【正文】 （V）；Ra 為電樞繞組電阻（Ω）；Ia為電樞支路電流（A）。 47 直流電機(jī)的電動(dòng)勢、轉(zhuǎn)矩和功率 直流電機(jī)電樞在旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞上的每個(gè)繞組元件都要切割主磁場，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。永磁電動(dòng)機(jī)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(yīng)性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)而使用越來越廣泛。對電動(dòng)機(jī)而言是指軸上在額定負(fù)載時(shí)的輸入電流（A）。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(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。對電刷的要求是既要有良好的導(dǎo)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。453． 換向極 用來產(chǎn)生換向磁場以改善直流電動(dòng)機(jī)的換向。2. 主磁極 其作用是產(chǎn)生主磁場。當(dāng)輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢時(shí)，即是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔茌敵?，作直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行。當(dāng)?shù)竭_(dá)圖41（c）位置時(shí)，導(dǎo)體ab處于S極下，而導(dǎo)體cd處于N極下（正好與41（a）相反），與導(dǎo)體ab相接的銅環(huán)與電刷Ｂ（－）接觸，與導(dǎo)體cd相連的銅環(huán)與電刷Ａ（＋）接觸。 摘 要 Abstract 目錄 引言 第一章 直流電動(dòng)機(jī)的基本知識(shí) 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流電動(dòng)機(jī)是依據(jù)載流導(dǎo)體在磁場中受力而旋轉(zhuǎn)的原理制造的。第1314周（下階段89教學(xué)周）：答辯七、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯與論文要求1．畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯要求答辯前三天，每個(gè)學(xué)生應(yīng)按時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書或畢業(yè)論文、專題報(bào)告等必要資料交指導(dǎo)老師審閱，由指導(dǎo)老師寫出審閱意見。由于牽引電動(dòng)機(jī)工作的特殊性（如因安放在機(jī)車車體下部兩個(gè)機(jī)車動(dòng)輪之間，因而使毎臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)的體積尺寸受到嚴(yán)格的限制，散熱條件極差，工作環(huán)境惡劣，加上機(jī)車上各臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)共同運(yùn)行時(shí)，各臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)負(fù)荷分配的不均勻，機(jī)車運(yùn)行時(shí)負(fù)載變化大等諸多因素），使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)成為機(jī)車上最為薄弱的環(huán)節(jié)，在機(jī)車運(yùn)行中牽引電動(dòng)機(jī)的故障出現(xiàn)率總體較高，在機(jī)車檢修工作中，對牽引電動(dòng)機(jī)的檢修是一項(xiàng)十分重要的項(xiàng)目。第68周（下階段13教學(xué)周）： 老師講解輔導(dǎo)，學(xué)生在老師講解輔導(dǎo)的基礎(chǔ)上通過參閱相關(guān)資料、上網(wǎng)查詢初步完成脈流牽引電動(dòng)機(jī)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、脈流牽引電動(dòng)機(jī)的換向理論及改善換向的措施等內(nèi)容畢業(yè)設(shè)計(jì)論文工作。圖紙要求：按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。導(dǎo)體中的電流方向如圖中的箭頭所示，根據(jù)左手定則，可以判斷出導(dǎo)體將受力的作用，而使整個(gè)線圈abcd繞軸ＯＯ′以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)典型的電樞結(jié)構(gòu)可參看圖45所示，它有許多個(gè)線圈及換向片組成。包括有機(jī)座、前端蓋、后端蓋、主磁極、換向磁極和電刷裝置等部分，如圖45所示。（2） 主磁極繞組 用來通入直流電流，產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)勢。前后端蓋利用螺釘固定在機(jī)座兩側(cè)。如圖46(a)所示。 2．額定電壓UN 指在正常工作時(shí)電機(jī)出線端的電壓值。分別簡介如下：（1）永磁電動(dòng)機(jī) 開始永磁電動(dòng)機(jī)僅在功率很小的電動(dòng)機(jī)上采用，20世紀(jì)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(dòng)機(jī)的功率已從毫瓦級(jí)發(fā)展到100kW以上。（5）復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)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(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。對發(fā)電機(jī)來講電磁轉(zhuǎn)矩則為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，原動(dòng)機(jī)必須克服電磁轉(zhuǎn)矩才能使電樞旋轉(zhuǎn)而發(fā)出電能。 直流電動(dòng)機(jī)效率η為 （47） 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性主要是指轉(zhuǎn)速特性和轉(zhuǎn)矩特性。由式（41）及（43）可得 （48）由于電樞繞組電阻Ra一般很小，因此壓降RaIa很小，即并勵(lì)電動(dòng)機(jī)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。當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，則對應(yīng)的電樞電流Ia比較小，也比較小，由公式（48）可見，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電樞電流Ia成反比，曲線為雙曲線。對直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求是應(yīng)有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩以縮短起動(dòng)時(shí)間，提高生產(chǎn)率，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流又不能過大。缺點(diǎn)是起動(dòng)電流大。在起動(dòng)過程中，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的升高，Ea也隨著升高，電樞電流就相應(yīng)地減小，為了保持一定的加速轉(zhuǎn)矩，應(yīng)將起動(dòng)電阻逐漸切除。對于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言，可調(diào)直流電源只能加在電樞回路中，勵(lì)磁回路用另外一個(gè)電壓恒定的直流電源供電。由于F－D系統(tǒng)所需電機(jī)數(shù)量多、效率低、噪聲及干擾也較大，故已被逐步淘汰。在20世紀(jì)70年代前，由于晶閘管調(diào)壓技術(shù)尚未大量采用，因而在某些功率稍大的直流電動(dòng)機(jī)中也采用電樞回路串電阻調(diào)速，如城市電車、礦用電力機(jī)車、蓄電池運(yùn)輸車等。分別如圖417所示。如電機(jī)在運(yùn)行時(shí)由于某種原因使Ea U（例如起重機(jī)下放重物，運(yùn)輸機(jī)械下坡等），則電樞電流Ia方向就改變了，即Ia與U方向相反，電機(jī)向電網(wǎng)輸送電能，這時(shí)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T＝CMφIa，也因Ia的反向而改變方向，即與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，故起制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用。但能量無法利用，白白的損耗在電阻的發(fā)熱上。因此，空載時(shí)電機(jī)的氣隙磁場完全有勵(lì)磁繞組的電流所產(chǎn)生。由于主磁通磁路的氣隙較小，磁導(dǎo)較大，漏磁通磁路的氣隙較大，磁導(dǎo)較小，而作用在這兩條磁路的磁通勢是相同的，所以漏磁通在數(shù)量上比主磁通要小得多，大約是主磁通的15％20%左右。把空載時(shí)主磁通φ0與空載勵(lì)磁磁通勢 或空載勵(lì)磁電流 的關(guān)系，即φ0= 或φ0= ，稱為直流電機(jī)的磁化曲線，它表明了電機(jī)磁路的特性。圖1—28所示為兩極電機(jī)的電樞電流的方向和電樞磁場分布情況。而通過電刷軸線的回路磁勢最大。(b)所示 綜上所述，當(dāng)電刷在幾何中心線上時(shí)，電樞磁場有如下特點(diǎn): (1)在空間靜止不動(dòng)。當(dāng)電機(jī)磁路不飽和時(shí)，磁路的磁阻為常值，可把B。在磁路不飽和時(shí)，因主磁場被消弱的數(shù)量等于被加強(qiáng)的數(shù).所以氣隙磁通和平均氣隙磁密沒有變化。增磁作用將引起電機(jī)換向情況惡化。在2級(jí)火花作用下，換向器上會(huì)出現(xiàn)灰渣和黑色的痕跡，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，黑色痕跡將逐漸擴(kuò)展，電刷和換向器磨損也顯著增加，因此2級(jí)火花只允許短時(shí)出現(xiàn)。為了簡便起見，假設(shè)電刷寬度b等于一個(gè)換向片片距β，電刷固定不動(dòng)，換向器一線速度V向左移動(dòng)，如圖所示 開始換向瞬間，電樞轉(zhuǎn)到電刷與換向片相接觸的位置，如（a)所示。 換向元件中的電動(dòng)勢及換向電流 換向元件中的電動(dòng)勢 （1）電抗電動(dòng)勢e 根據(jù)電磁感應(yīng)定理，當(dāng)閉合回路中磁鏈變化時(shí)，將產(chǎn)生反電動(dòng)勢，力圖阻止磁鏈的變化，即阻止電流的變化，這種反電動(dòng)勢電抗電動(dòng)勢。因此，當(dāng)電機(jī)換向時(shí)，換向元件回路內(nèi)合成電動(dòng)勢等于以上電動(dòng)勢之和，即 =e+ee 當(dāng)換向電動(dòng)勢e選擇的合適，使e=e+e，恰好可以互相抵消時(shí)，換向元件中合成電動(dòng)勢=0，此時(shí)電動(dòng)機(jī)能得到滿意的換向。當(dāng)i=0時(shí)，電流改變方向的時(shí)刻比直線換向時(shí)推遲，故稱為延遲換向。(2) 個(gè)別換向片凸出或云母片凸出。 化學(xué)原因——換向器滑動(dòng)面的薄膜 在正常情況下，當(dāng)電機(jī)長期運(yùn)行之后，換向器滑動(dòng)面會(huì)覆蓋一層很薄的薄膜，電刷在與換向器接觸時(shí)，并不是直接與換向器銅片本身接觸，而是通過這層薄膜與換向器片接觸。 （1） 極性正確 換向極性要保證其磁場方向與交軸電樞反應(yīng)磁場方向相反。 減小電抗 。為了讓保證在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)隨時(shí)抵消，則要求也必須隨著負(fù)載電流變化而變化。 薄膜的形成及其顏色，還與電刷的材質(zhì)、電刷的的壓力、電流密度，運(yùn)行時(shí)間長短及周圍環(huán)境等許多因素有關(guān)。 電刷裝置的缺陷 （1）電刷接觸面研磨的不光滑，接觸不良或只是局部接觸； （2）電刷在刷盒中間隙不合適，造成跳動(dòng)，傾斜或卡死現(xiàn)象； （3）電刷上壓力不適當(dāng)； （4）刷握裝置不穩(wěn)固，造成刷握位置偏離幾何中心線； （5）刷架圈的定位不準(zhǔn)確或安裝不牢固等。 產(chǎn)生火花的原因 電磁原因 經(jīng)過不斷實(shí)踐和長期研究，現(xiàn)在對電磁原因有一下幾種看： （1）當(dāng)電機(jī)處于直線換向時(shí)，盡管電流密度可能很大，但電刷下不會(huì)產(chǎn)生火花。過大的附加電流，會(huì)使電機(jī)換向惡化。電抗電動(dòng)勢e的大小取決于電樞電流和轉(zhuǎn)速，電流越大，轉(zhuǎn)速越高，則電抗電動(dòng)勢e越大，電機(jī)換向就越困難。當(dāng)i減小到零之后，再反向增加；當(dāng)電樞轉(zhuǎn)到電刷只與換芯片接觸，如圖（c）所示，換向元件屬于電刷左邊的一條電樞繞組支路，這時(shí)元件中的電流仍等于電樞繞組支路電流i，但其方向與原來相反，即為i。直流和脈流牽引電動(dòng)機(jī)由于工作條件惡劣，如負(fù)載急劇變化、電網(wǎng)電壓波動(dòng)、強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)和沖擊，在脈動(dòng)電壓下工作等，都使電機(jī)的換向更加困難。 換向的基本概念 火花的現(xiàn)象和火花的等級(jí)人們從生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，直流牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其電刷與換向器之間常常伴有火花。交軸電樞磁場對主極磁場起去磁的作用這種去磁作用是通過磁路飽和作用而產(chǎn)生的。相加得負(fù)載后合成破場沿電樞表面的分布曲線Ba}如圖141(c)中實(shí)線。 (3)電樞磁場磁密B。三角形分布的電