【正文】 速一直調(diào)到額定轉(zhuǎn)速，速度變化平滑，通常稱為無級調(diào)速。這種調(diào)速方法的特點是： （ 1） 由于調(diào)速在勵磁回路中進(jìn)行，功率小，故能量損耗小，控制方便。 （ 3） 在調(diào)速電阻上有較大的能量損耗，即經(jīng)濟(jì)性能較差。所謂制動就是加上一個與電動機(jī)轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩，用來使電動機(jī)迅速停轉(zhuǎn)或限制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。對于串勵電動機(jī)而言，由于磁通隨 Ia 的變化而變化，不能保持不變。 3．反接制動 反接制動利用改變加在電樞繞組上的電壓方向（使 Ia反向）或改變勵磁電流的方向（使 φ 反向），從而使電磁轉(zhuǎn)矩 T 反向成為制動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)勵磁繞組通入勵磁電流，各主磁極極性依次呈現(xiàn)為 極和 極，由于電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對稱，不論極數(shù)多少，每對極的磁路是相同的，因此只要分析一對極的磁路情況就可以了。因此，在極靴下，氣隙小，氣隙中沿電樞表面上各點磁密較大；在極靴范圍外，氣隙增加很多，磁密顯著減小，至兩極間的幾何中性線處磁密為零。 此時，電樞電流以電刷為分界線，相鄰兩電刷間的電樞圓周上的導(dǎo)體電流方向都相同，而每一電刷的兩側(cè)的導(dǎo)體電流方向相反。以支路中點為基準(zhǔn)，任取一磁通管 ，通過磁通管所形成的回路的磁勢 Fa 等于此回路中所包含的全電流。但在極間區(qū)域，由 于空氣隙變得很大，雖然凡繼續(xù)增加，但磁密 B。 圖 141(b)中 由主極磁勢單獨建立的主磁場沿電樞表面的分布曲線 (梯 形 )。如圖 142 所示，在極尖處的磁密大大增加，線圈處在這個部位時，感應(yīng)電勢很大使所接兩個換向片間電壓很大，可能超過換向片間的安全電壓，產(chǎn)生火花或電弧 .使電機(jī)損壞。若凡與主極班勢方向相反，起去磁作用。因此，火花的大小直接反映了直流電機(jī)換向性能的好壞。 直流和脈流牽引電動機(jī)在運(yùn)行過程中的火花情況，除使用專門的儀器側(cè)量外，是很難直接觀察到的。 換向元件從換向開始到換向結(jié)束所經(jīng)歷的時間稱為換向周期，以 Tk表示，如圖所示， Tk也就是換向過程中換向器在空間移動距離 bb 所需的時間。換向極極性正確，以使它的磁勢與交軸電樞反 應(yīng)磁勢相反。 （ 1）電阻換向 當(dāng) arK eee ?? 時為理想換向情況，此時，元件中的合成電動勢 e? =0，換向元件中的電流的變化取決于換向元件回路電阻，故成為電阻換向。 機(jī)械原因 由于機(jī)械原因，如牽引電動機(jī)運(yùn)行中 的強(qiáng)烈振動或電刷與換向器裝配工藝不符合燒定要求，使電刷和換向器接觸不良而產(chǎn)生的火花，稱為機(jī)械火花。機(jī)械火花呈紅色或是黃色，連續(xù)而較粗，沿切線方向飛出，且在換向器表面產(chǎn)生沒規(guī)律的黑痕。因此，在電機(jī)運(yùn)行時，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常注意和檢查換向器的表面狀態(tài)，觀察薄膜的變化情況，許多牽引電動機(jī)的故障在尚未造成破壞前，往往可以根據(jù)換向器表面的異常狀態(tài)來進(jìn)行早期診斷，找出故障發(fā)生的原因和部位，及時進(jìn)行處理，以保證電機(jī)正常運(yùn)行。但是，如果單純增大換向極和電樞表面間的氣隙，將使漏磁通增加，而換向極漏磁通也是造成換向極磁路飽和的重要因素。 （ 3）換向極磁路處 于不飽和狀態(tài) 換向電動勢 Ke 是換向元件切割換向區(qū)磁密 KB 產(chǎn)生的，只有磁路不飽和時，才能保證 KB 與電樞電流 Ia 成比例變化，滿足 Ke 正比于 Ia 的要求。從運(yùn)用觀點來看，只要薄膜是 均勻的、光亮的、穩(wěn)定的和呈棕褐色的，則標(biāo)志著電機(jī)的換向是正常的。因此在電機(jī)零部件產(chǎn)生和組裝時，必須精心制造和嚴(yán)格工藝要求。只有過分延遲換向時，當(dāng) t=T K ， Ki 還未降到零，在換向元件和電刷斷開的瞬間，換向元件中的 Ki 以電磁能量 221KriL的形式釋放出來，當(dāng)這部分能量足夠大時，后刷邊就會產(chǎn)生火花。接觸電阻的大小可以認(rèn)為和電刷接觸面積成反比，設(shè) R為電刷總接觸電阻， R1 、 R2 分別為電刷與換向片 2 的接觸電阻，則 R1 =RtkkTT? R2 =RtTk 換向元件中的電流 如圖的換向元件電路，可得換向元件回路的電動勢平衡方程。當(dāng)電樞磁場旋轉(zhuǎn)時，處于幾何中性線上的換向元件，將切割交軸電樞磁場而產(chǎn)生電樞反應(yīng)電動勢 ea ，根據(jù)右手定則可以判斷 ea 的方向也是與換向電流方向相同，即 ea 和 er 方向一致，都是阻礙電流換向的。 如上所述，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的電樞元件從電樞繞組一條支路經(jīng)過電刷進(jìn)入電樞繞組另一條支路時，該元件中電流從一個方向變換到另一個方向。對于脈流牽引電動機(jī)，其換向條件更為困難，允許在 2級火花下持續(xù)運(yùn)行。如果火花在電刷上的范圍很小，亮度微弱，呈淺藍(lán)色，它對電機(jī)運(yùn)行并無危害，不必要求絕對沒有火花。交軸電樞反應(yīng)的影響如上所述。每個主極下的磁場，一半被削弱，另一半被加強(qiáng)，便氣隙的徽密分布曲線由平頂形變成尖頂形。交軸電樞磁勢對主極磁場的影響稱為交軸電樞反應(yīng) 。 Fo0s (122 式中 s39。 電樞磁勢在空間的分布情況 .可應(yīng)用全電流定律進(jìn)行分析。 電刷的正常位里，應(yīng)在主極軸線下的換向片上，這時與電刷相連接的 電樞線圈單元位于幾何中心線上或附近。 圖 直流電機(jī)空載時的磁場分布示意圖 1— 極靴； 2— 極身； 3— 元子磁軛； 4— 勵磁繞組； 5— 氣隙； 6— 電樞齒； 7— 電樞磁軛 由于主磁極極靴寬度總是比一個極距要小，在極靴下的氣隙又往往是不均勻的，所以主磁通的每條磁力線所通過的磁回路不盡相同，在磁極軸線附近的磁回路中氣隙較?。唤?近極尖處的磁回路中氣隙較大。且可以不計其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)，此時電機(jī)無負(fù)載，即無功率輸出。這種制動方法在運(yùn)輸、起重設(shè)備上應(yīng)用較廣。 怎樣才能使電機(jī)的反電動勢 Ea大于電源電壓 U呢？由式 Ea＝ Ceφ n可知，如果電機(jī)的磁通 φ 不變，則只要使電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n高于理想空載轉(zhuǎn)速 n0即可使 Ea U。必須注意：如果同時改變主磁場的方向和電樞繞組中的電流方向，則電動機(jī)轉(zhuǎn)向不變。 （ 2） 電動機(jī)轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，而且為有級調(diào)速。 2. 減小主磁通 Φ 當(dāng)直流電動機(jī)的電源電壓不變時，如使主磁通 Φ 減小，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就相應(yīng)地升高，故通稱為削弱磁場調(diào)速。 413 414 415 直流電動機(jī)的調(diào)速 直流電 動機(jī)的調(diào)速是指用人為的辦法來調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 例 41 有一臺并勵直流電動機(jī)，電樞繞組電阻 Ra＝ 0. 4Ω，額定電壓 U＝110V，設(shè)磁通恒定不變，當(dāng) n＝ nN時， Ea＝ 100V，求：（ 1）額定電流 IN；（ 2）直接起動時的起動電流 Ist；（ 3）要使電動機(jī)起動瞬時的電流 I1限制在 2 倍額定電流之內(nèi)，求起動時的電壓 U1。 由于上述原因，除小容量的電動機(jī)以外，一般不允許全電壓直接起動。對串勵電動機(jī)而言，當(dāng)電樞電流 Ia很小時， Φ 也很小，此時電磁轉(zhuǎn)矩 T也很小，而對應(yīng)的轉(zhuǎn)速 n 由式（ 48）可知應(yīng)為很大。當(dāng)電樞電流 Ia比較小時，磁通 φ 正比于電樞電流 Ia，故有 2T aa KIΦICT ?? （ 49） 即電磁轉(zhuǎn)矩正比于電樞電流的平方；當(dāng)電樞電流較大，電動機(jī)磁路飽和時，Φ 為常數(shù)，則電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。 并勵電動機(jī)（他勵電動機(jī)）工作特性 1． 轉(zhuǎn)矩特性 T＝ f（ Ia） 當(dāng)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(guān)系即為轉(zhuǎn)矩特性。 對并勵或串勵電動機(jī)而言，銅損耗除電樞繞組電阻 Ra 上的損耗外，還應(yīng)包括電流在勵磁繞組電阻上產(chǎn)生的損耗。 aΦICT T? （ 44） 式中 ， Φ 為每極磁通（ Wb）； Ia為電樞總電流（ A）； CT為電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)； T 為電磁轉(zhuǎn)矩（ N 當(dāng)直流電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢向外電路供電，此時電流方向與感應(yīng)電動勢方向一致。它在軍事上的應(yīng)用占絕對優(yōu)勢，幾乎取代了絕大部分電磁電動機(jī)；其他方面的應(yīng)用如汽車用永磁電動機(jī)、電動自行車用永磁電動機(jī)、直流變頻空調(diào)用永磁電動機(jī)等。 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）。 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(jī)的關(guān)鍵部件，也是最薄弱的部分。 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子通稱為電樞，是電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。換向是一個相當(dāng)復(fù)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(jī)的運(yùn)行，因此在功率稍大的直流電動機(jī)上都裝有換向極來減小火花， 改善電動機(jī)的換向。永磁電動機(jī)的主磁極直接由不同極性的永久磁體組成。反之，當(dāng)輸入直流電能，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，則是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能輸出，此時即作直流電動機(jī)運(yùn)行。對照 41（ a）及 41（ c）可以看出，位于相同磁極下的導(dǎo)體雖然發(fā)生了變化，但由于電刷及銅環(huán)（通稱換向器）的作用使磁極下導(dǎo)體中的電流方向保持不變，即作用力的方向不變，因此線圈將繼續(xù)沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，故電動機(jī)能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。通常將磁場固定不動（該磁場可以由永久磁鐵產(chǎn)生，也可由帶鐵心的通電線圈產(chǎn)生），而導(dǎo)體做成可以在磁場內(nèi)繞中心軸ＯＯ′旋轉(zhuǎn)，如圖 41 中的線圈 abcd（稱為 電樞繞組）所示。 學(xué)生答辯對自述部分應(yīng)寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評價。 本課題重點研究 脈流牽引電動機(jī)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、脈流牽引電動機(jī)的換向理論及改善換向的措施。 第 25周（暑假）：學(xué)生收集資料、上網(wǎng)查詢、整體構(gòu)思。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯別字，不允許抄襲。對應(yīng)于圖 41（ a），導(dǎo)體 cd通過銅環(huán)與電刷Ｂ（－）接觸，而導(dǎo)體 ab則通過銅環(huán)與電刷Ａ（＋）接觸。單線圈電樞在一個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)矩曲線如圖 42所示，單線圈電樞的電動機(jī)實用價值很小，雙線圈電樞的轉(zhuǎn)矩曲線如圖 43 所示，雖然該轉(zhuǎn)矩仍是脈動的，但在最大值與最小值之間的波動已明顯削弱。直流電機(jī)各主要部件的結(jié)構(gòu)與作用如下： 定子 電動機(jī)中靜止不動的部分稱為定子。由于電樞在旋轉(zhuǎn)時，電樞鐵心上的槽與齒相對于主磁極鐵心在不斷地變化，即磁路的磁阻在不斷變化，從而在主磁極鐵心中將引起渦流損耗，為減小此損耗， 主磁極鐵心一般用 1～ 薄鋼板沖制成型后，再用鉚釘鉚緊成一個整體，最后用螺釘固定在機(jī)座上（參看圖 36）。 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。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。對電動機(jī)而言是指其軸上輸出的機(jī)械功率（ W 或 kW）。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(fù)勵電動機(jī)。 （ 5）復(fù)勵電動機(jī) 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)。載流導(dǎo)體在磁場內(nèi)受力的作用而形成電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，并拖動機(jī)械負(fù)載。