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他励直流电机的励磁绕组由单独的直流电源供电，与电枢绕组没有电的联系，励磁电流的大小不受电枢电流的影响会产生火花。产生火花的原因主要有电磁性的、机械性的、化学性的和电位差的等。改善换向是为了尽可能地消除火花。消除火花首先应从限制附加电流入手，其途径有两个：一是减少换向回路的合成电动势二是增大换向回路的接触电阻。常用以下几种方法。

装设换向磁极

装设换向磁极是改善换向常用的方法，除少数小容量直流电机外，一般均装设换向磁极。

换向磁极准确地装在主磁极间的几何中性线上，产生一个与电枢磁场反方向的换向磁场，使换向元件切割换向磁场产生的旋转电动势，正好可以抵消换向元件切割电枢磁场产生的旋转电动势和换向元件的电抗电动势就可以消除电刷的火花，从而改善了换向。容量为1kW以上的直流电机都装有换向极。

换向极极性确定的原则是换向极绕组产生的磁动势方向与电枢反应磁动势方向相反，中电枢绕组中的电流方向为：N极下方的导体是流出纸面，S极上方的导体为流入纸面，故电枢磁动势的方向是从左指向右。为了抵消电枢反应磁动势，则换向极的磁动势方向必须与电枢磁动势方向相反，即从右指向左，因此换向极绕组中的电流方向必须是。为了在负载变化时始终有效地改善换向，换向极绕组中应流过电枢电流，即换向极绕组与电枢绕组串联。

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运用上述结论，直流发电机顺着电枢旋转方向看，换向极极性和下面主磁极极性一致。对直流电动机而言，和下面主磁极极性相反。但是一台直流电机按照发电机确定了换向极绕组串联于电枢绕组的方向后，运行于电动机状态时不必改换接法，因为已同时改变了电枢电流和换向极绕组电流的方向。

直流电机运行时，每个支路中电流的方向是一定的，但同一个电刷两侧支路中电流的方向是相反的。电枢旋转时，电枢元件将经过电刷由一条支路进入另一条支路，元件中电流的方向要发生一次改变，这一现象称为换向。换向是否理想，影响着直流电机运行的可靠性。换向过程

从换向开始到换向结束的过程就称为换向过程。电枢绕组中每个元件都要经过换向过程，所有元件在换向过程中的情况一样，只需要讨论一个元件的换向过程就可以了。表示元件1的换向过程。

当直流电机处于的时刻，电刷仅与换向片1接触，元件1属于电刷右侧的支路，其电流方向为逆时针，并规定为此刻元件1处在即将换向的位置。

当直流电机处于的时刻，电刷同时与换向片1和换向片2接触，元件1既不属于右侧支路，也不属于左侧支路，而是处于换向过程中。

当直流电机处于的时刻，电刷仅与换向片2接触，元件1已属于电刷左侧的支路，其电流方向变为顺时针，并规定为此刻元件1换向结束，元件2处于即将换向的位置。

换向过程所需的时间称为换向周期T，通常只有千分之几秒。

元件的换向过程换向元件中的感应电动势和电流变化的特点

（1）换向元件中的感应电动势

① 电抗电动势。在换向过程中，由于换向元件中电流从的变化，在换向元件中产生自感电动势，其方向由楞次定律可知，它总是阻碍原电流的变化，即方向应与换向前电负电刷之间的感应电动势，也即是每条支路里的感应电动势。

每条支路所含的绕组元件数是相等的，而且每个支路里的元件都是分布在同极性磁极下的不同位置上。这样，先求出一根导体在一个极距范围内，切割气

隙磁通密度的平均感应电动势，再乘以一条支路里总的导体数，就是电枢电动势

当直流电动机的主磁场和电枢元件的电流均与发电机相同时，则电枢的旋转方向与之相反。

直流电机的基本特性

直流电机的磁场和电枢反应

直流电机的磁场是由主磁场（励磁磁场）和电枢磁场合成的一个合成磁场，它对直流电机产生的电动势或电磁转矩都有直接的影响，而且直流电机的运行特电枢反应使磁极下磁力线扭斜，磁通密度分布不均匀，合成磁场发生畸变。磁场畸变的结果，使原来的几何中处的磁场不再等于零，磁场为零的位置，即物理中性线按逆时针旋转方向移动角度，物理中性线与几何中性线不再重合。

② 电枢反应使主磁场削弱，电枢磁场使每一个磁极下的磁通势发生变化，如N极下的左半部分的主磁极磁通势被削弱，右半部分的主磁极磁通势被增强。每一个磁极下的合成磁通量仍应与空载时的主磁通相同。但在实际工作时，直流电机的磁路总是处在比较饱和的非线性区域，因此增强的磁通量小于减少的磁通量，故负载时每极的合成磁通比空载时每极的主磁通小，称此为电枢反应的去磁作用。因此，负载运行时的感应电动势略小于空载时的感应电动势。4.发电机的电枢反应