【正文】 為此，牽引電動(dòng)機(jī)常將換向極氣隙分成兩部分，即電樞與換向極極靴之間的第一氣隙和換向極根與機(jī)座內(nèi)壁之間的第二氣隙，如圖，第二氣隙墊以非磁性墊片，如發(fā)現(xiàn)換向電動(dòng)補(bǔ)償不當(dāng)，還可以調(diào)節(jié)第二氣隙的大小來調(diào)整的數(shù)值，使電機(jī)得到良好的換向。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，與交軸電樞反應(yīng)磁勢相反，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，換向元件切割后，就會(huì)在換向元件產(chǎn)生一個(gè)與電抗電動(dòng)勢方向相反的換向電動(dòng)勢，如果大小與相等，及合成電動(dòng)勢嗎，從而改善電機(jī)的換向。正常的換向器表面薄膜應(yīng)當(dāng)是棕褐色，在于電光照之下，能反射出光澤，有一種油潤感。電磁原因引起的火花呈白色或藍(lán)色，連續(xù)而細(xì)小，基本上都在后刷邊燃燒，換向器留下有規(guī)律的黑色痕跡。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。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。 （2）當(dāng)延遲換向不太嚴(yán)重時(shí)，在換向開始和結(jié)束瞬間你，附加換向電流都等于零，這時(shí)，后刷邊電流密度雖然很大，但不產(chǎn)生火花。 （2）延遲換向在一般情況下，換向電動(dòng)勢并不可能抵消電抗電動(dòng)勢和電樞反應(yīng)電動(dòng)勢，若換向極磁場較弱，則,合成電動(dòng)勢，則換向元件中產(chǎn)生附加電流，根據(jù)楞次定律可知，是阻止換向電流i的變化的。 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。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e，其方向與e和e相反，用來抵消e和e對(duì)換向的不利影響。 （2） 電樞反應(yīng)電動(dòng)勢e 電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，除了主磁場外，還存在電樞磁場，如圖所示，在幾個(gè)中心處，主磁場等于零，但存在著較強(qiáng)的電樞磁場。換向周期T是很短的，通常只有千分之幾秒，在這么短的時(shí)間內(nèi)，換向元件中的電流，有+i變到i，因此產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢和電勢，然很短，但換向過程卻很復(fù)雜。至此，換向結(jié)束。 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。為了保證牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可靠，直流牽引電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)火花等級(jí)應(yīng)限制在下述范圍內(nèi)：在額定磁場和個(gè)削弱磁場級(jí)位上正常運(yùn)行時(shí)，火花不應(yīng)超過1級(jí)，在其他情況下運(yùn)行時(shí)，火花不應(yīng)超過2級(jí)。 火花等級(jí)分類火花等級(jí)電刷下的火花程度換向器及電刷的狀態(tài)1無火花換向器上沒有黑痕及電刷上沒有灼痕1電刷邊緣僅小部分（約1/5至1/4刷邊長）有斷續(xù)的幾點(diǎn)點(diǎn)狀火花1電刷邊緣大部分（大于1/2刷邊長）有連續(xù)的較稀的顆粒狀火花換向器上有黑痕但不發(fā)展，用汽油即能擦除，同時(shí)電刷上有輕微灼痕2電刷邊緣大部或全部有連續(xù)較密的顆粒狀火花，開始有斷續(xù)的舌狀火花換向器上有黑痕用汽油不能擦除，同時(shí)電刷上灼痕；如短時(shí)出現(xiàn)這級(jí)火花，換向器上不出現(xiàn)灼痕，電刷不燒焦或損壞3電刷整個(gè)邊緣有強(qiáng)烈的舌狀火花，伴有爆裂聲換向器上有黑痕用汽油不能擦除，同時(shí)電刷上灼痕；如在這一級(jí)火花下短時(shí)運(yùn)行，換向器上將出現(xiàn)灼痕，同時(shí)電刷將被燒焦或損壞表中1級(jí)、1級(jí)、1級(jí)均為無害火花，允許電機(jī)在這些等級(jí)火花下長期運(yùn)行 ?；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)。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。 電刷不在幾何中心線時(shí)，電樞磁勢中包含有交軸和直軸電樞磁勢兩個(gè)分量，將同時(shí)出現(xiàn)交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng)。（3)每極磁通減少和氣隙平均磁密下降。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 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。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)。在空間的分布為馬鞍形 電樞反應(yīng) 電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞電流產(chǎn)生電樞磁場，電棍磁場的出現(xiàn)必然會(huì)對(duì)空載時(shí)的主極磁場產(chǎn)生影響，稱為電樞反應(yīng)。反而減少所以B。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。因此，對(duì)應(yīng)主極中心點(diǎn)，回路磁勢為零。主極隴場軸線稱為d軸，電樞磁場軸線稱為q軸。因此，只要電刷不動(dòng)，不論電樞是靜止或者旋轉(zhuǎn)，電樞表面電流分布的情況總是不變的，所以電樞電流產(chǎn)生的電樞磁場在空間總是靜止的。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)。 直流電機(jī)空載磁場的磁密分布在直流電機(jī)中，為了感應(yīng)電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，氣隙里要有一定數(shù)量的主磁通φ0，也就是需要有一定的勵(lì)磁磁通勢 ，或者當(dāng)勵(lì)磁繞組匝數(shù)一定時(shí)，需要有一定的勵(lì)磁電流 。如果不計(jì)鐵磁材料中的磁壓降，則在氣隙中各處所消耗的磁通勢均為勵(lì)磁磁通勢。此外還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過相鄰的磁極或者定子磁軛形成閉合回路，這部分磁通僅與勵(lì)磁繞組相匝鏈，稱為漏磁通，用φ 表示。當(dāng)勵(lì)磁繞組通入勵(lì)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(duì)稱，不論極數(shù)多少，每對(duì)極的磁路是相同的，因此只要分析一對(duì)極的磁路情況就可以了。 418 419 第2章 直流牽引電動(dòng)機(jī)的換向 直流電機(jī)磁場 直流電機(jī)的空載是指電樞電流為零，只有勵(lì)磁繞組中存在電流。 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。電阻制動(dòng)與再生制動(dòng)相比所需設(shè)備簡單，成本低。對(duì)于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言，由于磁通隨Ia的變化而變化，不能保持不變。 由式可看出，當(dāng)電機(jī)作電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，則電源電壓U大于反電動(dòng)勢Ea，即U Ea，故Ia與U同方向。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。因此改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法有兩種：一種是改變主磁場的方向，即將勵(lì)磁繞組與直流電源的接線對(duì)調(diào)，稱勵(lì)磁繞組反接法；另一種是改變電樞繞組中的電流方向，稱電樞反接法。（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。該調(diào)速方法的特點(diǎn)是：（1） 所需設(shè)備較簡單、成本較低，因此在小功率直流電動(dòng)機(jī)中用得較多。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。它由三相異步電動(dòng)機(jī)去拖動(dòng)直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)發(fā)出可調(diào)的直流電壓，供電給直流電動(dòng)機(jī)。 （3） 轉(zhuǎn)速只能由額定轉(zhuǎn)速往低調(diào)，不能超過額定轉(zhuǎn)速（因端電壓不能超過額定電壓）。 1. 改變電源電壓Ｕ調(diào)速 目前廣泛采用晶閘管整流裝置作為一個(gè)輸出電壓可調(diào)的直流電源，給直流電動(dòng)機(jī)供電。而降低電源電壓起動(dòng)則所需設(shè)備較復(fù)雜，價(jià)格較貴，但在起動(dòng)過程中基本上不損耗能量。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。 在直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，為其供給較低的直流電壓，以后，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，逐步增加直流電壓的數(shù)值，直到電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢正常運(yùn)行時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)上的電壓即是電動(dòng)機(jī)的額定電壓。直接起動(dòng)優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備簡單，操作方便。由于電樞繞組的電阻Ra一般很小，故起動(dòng)電流很大，中、小型直流電動(dòng)機(jī)約為額定電流的10倍左右，較大容量的電動(dòng)機(jī)甚至可高達(dá)20倍。 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)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。該曲線的特征是從空載到滿載，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化很大，這種特性稱為軟特性。 2． 轉(zhuǎn)速特性n＝f（Ia）當(dāng)電源電壓U不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電樞電流Ia之間的關(guān)系即為轉(zhuǎn)速特性。對(duì)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)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(biāo)由Ia改為T，該曲線即代表機(jī)械特性曲線n＝f（T）。 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。當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，輸出的是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系是很重要的特性，這種特性稱為機(jī)械特性。則則 P1＝P2＋ΔP0＋ΔPCu＝P2＋ΔP （46）式中 ，P2為電動(dòng)機(jī)輸出功率；ΔP為電動(dòng)機(jī)功率損耗。發(fā)電機(jī)輸出的負(fù)載電流越大，電磁轉(zhuǎn)矩也越大，于是原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩也必須增大，以克服電磁轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機(jī)繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。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)。由圖47（b）所示并勵(lì)（或他勵(lì)）電動(dòng)機(jī)的電路圖可得 （43）式中， U 為電樞電動(dòng)勢（V）；Ea為電樞電動(dòng)勢（V）；Ra 為電樞繞組電阻（Ω）；Ia為電樞支路電流（A）。直流電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電源供給直流電流，導(dǎo)體ab、cd中的電流方向如圖48小圓圈內(nèi)的符號(hào)所示。 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。 （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）。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。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