极客教程直流电机中的电枢反应
什么是直流电动机?
电能可以转换为机械能，也可以通过一种称为直流电动机的机电装置转换为机械能。
直流电动机，有时称为直流电电动机或直流电发电机，分别将电能转换为机械能和机械能转换为电能。同样的装置也可以发挥发电机或电动机的作用。直流电动机和直流电动机的结构是一样的。
直流电机的工作
直流电机运行的基础是载流导体线圈置于磁场中时所产生的转矩。这个转矩使导体线圈在磁场内旋转。要确定这个产生的扭矩的方向，可以使用弗莱明的左手法则。下面是计算出的产生的力。
F=BIL
其中,
F =产生的力的大小
- B =通量密度
- I =电流
- L =导体的长度
直流电机中的电枢反应
在直流电动机中，碳刷总是位于磁中性轴上。几何中性轴和电磁中性轴在空载状态下相遇。因此，当机器加载时，其电枢磁通具有三角波结构，并沿极间轴(磁极之间的轴)方向运动。因此，主磁场变成交叉磁化，电刷轴就变成电枢电流流动的方向。由于交叉磁化效应，当电机运行时，磁通集中在领先极尖端，当发电机运行时，磁通集中在落后极尖端。
术语“电枢反应”是指电枢磁通如何影响主磁通。直流电动机的合成通量在前导极尖端较强，在后极尖端较弱。
领先和落后的极点尖端是什么意思?
磁极的前端是电枢导体进入影响的前端，后端是反向的前端。例如，如果在上图中电机逆时针转动，那么北极较低的尖端即为先导尖端，南极较高的尖端即为先导尖端。如果运动确实是反向的(就像发电机一样)，那么尖端就会被切换。在直流发电机中，由于交叉磁化的结果，磁中性轴在负载下沿旋转方向变化，而在直流电机中则沿相反方向变化。如果电刷留在原来的位置，发电机或电动机产生的电动势就会减少，在换向过程中引起明显的火花。这是因为只有电刷线圈受换向影响，而交替极影响换向线圈(将其位置从北极改变到南极或反之)。
因此，电流的方向很快从+i切换到-i，反之亦然。因此，线圈会遇到一个非常高的电抗电压(L*(Di /dt)，它以热能逃逸并产生火花，破坏电刷和换向器部分。以下技术被用来减少上述的负面影响和增强机器的功能:
刷的转变
电刷的移动方式可以使磁通之间的气隙减小，例如发电机动作时沿旋转方向移动，而电机动作时沿旋转方向相反。这将提高电机的速度，并降低发电机中的感应电压。由此产生的退磁磁动势(mmf)由:
F=NI
其中，N -感应线圈的匝数
I -电流
刷移位严重受限;因此，如果负载、旋转方向或操作方式发生变化，刷必须移动到新的位置。因此，只有非常微小的机器才可能使用刷移位。刷子同样固定在这个位置，对应于正常的负荷和操作模式。这些缺点使这种策略一般不太受欢迎。
Inter Pole
由于电刷移位的限制，几乎所有大中型直流电机现在都采用内极点。极间轴有又长又细的极，称为极间。在发电机动作的情况下，后面的极是接下来将被旋转的极，而在电机动作的情况下，后面的极是在发电机动作后将被旋转的极。inter pole的目的是平衡inter polar axis的电枢响应mmf。由于inter极和电枢是串联的，当电枢的电流流向不同的方向时，inter极的方向就会发生变化。
这是电枢反应的mmf方向位于极间轴的结果。电抗电压(L di/dt)被换流电压完全中和，换流电压也提供给正在进行换流的线圈。因此，可以防止打火。
两极间绕组承载电枢电流，并按预期工作，无论负载、旋转方向或操作方式，因为它们总是与电枢保持串联。为了保证它们只影响正在进行换向的线圈，并且它们的影响不会延伸到其他线圈，内部极点被做得更小。为了防止饱和和增强响应性，间隔极的基底被做得更宽。
补偿绕组
直流器件的换流困难并不是唯一的问题。当运行与重大负载，交叉磁化电枢响应可能导致在发电机和电机的领先极点尖端和落后极点尖端分别极高的磁通密度。
这个线圈可能产生一个感应电压高到足以引起相关相邻换向器段之间的闪络，因为它靠近换向区(在电刷处)，在换向过程中空气温度可能已经很高了。
这种闪络可能会影响到附近的换向器段，并最终点燃一场全面的大火，在换向器表面从刷子蔓延到刷子。电压L*当机器受到快速变化的负载时，出现在机器相邻换向器段上的Di /dt也可能增加到一个足够高的值，导致相邻换向器段之间出现闪变。由于其下面的线圈具有最大的电感，这将从极点的核心开始。这可能会导致类似于前面提到的火灾。当负载从发电转移到电机动作时，这个问题更加严重，因为感应的电动势和电压L di/dt将相互支持。
补偿绕组由平行于轴的导线组成，这些导线植入极面，在极弧下方的电枢导线的相反方向上携带电枢电流。初级磁场已被完全补偿。电枢电路中的电感也减少了，从而增强了系统的响应性。无论负载、旋转方向或操作方式，补偿绕组都能充分发挥作用。自然地，它有助于换向，因为极间绕组免除了其抵消极弧下电枢mmf的责任。
补偿绕组的主要问题:
- 在插电或严重超载的巨型机器上
- 小电机容易受到突然反转和快速加速的影响。
需要记住的要点
- 位于极弧下方的电枢导体主要负责交叉磁化电枢反应效应。这种电枢响应效应可能导致高负载下(在电机中)发电机的前端极尖和后端极尖的磁通密度增加。由于极靴的饱和，磁通密度的增加可能小于极靴其余部分磁通密度的减少。这将最终导致每极通量的净减少。这种现象有时被称为由于使用补偿绕组而产生的交叉磁化电枢反应的退磁冲击。
- 电枢绕组与补偿绕组和极间绕组串联耦合，这些绕组位于电枢的相对两侧。
- 极间绕组的主要工作是增强换流过程，补偿绕组的工作是弥补净气隙磁通的变化，使其保持恒定。