换向性能是直流电机运行品质的重要指标。换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。
当火花大到一定程度,就有可能损坏电刷和换向器表面,使电机不能正常工作。但直流电机运行时,并不是一点火花也不许出现。详细情况请参阅我国有关国家技术标准的规定。
产生火花的原因是多方面的,除电磁原因外,还有机械的原因(如电机振动、换向器偏心、电刷与换向器接触不良等)。由于换向过程中还伴随有电化学、电热等因素,所以换向问题相当复杂,至今尚无完整的理论分析。但是,目前关于换向的理论分析与计算可近似描述换向过程的物理本质,加上人们长期实践中积累的经验,已经能较好地解决现代直流电机的换向问题。
就电磁方面看,换向元件在换向过程中,电流的变化会使换向元件本身产生自感电动势,阻碍换向的进行。如果电刷宽度大于换向片宽度,同时换向的元件不止一个,彼此之间会有互感电动势产生,也起着阻碍换向的作用。自感电动势和互感电动势之和称为电抗电动势。另外,电枢反应磁动势的存在,使处在几何中心线上的换向元件的导体中产生切割电动势,这些电动势的存在会在换向元件中产生电流,这个电流称为附加电流。当附加电流比较大时,可能使得在换向结束时换向元件的附加电流仍不为零,这个电流足够大时会产生火花。