电枢反应与中性轴的移动

电刷放在何处才无火花

作发电机运行的直流电机中，主磁通（竖直）与电枢交轴磁通（水平）合成后，合成磁通向旋转方向倾斜，磁通为 0 的物理中性线（金色虚线）也随之偏移。换向必须在磁通为 0 处进行；用标签把电刷放到三个位置上试一试，只有一个位置能让火花消失。这个位置在哪里，就是本课要回答的问题。

电枢也成为磁体

带负载时电枢绕组中有电流，这一电流产生的电枢磁动势轴线指向电刷轴线，即几何中性线方向。如果主磁通从磁极竖直穿过电枢，电枢磁通就是与之垂直的水平方向。这个交轴磁通就是电枢反应的起点。

两磁通的矢量和推移中性轴

主磁通与电枢交轴磁通互相垂直，所以合成磁通按两者的矢量和倾斜；磁通密度为 0 的物理中性线始终与合成磁通垂直，于是从几何中性线偏移同样的角度。发电机中它顺着旋转方向偏移；电动机中电枢电流方向相反，它逆着旋转方向偏移。偏移角随电枢电流增大而增大，图中的倾斜只是某一负载下的例子。一侧磁极尖端磁通集中而饱和，另一侧减弱，因此总磁通可能略有减少（去磁作用）。

保护换向的三种校正

把电刷移到新的物理中性线上，在该负载下换向就很干净，但每个负载的偏移角都不同，每次都得重新移动。换向极是放在几何中性线位置上的小磁极，与电枢电流串联绕制，强弱随负载变化，在换向线圈中产生恰当的反向电动势，从而消除火花。补偿绕组嵌在磁极表面的槽里，就地抵消电枢交轴磁通，从根本上防止磁通畸变。电机越大，越倾向于同时使用换向极和补偿绕组。

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只有把电刷顺着旋转方向移到物理中性线上时，火花才消失。电枢交轴磁通与主磁通按矢量合成，使合成磁通倾斜，并把磁通为 0 的中性线推开同样的角度。换向必须在磁通为 0 处进行，所以留在原处的电刷会错开而打火。电枢反应动摇了 B1 中换向器在过零点切换连接的约定，因此要靠移动电刷，或靠与负载无关都能起作用的换向极和补偿绕组，把过零点守在原位。

电枢反应既是直流电机的麻烦，也是设计功夫的体现。掌握了中性线和磁通之后，接下来讨论同一台电机作电动机运行时，由磁通和电枢电流产生的转矩和转速。下一课讨论转矩 T ∝ Φ·Ia 与转速 N ∝ (V - IaRa)/Φ 的关系，以及改变励磁来调速的方法（MC-B3）。