流电动机从电源输入的电功率为：并励直流电动机从电源输入的电功率为：功率流程功率流程三、直流电动机的工作特性：1 1）转速特性：当）转速特性：当 时，时， 考虑电枢反应的转速特性转速特性曲线转矩特性曲线效率特性曲线2）转矩特性：当）转矩特性：当 ， 时，时，3）效率特性：当）效率特性：当 时，时，3.10 他励直流电动机的机械特性一 机械特性：n=f（T ）R:电枢回路附加电阻（可变）一般表达式一般表达式UIaEa+-nTFTT0If他励他励R二 固有机械特性与特性曲线分析决定于电机本身性能，唯一的。决定于电机本身性能，唯一的。条件：固有机械特性Tnn00TNnN固有机械特性特点理想空载转速：额定转速降：起动电流起动转矩：直接起动电流很大，不能直接起动Tnn00TNnN三 人为机械特性（调速的需要）1、电枢回路串电阻2、降低电枢电压3、减少气隙磁通量Tnn0四 机械特性的绘制根据产品目录的数据可绘出固有机械特性 n=f(T)为一直线，只要两个点即可理想空载点：T=0,n=n0;额定运行点：T=TN,n=nNnT计算n 0 TN估算Ean=(0.930.97)UN伏安法实测Ra精确：近似：3.11 直流电机的换向一、一、 什么是换向什么是换向二、换向元件中的感应电动势二、换向元件中的感应电动势二、换向元件中的感应电动势二、换向元件中的感应电动势1）电抗电动势）电抗电动势 ： 换换向向元元件件中中，在在电电流流变变化化时时，必必然然出出现现由由自自感感与与互互感感作作用所引起的感应电动势，这个电动势称为电抗电动势。用所引起的感应电动势，这个电动势称为电抗电动势。可见电机的负载越重可见电机的负载越重, ,转速越高，则转速越高，则 越大。根据楞次定律，感应电越大。根据楞次定律，感应电动势的作用总是阻碍电流变化的，因为电流是在减少，所以其方向必动势的作用总是阻碍电流变化的，因为电流是在减少，所以其方向必与与+ + 方向相同。方向相同。2 2）电枢反应电动势：）电枢反应电动势： 虽虽然然换换向向元元件件位位于于几几何何中中性性线线处处，主主磁磁场场的的磁磁密密等等于于零零，但但是是电电枢枢磁磁场场的的磁磁密密不不等等于于零零。因因此此换换向向元元件件必必然然切切割割电电枢枢磁磁场场，而而在在其其中中产产生生一种电动势，称为电枢反应电动势。一种电动势，称为电枢反应电动势。为：为：因为因为 , , , ,所以所以 , ,即当负载越重，转即当负载越重，转速越高时，速越高时， 越大。据右手定则可以判定，无论是发电机或电动机越大。据右手定则可以判定，无论是发电机或电动机状态，状态， 的方向总是与换向前元件中电流方向相同，也是阻碍换的方向总是与换向前元件中电流方向相同，也是阻碍换向的。向的。 在在换换向向元元件件中中存存在在着着两两个个方方向向相相同同的的电电动动势势 + + ，因因此此在在换向元件中，会产生附加的换向电流换向元件中，会产生附加的换向电流 ，电刷下产生火花的电磁原因：电刷下产生火花的电磁原因： 由由 所建立的电磁能量所建立的电磁能量 要释放出来。当这部分能量足够大要释放出来。当这部分能量足够大时，它将以火花的形式从电刷边放出，这就是电刷下产生火花的电磁时，它将以火花的形式从电刷边放出，这就是电刷下产生火花的电磁原因。此外还有机械及电化学方面的原因。火花使电刷及换向器表面原因。此外还有机械及电化学方面的原因。火花使电刷及换向器表面损坏，严重时将使电机不能正常运行。损坏，严重时将使电机不能正常运行。制约直流电机的制约直流电机的电流及转速电流及转速 从产生火花的电磁原因出发，减少换向元件的从产生火花的电磁原因出发，减少换向元件的电抗电动势和电枢反应电动势，就可以有效地电抗电动势和电枢反应电动势，就可以有效地改善换向。目前最有效的办法是装改善换向。目前最有效的办法是装换向极换向极。 三、改善换向的方法：三、改善换向的方法：