起动电机中的电枢反应为了改善换向,在体积小的直流电机中一般采用移刷,即逆转向将电刷偏离几何中心线一个小的角度,此时电枢反应有直轴电枢反应和交轴电枢反应。电枢反应在2范围内,导体中电流产生的磁势为直轴电枢反应磁势Fad,其对主磁场的作用是去磁的。而在-2范围内,导体中电流产生的磁势为交轴电枢反应磁势Faq,其对主磁场的作用是使得空载时气隙下对称于主磁极轴线的磁场发生畸变,前一半极下被加强,后一半极下被削弱,物理中心线逆转向偏离中心线一个小的角度。由此可见,在前半个极下,Fad为去磁,Faq为助磁,而在后半个极下Fad和Faq均为去磁。离磁极中心线距离越远,去磁作用越强。
电枢反应对磁钢的影响起动电机目前广泛采用的磁钢为永磁磁铁,其与钕铁硼相比,价格便宜,但其剩磁和矫顽力偏低,由Tem=CTIa可知,为确保大的转矩,电枢电流Ia必须较大,起动时Ia最大,较大的Ia会产生很大的交轴和直轴电枢反应磁势,严重时超过磁钢的矫顽力,出现反向充磁,即原同一个极性的磁极上出现反向磁极。这是通过试验验证过的,这种现象的出现会加剧火花的产生。
磁极的反向充磁起动电机中的换向换向是指元件通过电刷时元件中电流改变方向的过程,换向不良会产生火花。一般认为火花产生的原因有三个方面,一个是电磁原因,一个是机械原因,而另一个是化学原因,其中主要为电磁原因。所谓电磁原因,是指换向时,换向元件1中存在感应电势,产生附加电流,该电流阻碍换向元件中电流方向的改变,产生火花。换向元件中的感应电势有自感电势、互感电势和换向元件切割交轴电枢反应磁场产生的旋转电势。这些电势的方向与换向前的电流方向相同阻碍换向。移刷带来的问题起动电机体积小,无法装置换向极来改善换向,只可以采用移刷,即逆转向偏离一个角度,使得换向元件所在处的主磁场不为零,换向元件切割这个主磁场产生与ex和ea方向相反的感应电势er,来抵消ex和ea的作用。
由电枢反应和磁钢的性能分析可知,当电枢反应使磁场出现反向充磁时,磁极的后极尖出现反向图5换向元件中的感应电势er磁场,因而此时移刷后换向元件切割主磁场产生的感应电势er方向与ea和ex的方向相同,产生更大的e和iK,加剧火花的产生,对换向更不利,此时移刷的角度应超过CD段,但电枢反应去磁作用更强,使性能下降。因此在这种电机中,选择什么样的磁钢,确保磁钢不会反向充磁,如何移刷,移刷的角度是设计加工时必须考虑的问题。移刷的角度可通过多次试验,观察火花的大小,选择最佳角度。采用钕铁硼,利用钕铁硼大的剩磁,提高每极磁通,减少电枢电流ia,从而减小电枢反应,改善换向。总之,由于起动电机的特点,电枢反应和磁钢对换向都有较大的影响,必须加以重视。