直流电机如何完成换向及换向极的作用

直流电机通过换向器的作用，在电枢绕组中完成电流方向的周期性变换，从而保持电磁转矩方向恒定，实现连续旋转。换向极则是通过产生与电枢磁场相反方向的磁场，改善电机的换向效果，减少火花产生。

直流电机在运行过程中，需要不断地改变电枢绕组中电流的方向，以保持电磁转矩的方向不变，从而实现电机的连续旋转。这一过程是通过换向器实现的。换向器由一系列相互绝缘的铜片组成，每个铜片都与电枢绕组的一个线圈相连接。当电枢旋转时，电刷与换向器上的铜片接触，从而将直流电源转换为电枢绕组中的交变电流。

具体来说，直流电机在启动时，电枢绕组中电流的方向与磁场方向一致，产生电磁转矩，使电枢开始旋转。随着电枢的旋转，电刷与换向器上的铜片接触位置发生变化，使得电枢绕组中电流的方向也相应改变。这样，电磁转矩的方向始终保持不变，电枢就能持续旋转。

然而，在换向过程中，由于电枢绕组中的电流方向发生突变，会在换向元件中产生较大的自感电动势，导致换向火花产生。这不仅会降低电机的效率，还可能损坏电机的换向器。为了解决这个问题，直流电机中设置了换向极。

换向极通常位于主磁极之间，由铁心和绕组构成。换向极的绕组与电枢绕组串联。当电枢旋转到换向极附近时，换向极产生的磁场与电枢磁场方向相反，从而抵消或削弱了电枢磁场对换向元件的影响，减少了换向火花产生。

此外，换向极还能改善换向元件中的电抗电动势和电枢反应电动势，进一步减少换向过程中的能量损耗。总之，换向极在直流电机中起到了至关重要的作用，它保证了电机的正常运转，提高了电机的性能。

在实际应用中，为了选择合适的换向极，需要综合考虑电机的负载、转速、功率等因素。通常，换向极的极性与发电机的下一个主极极性相同，而与电动机的极性相反。这样，换向极能有效地改善电机的换向效果，减少火花产生，提高电机的运行效率。