[科普中国]-叶栅换向器-

叶栅定义

叶栅是指在某一半径r上，用其轴圆柱面将涡轮叶片截断，然后再将这一截面展成平面，从而得到叶栅。叶栅的基本几何参数有叶型弦长、栅距、相对栅距、叶栅稠度、叶型安装角、叶型出口角等。

把按照一定规律排列起来的相同机翼之系列，叫做翼栅。翼栅问题是单个机翼问题的推广。翼栅理论在工程上得到广泛应用，特别是在叶片式流体机械方面。因此，翼栅常被称为叶栅，组成它的机翼也就叫做叶片了。1

分类在工程实际当中所遇到叶栅多种多样，为便于分析和讨论问题，可以给这些叶型加以分类。但从不同角度又可得出不同的分类，这里仅就水力机械中常用到的分类法，介绍两种。

根据绕流流面分类叶栅

平面叶栅如能将绕叶栅液流分成若干等厚度流层，这些流层本身为平面或这些流层虽为曲而，但若沿流线切开后，能铺展成一平面者，称这类叶栅为平面叶栅。绕这类叶栅的流动为平面流动。例如水轮机的导叶叶栅，低比速水轮机和水泵的转轮叶栅等，绕流这些叶栅的流面本身就是平面；而轴流式水轮机、水泵和风机等转轮叶栅之流面，虽为圆柱面，但顺流线切开后可展成平面。所以上述叶栅均为平面叶栅。

空间叶栅如果无论怎样分绕叶栅的液流，既得不到平面流层，也得不到可以展成平面的曲面流层时，则叶栅就叫空问叶栅。混流式水轮机及泵叶轮属于这类叶栅。

按展开流面上列线形状分

直列叶栅

列线成一无限长直线者为直列叶栅。轴流式叶轮属于此类叶栅。

环列叶栅

列线为一圆形围线者，称环列叶栅。低比速水轮机及水泵叶轮，均为环列叶栅。2

换向器定义换向器（英文：commutator ）是直流电机、交流串激电动机上作为电流换向，为了能够让电动机持续转动下去的一个部件，俗称整流子。

结构上，换向器是几个接触片围成圆型，分别连接转子上的每个触头，外边连接的两个电极称为电刷与之接触，同时只接触其中的两个。3

换向器原理及分类换向器包括：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。

原理是，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，致使电刷在电机换向器表面滑动时会引起边部火花及电弧.电机换向器对电机机能的影响，取决于在一定前提下其与电刷相对高速滑动时实现电路导通的过程.尽管这个过程的描述比较复杂，且理论研究尚在发展之中，但通过海内外微电机运行状况的对比分析，可以确定，磨损是导致接触电阻变化的最枢纽因素换向器主要有钩型、槽型、平面型等规格.选用入口原材料精制而成，产品的机能达到国际提高前辈水平，广泛用于电动工具、家用电器、汽车、摩托车电机等领域；集电环、碳刷架、接线板具有各种规格型号产品，应用于汽车发电机、汽油发电机等领域.换向器是起整流作用，其作用是使电枢绕组中的电流方向是交变的，以保证电磁转矩方向始终不变.在发电机中，换向器能使元件中的交变电势变为电刷间直流电势；在电念头中它能使外加直流电流变为元件中的交流电流，产生恒定方向的转矩.换向器与滑环电机的信息：

换向器由电刷和换向环组成，碳刷就是电刷的一种。由于转子的转动，电刷始终与换向环进行摩擦，且在换向的瞬间还会产生电火花灼蚀，所以电刷是直流电机里的易损件。

为了提高直流电机的使用寿命、运转稳定性以及降低直流电机的噪声和电磁干扰，无刷直流电机有逐步取代有刷电机的趋势.

交流异步电机分两种：一般工厂用起动负载比较大用的绕线式异步电动机上有滑环故用电（碳）刷（如起重、轧钢电机等），而轻载启动的用鼠笼式感应电动机没有滑环故不用电（碳）刷（如电风扇、洗衣机、空调、冰箱等）.直流电机都有换向器，故用电（碳）刷.手电钻一般属直流电机，台钻属交流异步感应电机；一般玩具及电动剃须刀虽说是直流电机，但由于结构简单为降低成本里面用的是含磷的带弹性的黄铜片用于代替了电（碳）刷换向装置，是电动剃须刀的易损件（电机里面的线包一般不会坏的）.

一般交流电机不用恒磁场，所以用不着换向器，也就无须电刷；但交流电机的体积一般都比较大.家用电器使用的电机一般都是交流电机，如电扇、洗衣机、冰箱、空调等都没有碳刷，但也有使用直流电机的，如许多的电动剃须刀、厨房小电器、电动自行车等都有碳刷，就是直流电动机（不包括无刷的）都有。使用干电池的电机都是直流电机。4