【正文】 2aaaaa IRIEUI ?? 即 CuPPP ???1 (45) 式中 , P1為電動(dòng)機(jī)輸入電功率； P 為電動(dòng)機(jī)的電磁功率；Δ PCu為電動(dòng)機(jī)的銅損耗。 410 411 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 1． 轉(zhuǎn)矩特性 T＝ f（ Ia） 當(dāng)電源電壓 U 不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 T與電樞電流 Ia之間的關(guān)系即為轉(zhuǎn)距特性。這樣大的起動(dòng)電流將帶來以下不良影響： （ 1） 電動(dòng)機(jī)的電刷與換向器之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花而導(dǎo)致電刷與換向器表面的燒損； （ 2） 產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)機(jī)械受到強(qiáng)烈的沖擊而損壞； （ 3） 使電網(wǎng)電壓波動(dòng)，影響供電的穩(wěn)定性。對(duì)于小功率直流電動(dòng)機(jī)一般用串電阻起動(dòng)；容量稍大但不需經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)也可用串電阻起動(dòng)， 而需經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，如起重、運(yùn)輸機(jī)械上的電動(dòng)機(jī)則宜用降低電源電壓的辦法起動(dòng)。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。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＝ CMφ Ia，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。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。在直流電機(jī)中，電樞電流的分界線是電刷，在電刷軸線兩側(cè)對(duì)稱分布，所以電樞磁場的分布情況與電刷的位 t 有關(guān)。因此，電樞磁勢產(chǎn)生盛場的磁通密度為 _t.,.,a} a軸 圖 t3a 兩祖電機(jī)的電格扭場 陽 les39 電棍扭勢和盆密分布 刀一。實(shí)際上電機(jī)的進(jìn)路往往是飽和的，由于合成的磁通在增加的那一半極面中飽和程度增加，使該部分的磁阻增大，磁密減少，如圖 141(c)中虛線所示 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 交軸電樞磁場使電機(jī)氣隙磁密分布情況發(fā)生了變化交軸電樞 反應(yīng)的影響是 : (1)氣隙磁場發(fā)生畸變?；鸹ㄍǔ３霈F(xiàn)在電刷的后刷邊，發(fā)生火花是直流電機(jī)換向不良的直接表現(xiàn)。至此，換向結(jié)束。 換向元件中的電阻 如圖所示換向元件電路，若不計(jì)元件及引線電阻，換向回路的電阻即時(shí)電刷與換向片間的接觸電阻。 產(chǎn)生機(jī)械火花的原因是多種多樣的，有時(shí)可能是幾種原因同時(shí)起作用。因此，換向極繞組必須與電樞繞 組串聯(lián)。 改善直流牽引電動(dòng)機(jī)換向的方法 設(shè)置換向極 換向極裝在 電機(jī)幾何中心線上，其作用是在元件的換向區(qū)域內(nèi)建立一個(gè)換向極磁勢 wF ， wF 與交軸電樞反應(yīng)磁勢 aqF 相反，它除了抵消電樞反應(yīng)磁勢外，還剩下一個(gè)換向磁勢，并在換向區(qū)建立換向磁勢 KB ，換向元件切割 KB 后，就會(huì)在換向元件產(chǎn)生一個(gè)與電抗電動(dòng)勢 re 方向相反的換向電動(dòng)勢 Ke ，如果 Ke 大小與 re相等，及合成電動(dòng)勢 0??e 嗎，從而改善電機(jī)的換向。機(jī)械原因可分為兩類 (1)換向器表面粗糙，有毛刺、斑痕及拉傷的溝紋等。這樣，當(dāng)換向元件切割換向極磁場時(shí)，感應(yīng)產(chǎn)生換向電動(dòng)勢 eK ，其方向與 er 和 ea 相反，用來抵消 er 和 ea 對(duì)換向的不利影響。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 換向的物理過程 為了解每個(gè)電樞元件中 電流換向過程，以一個(gè)單疊繞組元件為例來分析。去磁作用使電機(jī)的每極磁通 下 降，導(dǎo)致電樞電勢顯奢降低 。圖 141(c)中 Ba表示由交軸電樞磁勢單獨(dú)建立的電樞磁場沿電樞表面分布曲線 (馬鞍 形 )。因此，對(duì)應(yīng)主極中心點(diǎn)，回路磁勢為零 。不考慮齒槽影響時(shí)，直流電機(jī)空載磁場的磁密分布如圖 所示。因此反接制動(dòng)的原理實(shí)際上與反轉(zhuǎn)原理是一樣的，只是要注意以下兩點(diǎn)： （ 1）電樞繞組反接時(shí)，一定要在電樞回路中串接電阻以限制電樞電流 Ia的數(shù)值，如圖 419所示，否則在反接的瞬間，反電動(dòng)勢 Ea數(shù)值未變，而外加電壓方向相反，變?yōu)榕c Ea 同方向，故在該瞬間加在電樞繞組上的電壓接近兩倍的外加電壓，如不串接電阻，將因電樞電流過大而使電刷與換向器表面產(chǎn)生強(qiáng)烈火花而損壞。如果制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是用機(jī)械制動(dòng)閘的摩擦轉(zhuǎn)矩來產(chǎn)生，則稱為機(jī)械制動(dòng)；如果是電動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，則稱電氣制動(dòng)。 （ 2） 轉(zhuǎn)速只能從額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)，且調(diào)速范圍一般來講比較窄，只能作輔助調(diào)速之用。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(duì)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。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(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。對(duì)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。 （ 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)。對(duì)電動(dòng)機(jī)而言是指其軸上輸出的機(jī)械功率（ W或 kW）。 4． 前、后端蓋 用來安裝軸承和支承整個(gè)轉(zhuǎn)子重量，一般為鑄鋼件。直流電機(jī)各主要 部件的結(jié)構(gòu)與作用如下： 定子 電動(dòng)機(jī)中靜止不動(dòng)的部分稱為定子。對(duì)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。 第 25周（暑假）：學(xué)生收集資料、上網(wǎng)查詢、整體構(gòu)思。 學(xué)生答辯對(duì)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(jì)的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評(píng)價(jià)。對(duì)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(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，故電動(dòng)機(jī)能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。永磁電動(dòng)機(jī)的主磁極直接由不同極性的永久磁體組成。 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子通稱為電樞，是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。 4．額定轉(zhuǎn)速 nN 指電壓、電流和輸出功率為額定值時(shí)的轉(zhuǎn)速（ r/min）。 當(dāng)直流電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢向外電路供電，此時(shí)電流方向與感應(yīng)電動(dòng)勢方向一致。 對(duì)并勵(lì)或串勵(lì)電動(dòng)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(lì)磁繞組電阻上產(chǎn)生的損耗。當(dāng)電樞電流 Ia比較小時(shí)，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(dòng)機(jī)磁路飽和時(shí) ，Φ 為常數(shù)，則電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。 由于上述原因，除小容量的電動(dòng)機(jī)以外，一般不允許全電壓直接起動(dòng)。 413 414 415 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是指用人為的辦法來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 （ 2） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，而且為有級(jí)調(diào)速。 怎樣才能使 電機(jī)的反電動(dòng)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。 且可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)無負(fù)載，即無功率輸出。 電刷的正常位里，應(yīng)在主極軸線下 的換向片上，這時(shí)與電刷相連接的電樞線圈單元位于幾何中心線上或附近。 Fo0s (122 式中 s39。每個(gè)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。如果火花在電刷上的范圍很小，亮度微弱，呈淺藍(lán)色，它對(duì)電機(jī)運(yùn)行并無危害，不必要求絕對(duì)沒有火花。 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(shí)，該元件中電流從一個(gè)方向變換到另一個(gè)方向。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(dòng)勢平衡方程。因此在電機(jī)零部件產(chǎn)生和組裝時(shí)，必須精心制造和嚴(yán)格工藝要求。 （ 3）換向極磁路處于不飽和狀態(tài) 換向電動(dòng)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(shí)，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。因此，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，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(dòng)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(shí)進(jìn)行處理，以保證電機(jī)正常運(yùn)行。 機(jī)械原因 由 于機(jī)械原因，如牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的強(qiáng)烈振動(dòng)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。換向極極性 正確，以使它的磁勢湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 與交軸電樞反應(yīng)磁勢相反。 直流和脈流牽引電動(dòng)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。若凡與主極班勢方向相反，起去磁作用。 圖 141(b)中 布曲線 (梯 形 )。 以支路中點(diǎn)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。因此，在極靴下，氣隙小，氣隙中沿電樞表面上各點(diǎn)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。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3．反接制動(dòng) 反接制動(dòng)利用改變加在電樞繞組上的電壓方向（使 Ia反向）或改變勵(lì)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(dòng)轉(zhuǎn)矩。所謂制動(dòng)就是加上一個(gè)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩，用來使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)或限制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是： （ 1） 由于調(diào)速在勵(lì)磁回路中進(jìn)行，功率小，故能量損耗小，控制方便。通常可按把起動(dòng)電流限制在（ ～ ） IN的范圍內(nèi)來選擇起動(dòng)電阻的大小。 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程稱為起動(dòng)過程，直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中不但轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，而且轉(zhuǎn)矩、電流等也在變化。 2． 轉(zhuǎn)速特性 n＝ f（ Ia） 當(dāng)電源電壓 U 不變，勵(lì)磁電流 If也不變時(shí)，轉(zhuǎn)速 n與電樞電流 Ia之間的相互關(guān)系即為轉(zhuǎn)速特性。 對(duì)電動(dòng)機(jī)來說電磁轉(zhuǎn)矩是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，是由電源供給電動(dòng)機(jī)的電能轉(zhuǎn)換而來的，用來拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。 （ 4）串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，因此流過兩個(gè)繞組中的電流相等，如圖 47（ c）。其主要參數(shù)有： 1．額定功率 PN 表示電機(jī)按規(guī)定方式額定工作時(shí)所能輸出的功率。換向極繞組套在換向極鐵外面，再用螺釘固定在極