[科普中国]-换相器

换相器俗称整流子，是直流永磁串激电动机上为了能够让电动机持续转动下去的一个部件。

简介换相器，中国大陆叫换相器，台湾地区叫整流子。

通常来说，可以分为两大类：（1）铜壳式（卷筒式）：适用一些低速马达上使用，外壳是用铜片卷成圈之後再切沟的，所以称之为铜壳式。（2）插片式：用多等份铜片（排）整齐排列後，经过注入电木粉，成型等工艺後，适用於较高速的马达。

换向器包括：机械换向器、半塑换向器、全塑换向器。汽车用起动机上采用的换向器主要用机械拱形换向器、塑料换向器。

原理有刷电机里面，具有互相绝缘的条状金属表面，随电机转子转动时，条状金属交替接触电刷的正负极，实现电机线圈电流方向的正负交替变化，完成刷电机线圈的换相。有刷电机里面，具有相互绝缘的条状金属表面。

当线圈通过电流后，会在永久磁铁的作用下，通过吸引和排斥力转动，当它转到和磁铁平衡时，原来通着电的线较对应换向器上的触片就与电刷分离开，而电刷连接到符合产生推动力的那组线圈对应的触片上，这样不停的重复下去，直流电动机就转起来了。如果没有换向器的作用，那电机只能转不到半圈就卡死了，只能当作电刹车了。利用电机旋转时产生的离心力作为动力，控制起动电阻的大小，达到减少电机起动电流、增加起动转矩，使绕线式异步电念头实现无刷自控运行的装置。它主要由机壳、起动液、动极板、弹簧、接线柱、安全阀、排气阀等构成。该液阻起动用具有起动电流小，起动转矩大，自动适应电源及负载的变化，保护电机等特点。换向器是高速旋转的设备，其转子绕组会受到电动力和离心力的作用，虽然一直以来均是在额定参数下运行，但转子绕组与换向器升高片的焊接口处是换向器转子的薄弱环节，且是采用传统的焊锡工艺，结合片间直流电阻测量结果，判断转子绕组与换向器升高片之间的焊接点虚松，致使端部导线疲劳，使接触电阻增大，发热量增加，加速接触面的氧化，使接触电阻进一步增加，发热量进一步增大，如此恶性循环，最终导致换向器转子绝缘在高温下烧损，对地弧光放电，而损毁换向器。换向器解体检查的结果表明，转子绕组的测试有关数据和判断结论准确无误。电机换向器在工作时除了传输纵向电流外，还存在着在短路电枢线圈中进行的电流换向任务。这些电流是在主电流电机换向器时而产生的反向电流和电抗电压，致使电刷在电机表面滑动时会引起边部火花及电弧。

换相换相是换流器在运行时，借助于换流阀的开通和关断，使流经换流器的电流从一个电流路径转移到另一个电流路径的物理过程。

整流器换相过程：假定理想换相的条件是：①三相交流电源的电动势是对称的正弦波，且频率恒定；②交流电网的三相阻抗是线性而对称的；③平波电抗器的电感值很大，因而直流侧的电流是平直的；④换流阀的特性是理想的，即通态压降和断态电流均小到可以忽略不计；⑤6个换流阀的触发脉冲是等距的。

逆变器换相过程：直流输电逆变器换相过程与整流器相类似，也是靠逆变器所连接的交流系统提供换相电压和换相电流来实现。

人工换相：利用附加元件和电路，在原有正弦波换相电压上叠加某一定波形的附加电压，保证换流阀在将要触发开通之前瞬间起，阀电压为正值，也可使换流阀退出导通开始关断时，特别是逆变器阀开始关断时，还应该紧接着有一段足够长的时间使阀处于反向电压下，以保证阀阻断能力的恢复1。

换相器火花的消除运行中整流子或滑环上的电刷出现火花时，的消除方法

在安装或修理后发生火花的原因1电刷研磨不良，其表面未能全部工作。消除方法：应重磨电刷或使发电机在轻负荷下作长时间运行，一直到磨好为止。

2.电刷装置的位置不对。消除方法：重新配置刷框位置，并使其与整流子的中心线并行。

3.电刷未放在中性点上（有换向极的励磁机）。消除方法：找出励磁机的中性点，将电刷正确地放在中性点上。

4.各整流区之间的距离不均匀。消除方法：沿圆周检查各电刷问的距离，必须时应进行找正，使其误差在士0.5mm以内。

5.电枢与磁极（主极与换向极）间的气隙不均匀。消除方法：调整气隙，使各气隙与平均值之差不超过规定的数值。

6.电刷引线回路中的接触电阻大，造成负荷分配不均匀。消除方法：检查电刷与铜瓣的接触及引线回路中各螺丝是否上紧，接触是否良好。

7.由于弹簧与电刷没有绝缘，电流流经弹簧使弹簧发热变软、失去弹性。消除方法：将弹簧与电刷绝缘，如弹簧已失去弹性，则必须更换。

8.在整流子上发生连续的火花而转变为弧形火花。消除方法：整流子很清洁，根据上述原因检查未发现缺陷，电刷过软，换用较硬的电刷。

9.换向极的补偿度不合。消除方法：进行无火花区试验，根据试验结果，调整换向极的气隙或换向极线圈的匝数。

10.换向极连接不正确。消除方法：检查磁极极性，换向极的极性应当是在电枢转动时，电枢线圈应先通过同极性的换向极，然后通过其主极。

11.整流子表面氧化膜未很好建立。消除方法：在轻负荷下持续运行，逐渐增加转子电流，使其建立氧化膜。

运行中发生火花的原因1.电刷牌号不符合规定，或部分换用了不同牌号的电刷。消除方法：检查电刷牌号，更换成制造厂指定的或经过试验适用的电刷。

2.电刷压力不均匀，或不符合要求。消除方法：用弹簧秤检查电刷压力，进行调整（电刷的压力应按制造厂规定，制造厂无规定者可调整到不发生火花情况下的最低压力，一般为200～300g/cm），特别注意使各电刷的压力均匀，其差别不应超过10%。

3.电刷磨短。消除方法：电刷磨短至规定值时必须更换，一般由刷下边距铜瓣最少应有5～6mm。

4.整流子和电刷表面不洁，根据不洁程度，可能在个别电刷上，也可能在全部电刷上发生火花，电刷烧伤很严重。消除方法：（1）用帆布浸少许酒精擦拭整流子；（2）用干净帆布擦电刷表面；（3）在研磨工具上，覆以细玻璃砂纸（00）号）研磨整流子。

5.电刷和引线、引线和接线端子间的连接松动，发局部火花。消除方法：检查电刷与铜瓣的接触及引线回路中各螺丝是否松动。

6.电刷在刷框中摇摆或动作滞涩，火花随负荷而增加。消除方法：检查电刷在刷框内的情况，能否上下自由活动，更换摇摆的和滞涩的电刷。电刷在刷框内应有0.1～0.2mm的间隙。

7.电刷振动，火花依振动大小而不同，其原因可能如下：整流子的磨损不均匀，片间云母突出，电刷松弛，机组振动等，查明振动的原因并消除之。

8.整流子整片内侧过脏，造成整流片问短路或整片开焊。消除方法：停机进行清扫，将炭末等脏物用压缩空气吹净，开焊处则须重焊（最好采取银焊）。

9.整流片间绝缘突出，整流子上有磨损或撞伤。消除方法：修整整流子的片间绝缘，云母应凹下1～1.5ram，整流子磨损或撞伤严重，必要时进行车磨。

10.整流子不圆或表面不平整。消除方法：在停机时检查整流子的状态。用千分表测量整流子表面的摆度（最大值与最小值之差），不应超过0.05mm（3000r/min）或0.07ram（1500r/min）；流子表面的凹凸不平，不应超过0.5～1.0mm，否则，应进行车磨。为了使整流子的磨损均匀，在整流子上的电刷应错开排列。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学