【正文】 流電動機的換向。換向是一個相當復雜的過程，在換向時，將在電刷與換向器的接觸面上產(chǎn)生火花，不利于電動機的運行，因此在功率稍大的直流電動機上都裝有換向極來減小火花，改善電動機的換向。換向極也由換向極鐵心和換向極繞組所組成，且換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極繞組套在換向極鐵外面，再用螺釘固定在極座上，換向極與主磁極一個隔一個間隔排列均布在機座內(nèi)部。 4． 前、后端蓋 用來安裝軸承和支承整個轉(zhuǎn)子重量，一般為鑄鋼件。前后端蓋利用螺釘固定在機座兩側(cè)。 5． 電刷裝置 通過電刷與換向器表面之間的滑動接觸，把 電樞繞組中的電流引入或引出。 電刷裝置一般由電刷、刷握、刷桿、刷桿座等部分組成，如圖 45所示。對電刷的要求是既要有良好的導電性能，又要有好的耐磨性，因此電刷一般用石墨粉壓制而成。 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子通稱為電樞，是電動機的旋轉(zhuǎn)部分。由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風扇等部分組成。 1．電樞鐵心 作為磁通通路的一部分，并在鐵心槽內(nèi)嵌放電樞繞組。由于電樞鐵心不斷地在 N 極和 S極下旋轉(zhuǎn)，使通過電樞鐵心中的磁通大小及方向都在不斷地變化，因此將產(chǎn)生磁滯及渦流損耗，為了減小磁滯及渦流損耗，電樞鐵 心一般均用~ 厚表面具有絕緣層的硅鋼片疊壓而成，在硅鋼片的外圓沖有均勻分布的鐵心槽，用以嵌放電樞繞組。如圖 46(a)所示。 46 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 2．電樞繞組 用來產(chǎn)生感應電動勢和通過電流，實現(xiàn)機電能量的相互轉(zhuǎn)換。電樞繞組通常都用圓形（用于小容量電動機）或矩形（用于大、中容量電動機）截面的導線繞制而成，再按一定的規(guī)律嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)，如圖 46(b)所示，繞組端頭則按一定規(guī)則嵌放在換向器銅片的升高片槽內(nèi)，并焊牢，成為一個完整的電樞，如圖 45所示。 3．換向器 換向器是把外界供給的直流電流轉(zhuǎn) 變?yōu)槔@組中的交變電流以使電動機旋轉(zhuǎn)。 換向器是由換向銅片和云母片一片隔一片排成圓形組合裝配而成，是直流電動機的關鍵部件，也是最薄弱的部分。 、銘牌與額定值 與三相異步電動機一樣，每臺直流電動機的機座上都有一塊銘牌，銘牌上標明的數(shù)據(jù)稱為額定值，是正確使用直流電動機的依據(jù)。其主要參數(shù)有： 1．額定功率 PN 表示電機按規(guī)定方式額定工作時所能輸出的功率。對電動機而言是指其軸上輸出的機械功率（ W或 kW）。 2．額定電壓 UN 指在正常工作時電機出線端的電壓值。對電動機而言是指加在電動 機上的電源電壓（ V）。 3．額定電流 IN 對應額定電壓、額定功率時的電流值。對電動機而言是指軸上在額定負載時的輸入電流（ A）。 4．額定轉(zhuǎn)速 nN 指電壓、電流和輸出功率為額定值時的轉(zhuǎn)速（ r/min）。 5 勵磁方式是指直流電動機主磁場產(chǎn)生的方式。直流電動機主磁場的獲得通常有兩類。一類是由永久磁鐵產(chǎn)生；另一類是利用給主磁極繞組通入直流電產(chǎn)生，根據(jù)主磁極繞組與電樞繞組連接方式的不同，可分為它勵、并勵、串勵、復勵電動機。分別簡介如下： （ 1）永磁電動機 開始永磁 電動機僅在功率很小的電動機上采用， 20 世紀80 年代起由于釹鐵硼永磁材料的發(fā)現(xiàn)，使目前永磁電動機的功率已從毫瓦級發(fā)展到 100kW 以上。目前制作永磁電動機的永磁材料主要有鋁鎳鈷、鐵氧體及稀土（如釹鐵硼）等三類。用永磁材料制作的直流電動機又分有刷（有電刷）和無刷兩類。永磁電動機由于其具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕；損耗低、效率高、節(jié)約能源；溫升低、可靠性高、使用壽命長；適應性強等突出優(yōu)點而使用越來越廣泛。它在軍事上的應用占絕對優(yōu)勢，幾乎取代了絕大部分電磁電動機；其他方面的應用如汽車用永磁電動機、電動自行車用永磁電動 機、直流變頻空調(diào)用永磁電動機等。 （ 2）他勵電動機 它的特點是勵磁繞組（主磁極繞組）由單獨的直流電源供電，如圖 47(a) （ 3）并勵電動機 勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，因此加在這兩個繞組上的電壓相等，而流過電樞繞組的電流 Ｉ a 和流過勵磁繞組的電流湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 Ｉ f則不同，總電流 Ｉ =Ｉ a+Ｉ f，如圖 47（ b）所示。 （ 4）串勵電動機 勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，因此流過兩個繞組中的電流相等，如圖 47（ c）。 （ 5）復勵電動機 勵磁繞組有兩組，一組與電樞繞組串聯(lián)，另一組與電樞繞組并聯(lián)，如圖 47 (d)。 若復勵電動機的兩組勵磁繞組產(chǎn)生的磁通方向一致時，則稱為積復勵電動機，若產(chǎn)生的磁通方向相反時，則稱為差復勵電動機。 關于絕緣等級、定額的含義可參看三相異步電動機銘牌中的說明。 47 直流電機的電動勢、轉(zhuǎn)矩和功率 直流電機的電動勢 直流電機電樞在旋轉(zhuǎn)時，電樞上的每個繞組元件都要切割主磁場，從而產(chǎn)生感應電動勢。 通過數(shù)學推導可得電樞回路的感應電動勢為 nCE ea ?? (41) 式中， Ce為直流電機電動勢常數(shù)，對于已制成的電機有確定值； φ 為氣隙中每極磁通（ wb）； τ 為極距； n 為電機轉(zhuǎn)速（ r/min）。 當直流電機作發(fā)電機運行時，產(chǎn)生感應電動勢向外電路供電，此時電流方向與感應電動勢方向一致。其電壓平衡方程為 aaa IRUE ?? (42) 式中， Ea 為 發(fā)電機感應電勢（ V）； U 為 發(fā)電機端電壓（ V）； Ia 為 電樞電流（ A）； Ra 為 電樞繞組電阻（Ω）。 直流電機作為電動機運行時，電源供給直流電流，導體 ab、 cd 中的電流方向如圖 48 小圓圈內(nèi)的符號所示。載流導體在磁場內(nèi)受力的作用而形成電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機旋轉(zhuǎn)，并拖動機械負載。電動機轉(zhuǎn)動后，導體 ab、 cd 又切割磁場而產(chǎn)生感應電動勢，方向（用右手定則）如圖 48小圓圈外的符號所示?？梢姼袘妱觿莸姆较蚺c外加電源電壓（電流）的方向正好相反，因此稱為反電動勢，起到與外加電源電壓平衡的作用。由圖 47（ b）所示 并勵（或他勵）電動機的湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 電路圖可得 aaa IREU ?? （ 43） 式中， U 為電樞電動勢（ V）； Ea為電樞電動勢（ V）； Ra 為電樞繞組電阻（Ω）；Ia為電樞支路電流（ A）。 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩 不論是直流發(fā)電機或直流電動機在負載狀態(tài)下工作時，電樞繞組中都有電流通過，因此在磁場中都將受到電磁力的作用，電磁力在電樞上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩。 aΦICT T? （ 44） 式中 ， Φ 為每極磁通（ Wb）； Ia為電樞總電流（ A）； CT為電機轉(zhuǎn)矩常數(shù)； T 為電磁轉(zhuǎn)矩（ N m）。 對電動機來說電磁轉(zhuǎn)矩是拖動轉(zhuǎn)矩，是由電源供給電動機的電能轉(zhuǎn)換而來的，用來拖動負載運動。對發(fā)電機來講電磁轉(zhuǎn)矩則為制動轉(zhuǎn)矩，原動機必須克服電磁轉(zhuǎn)矩才能使電樞旋轉(zhuǎn)而發(fā)出電能。其原因可用圖 49加以說明，當原動機拖動發(fā)電機以轉(zhuǎn)速 n 順時針旋轉(zhuǎn)時，導體 ab 及 cd 切割磁場產(chǎn)生感應電動勢和電流（在小圓圈中用及表示電流方向），同時載流導體在磁場中又將受到力的作用而形成電磁轉(zhuǎn)矩，方向（用左手定則判定）與發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)方向正好相反，故電磁轉(zhuǎn)矩是一個制動轉(zhuǎn)矩，與原動機的拖動轉(zhuǎn)矩相平衡。發(fā)電機輸出的負載電流越大，電磁轉(zhuǎn)矩也越大，于是原動機拖動發(fā)電機的機械轉(zhuǎn)矩也必須增大，以克服電磁轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機繼續(xù)穩(wěn)定運行。 48 49 直流電動機的功率 對他勵直流電動機而言，將式（ 43）兩邊各乘 Ia，并移項可得： 2aaaaa IRIEUI ?? 即 CuPPP ???1 (45) 式中 , P1為電動機輸入電功率； P 為電動機的電磁功率；Δ PCu為電動機的銅損耗。 對并勵或串勵電動機而言，銅損耗除電樞繞組 電阻 Ra 上的損耗外，還應包括電流在勵磁繞組電阻上產(chǎn)生的損耗。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 電磁功率在轉(zhuǎn)換成電動機軸上的輸出功率 P2 的過程中，有一小部分消耗于克服電動機的機械損耗和鐵損耗（總稱空載損耗），用Δ P0表示。則 則 P1 ＝ P2 ＋Δ P0 ＋Δ PCu ＝ P2 ＋Δ P （ 46） 式中 ， P2為電動機輸出功率；Δ P為電動機功率損耗。 直流電動機效率 η 為 %100%10002212 ???????? PPP PPPCu? （ 47） 直流電動機的工作特性 直流電動機的工作特性主要是指轉(zhuǎn)速特性和轉(zhuǎn)矩特性。所謂轉(zhuǎn)速特性是指當加在直流電動機兩端的電壓不變時，電樞電流與轉(zhuǎn)速之間的相互關系。而轉(zhuǎn)矩特性則是指當加在直流電動機兩端電壓不變時，電樞電流與電磁轉(zhuǎn)矩之間的相互關系。當直流電動機工作時，輸出的是電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，因此電動機的轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的變化關系是很重要的特性，這種特性稱為機械特性。 當電動機的勵磁方式不同時，主磁通 φ 隨負載電流 Ia 的變化而變動的情況不同，導致不同勵 磁方式的直流電動機特性有很大差別，下面分別加以討論。 并勵電動機（他勵電動機）工作特性 1． 轉(zhuǎn)矩特性 T＝ f（ Ia） 當電源電壓 U 不變，勵磁電流 If也不變時，電磁轉(zhuǎn)矩 T與電樞電流 Ia之間的相互關系即為轉(zhuǎn)矩特性。由公式 T＝ CMφ Ia 可知，由于磁通 φ 基本不變，因此 T與 Ia近似為正比關系，如圖 410 曲線 T＝ f（ Ia）所示。 2． 轉(zhuǎn)速特性 n＝ f（ Ia） 當電源電壓 U 不變，勵磁電流 If也不變時，轉(zhuǎn)速 n與電樞電流 Ia之間的相互關系即為轉(zhuǎn)速特性。由式（ 41）及（ 43）可得 ?e aaC IRUn ?? （ 48） 由于電樞繞組電阻 Ra一般很小，因此壓降 RaIa很小，即并勵電動機轉(zhuǎn)速隨電樞電流的增加稍有下降，如圖 410曲線 n＝ f（ Ia）所示。這種特性稱硬特性。 3． 機械特性 n＝ f（ T） 直流電動機轉(zhuǎn)速 n 和電磁轉(zhuǎn)矩（可近似看作輸出轉(zhuǎn)矩） T之間的關系即為機械特性。對并勵電動機而言，電磁轉(zhuǎn)矩 T正比于 Ia，故只要將圖 410中 n＝ f（ Ia）曲線的橫坐標由 Ia改為 T，該曲線即代表機械特性曲線 n＝ f（ T）。 410 411 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 串勵電動機的工作特性 1． 轉(zhuǎn)矩特性 T＝ f（