《電力機車電機I》學習指導

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課前說明

1、授課計劃說明（導學、練習、期中考試、實驗、節(jié)假日、復習）

2、教學內(nèi)容安排（第一章~第四章）

3、教學遵循的原則：授之以魚，不如授之以漁

4、教學方法（育人、導學、答疑。注重學習能力、創(chuàng)新能力、實作能力的培養(yǎng)）

5、教學手段（傳統(tǒng)手段與現(xiàn)代手段相結(jié)合）

6、學習方法（耳聽、眼看、手寫；勤學、多問、多思）

7、成績評定

（1）平時成績（30%）：A、作業(yè)成績，20%；B、考勤成績，20%；C、實驗成績,

30%；D、期中測驗成績，30%。

（2）期末考試成績（70%）

新課導學

學習指導

第一章直流電機的基本知識

電機概述

1、電機的定義

2、電機的分類

（I）按電流制

直流電機

交流電機

（2）按能量相互轉(zhuǎn)換的方式不同分

發(fā)電機：機械能一電能

電動機：電能一＞機械能

改變電能形式的裝置：交流一直流（換流機）、改變交流電頻率的變頻機、改變交

流電電壓的變壓器。

（3）按照電能的形式、電機的工作特點和用途分：

直流電機、交流電機和控制電機

-1-

中,力機車巾，機I

3、直流電機的特點

（1）調(diào)速性能好：具有寬廣的調(diào)速范圍；

（2）起動性能好：較強的過載能力和較大的起動轉(zhuǎn)矩；

（3）結(jié)構(gòu)復雜；

（4）消耗較多的有色金屬，成本高；

（5）運行中故障多，維修工作量大；

（6）損耗人，效率較低。

1-1直流電機基本工作原理

一、直流電機的模型結(jié)構(gòu)

磁極（永久磁鐵或電磁鐵）、線圈（電樞繞組）、瓠形銅片（換向片）、轉(zhuǎn)軸、電刷

（A和B）

二、交流發(fā)電機的工作原理

（難點祥解，附后）

三、直流發(fā)電機的工作原理

（難點祥解，附后）

四、直流電動機的工作原理

（難點樣解，附后）

五、電刷、換向器的作用

在發(fā)電機中，將線圈中的交變電勢（流）轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妱荩鳎┹敵鲈陔妱訖C中

將直流電轉(zhuǎn)換成線圈中的交流電，使線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。

六、電機的可逆性

直流發(fā)電機、直流電動機的結(jié)構(gòu)完全相同，一臺直流電機既可做為發(fā)電機運行，

也可作為電動機運行。當輸入機械轉(zhuǎn)矩將機械能轉(zhuǎn)換成電能時，電機作為發(fā)電機運行;

當輸入直流電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩將電能轉(zhuǎn)換成機械能時，電機做電動機運行。

難點祥解

二、交流發(fā)電機的工作原理

1、感應電勢的產(chǎn)生

用原動機拖動電樞以v逆時針方向轉(zhuǎn)動。

a=0°時e=Blv方向d—cbra外電路A（+）B（?）

-2-

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a=90°時,e=0/'=0

a=180。時e=Blv方向dfcbia外電路A(-)B(+)

a=270°時e=0/=0

結(jié)論：線圈內(nèi)部為一交變電勢，電刷引出的電勢方向發(fā)生改變，為交流電勢。

2、電勢的波形

e=Blv=>eoc8

XXX

三、直流發(fā)電機的工作原理

1、感應電勢的產(chǎn)生

用原動機拖動電樞以V逆時針方向轉(zhuǎn)動。

(a)(b)

l*l1.1直流發(fā)電機工作原理

a=00時e=BIv方向d->cb->a外電路4(+)B(—)

a=90°時，6=0/=0

a=180°時8/v方向Cfd外電路4(+)B(-)

a=270。時e=0i=0

結(jié)論：線圈內(nèi)部為一交變電勢，但電刷引出的電勢方向始終不變，為一單方向的

直流電勢。

2、電勢的波形

e=Blv=>e<x8

XXX

-3-

電力機車電機I

圖1.4兩個線圈換向后的電動勢波形圖1.5多個線圈電刷兩端的電動勢波形

四、直流電動機的工作原理

結(jié)構(gòu)與直流發(fā)電機相同，但電刷A、B外接一直流電源

圖1.6直流電動機［作原理圖

a=00時電流-cfd產(chǎn)生逆時針方向電磁轉(zhuǎn)矩

a=90°時z=0T=0

a=180。時電流d-c-Z?—。產(chǎn)生逆時針方向電磁轉(zhuǎn)矩

a=270°時z=0T=0

-4-

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1-2直流電機的基本結(jié)構(gòu)

一、直流電機的基本組成

1、定子：直流電機的靜止部分；產(chǎn)生磁場和作為電機的機械支撐。

2、轉(zhuǎn)子：直流電機的旋轉(zhuǎn)部分；是直接完成電能與機械能轉(zhuǎn)換的部件。

3、氣隙：定、轉(zhuǎn)子間的氣隙對電機的磁場影響很大。

圖1.7宜流電機結(jié)構(gòu)圖

1一直流電機總成;2—后端蓋：3通風器;4一定子總成?

5—轉(zhuǎn)戶（電樞）總成；6電刷裝置;7—前螭盜

二、定子

由機座、主磁極、換向極和電刷裝置組成

（-）機座（磁規(guī)）

1、作用：機械支撐和導磁磁路。

2、材料：中、小型采用鑄剛件，大型采用鋼板焊件。

3、要求：具有良好的導磁性能和較大的機械強度。

（二）主磁極

1、作用：產(chǎn)生主磁通

2、組成：1）主極鐵心：電工剛片或薄剛片疊壓抑接。

2）主極線圈（勵磁繞組）：通以直流勵磁電

流產(chǎn)生主磁通。

微型電機采用磁鐵作為磁極一一永磁式磁極圖1.8主磁極

1一機座：2一主板摞燈;3一主極鐵芯;

（三）換向極4一框架,5-主極燒組,6一絕緣墊襯

1、作用：產(chǎn)生換向磁通，改善直流電機的換向。

2、組成：1）換向極鐵心：整塊鋼板加工而成。

-5-

電力機車電機I

2）換向極線圈；匝數(shù)較少，導線較粗

3、安放位置.：兩個主磁極之間的幾何中心線位置上。

（四）電刷裝置

1、作用：通過電刷與換向器表面的滑動接觸把轉(zhuǎn)動

的電樞繞組與外電路相連。

2、組成：電刷、刷握.、刷桿及刷桿座等。

壓指是一個彈簧片，控制電刷與換向片接

觸。圖1.9電刷裝置

1-刷桿座，2彈如

三、轉(zhuǎn)子（電樞）完成電能與其他能轉(zhuǎn)換的樞紐3一刷桿:4一電刷;5-刷握

（一）轉(zhuǎn)軸

1、作用：傳遞轉(zhuǎn)矩

2、要求：具有足夠的機械強度

3、材料：合金鋼鍛壓

（二）電樞鐵心

1、作用：固定電樞繞組、構(gòu)成磁路、

承受電磁力

圖1.1。電樞鐵芯沖片和鐵芯

2、材料：硅鋼沖片疊壓而成1-電樞鐵芯：2一換向器；3-繞組元件；4-鐵芯沖片

3、沖片結(jié)構(gòu)：電樞槽、軸孔、通風孔

（三）電樞繞組

作用：產(chǎn)生感應電勢，通過電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機電能量的轉(zhuǎn)換。

（四）換向器

1、作用：機械整流，用以完成交流電與直流電相互轉(zhuǎn)換。

2、結(jié)構(gòu)：由換向片組成，呈燕尾形。

（五）冷卻風扇（有些電機有）

四、直流電機的銘牌和額定值

（一）直流電機的銘牌

（二）直流電機的額定值

圖1.11換向器

根據(jù)國家標準要求設計和試驗所得的一組反映電機性能的1一螺旋壓圈：2-換向掂套筒;

3-V形壓隔河一V形云母環(huán);

主要數(shù)據(jù)，稱為電機的額定值。5-換向鋼片;6—云母片

1、額定功率產(chǎn)N

-6-

(KW)電力機車電機i

-7-

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發(fā)電機；p-U1

NNN

電動機：p=u/n-------軸端的有效機械功率

NNNN

2、額定電壓U(V)

N

3、額定電流/(A)

N

4、額定轉(zhuǎn)速〃("min)

N

過載運行：電機過熱

輕載運行：容量不能充分利用

難點祥解

(本次課無難點)

-8-

電力機乍電機I

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1-3直流電機的電樞繞組

一、電樞繞組概述

1、概念：直流電機的電樞繞組是由放置在電樞鐵心槽中的許多線圈（元件）通過

換向器按一定規(guī)律連接起來構(gòu)成的線圈（元件）組合，

2、電樞繞組的安放

直流電機都采用雙層繞組，每個電樞槽里都放有上、下兩層元件邊，嵌放元件時,

一邊置于一槽的上層，另一邊則置于另一槽的下層，全部元件嵌

放完時，每一槽中必然被上、下兩層元件邊所充滿。

3、元件的構(gòu)成

（1）有效邊：處于電樞槽中直接參與電磁過程的元件部分。（2）力成「

端部：元件的槽外部分，換向器一端是前端部，另一端繪/

稱為后端部。圖32線圖“換向器

4、有關電樞繞組的幾個基本概念

元件——是電樞繞組的基本工作單元。

元件組——是由若干個元件捆扎在一起組成S

的。

始端——與上層邊相連的出線端U

(a)MaI

末端----與下層邊相連的出線端。

圖1.】3實槽與虛槽

實槽——電樞表面實際加工出來的槽數(shù)。

虛槽一上、下兩個元件邊在實槽中所占的空間。

總元件數(shù)S、總換向片數(shù)K、總實槽數(shù)Z、總虛槽數(shù)Z之間的關系

卜I

S=K=Z=ZF

M——一個元件組含有的元件數(shù)（實槽中所包含的虛槽數(shù)）

二、繞組節(jié)距

1、繞組節(jié)距——元件的兩邊、相連接的兩元件之間、元件所連接的換向片之間都

有一定的距離，繞組間的這些距離稱為繞組節(jié)距。

2、繞組節(jié)距介紹

-9-

申力機車電機I

(1)線圈節(jié)距打(第一節(jié)距)一同元件兩有效邊在電樞表面所跨過的距離。

-1()

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極距工：相鄰兩土磁極在電樞表面所跨過的距離。

兀。

T（長度單位）

2〃

Z

T（虛槽數(shù)）

2P

y=T+8

1

y=工8=0整距繞組

1

），<x￡<0短距繞組

1

y>T￡>o長距繞組

1

日合成節(jié)距），

相連接的兩個繞組元件的對應邊在電樞表面所跨過的距離。

⑶換向器節(jié)距y

K

同一個繞組元件首末端所連接的兩換向片之間在換向器表面所跨過的距離。

y=y

K

⑷后節(jié)距y（第二節(jié)距）

2

相串聯(lián)的兩元件中,第一元件的下層邊與第二元件的上層邊在電樞表面所跨過的

距離。

單疊繞組y=y-y

21

單波繞組)'=y+y

21

三、繞組的分類

1、疊繞組

（1）單疊繞組(2)復疊繞組

2、波繞組

（1）單波繞組(2)復波繞組

3、混合繞組（蛙式繞組）

難點祥解

（本次課無難點）

-11

電力機車巾，機I

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四、單疊繞組

（重點講解，見后）

五、均壓線

2、作用：消除各支路電勢不均而引起的環(huán)流，以減小損耗，改善電機的換向。

3、支路電勢不等造成的危害

（1）空載時，產(chǎn)生很大的環(huán)流。

（2）負載時，造成支路電流嚴重不均，換向困難，火花嚴重。

（3）支路電勢不均還造成繞組銅耗增大。

3、均壓線的安放位置

均壓線是各支路理論上的等電位點間連線，通常嵌放在電樞前端，電樞繞組下方，

連接在等電位點的換向片間。

1、均壓線的種類

全額均壓（/條均壓線）

為全額均壓、%全額均壓

難點祥解

（一）、單疊繞組的連接規(guī)律

2、概念：換向器節(jié)距、合成節(jié)距均等于1,即>=>=1的疊繞組稱為單疊繞

K

組。

3、舉例：2p=4Z=S=K=16N=1的直流電機單疊繞組

卜i

y=y=1

K

Z

z=一也=16

Z16

y=4（￡=o）

12p4

y=y_y=4_1=3

21

4、單疊繞組的連接規(guī)律總結(jié)

-12-

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（1）一個元件的始、末兩端分別連接在相鄰的兩個換向片上。

（2）兩串聯(lián)的元件，前元件的末端與

后元件的始端連在同一換向片上。

（3）每一元件連接后向右跨過一個

虛槽、一個換向片，

（4）最后一個元件的末端與第一個

元件的始端共同連接于換向片1,整個

繞組為一閉合回路。

（二）、主極位置

主板在圓周上均勻分布，極靴寬度

圖1.16單疊繞組展開圖

一般為0.6~0.7X,電樞電勢的分界線也

是磁場的分界線。

（三）、電刷的位置

空載時在正、負電刷之

間能獲得最大電勢的原則

確定。

放在磁極中心線對應

位置上，電刷必須與主極軸

圖1.18電刷極性（6短足繞紈

線下的換向片相接觸，電刷

圖1.17電刷放置法

數(shù)等于磁極數(shù)，放置時正、負電刷相間排列。

（四）、并聯(lián)支路數(shù)

應以一個磁極下的元件組成一條支路（每一支路

都是由上層邊處在同一主極下的元件串聯(lián)而成）以獲

得最大電勢。一個主極對應于一條支路，各支路電勢

相等，單疊繞組的支路數(shù)恒等于磁極數(shù)。

圖1.19單總繞組的瞬間電路圖

（五）、單疊繞組的特點

5、一個磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，繞組的并聯(lián)支路數(shù)恒等于磁極數(shù)

2。=2p。

6、電機電勢等于支路電勢，電樞電流為支路電流之和。U=U,I7、電刷

’"位置必須

-13-

置于主極中心線上，電刷數(shù)等涮燕槌數(shù)院教案副頁

一2d■i.

-14-

電力機車電機I

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1-4直流電機的磁場

一、直流電機的勵磁方式

1、定義：是指直流電機

的勵磁繞組和電樞繞組之間

的連接方式。

2、種類：

（1）他勵：有獨立的勵

磁電源

特點：1=1/僅取

af

決于勵磁回路。

（2）并勵：勵磁繞組與

圖1.24宜流電機的勵磁方式

電樞繞組相并聯(lián)

特點：勵磁電流與端電壓有關，一般為額定電流5%

I=?_=5%xI

fR

f

而要產(chǎn)生足夠大的磁通，需要有較多的匝數(shù)，因此，勵磁繞組匝數(shù)多，電樞繞組

匝數(shù)少。

（3）串勵：勵磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)

特點：1=1=I

af

勵磁繞組匝數(shù)少，導線粗

（4）復勵：主磁極有兩個勵磁繞組，一個是串勵，一個是并勵。

并勵繞組起主要作用（70%以上），串勵繞組僅起補償作用。

并勵繞組：匝數(shù)多，導線細。

串勵繞組：匝數(shù)少，導線粗。

二、直流電機的空載磁場

1、定義：主磁極勵磁電流建立的磁場為空載磁場。

2、空載磁場的分布：

-15-

電力力1車電8L!

(1)主磁通中°：經(jīng)過氣隙進入鐵心的磁通。同時匝鏈著勵磁繞組和電樞繞組。

-16-

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（2）'漏磁通①o:在兩主極極靴之間'主磁極鐵心根部上、機殼之間也存在磁通,

不與電樞繞組相鏈，一般

①0=（15%~20%）中0

注：漏磁通使磁極鐵心磁通密度增大，增

大了磁路的飽和程度，對電機會產(chǎn)生不利影

響。

3、電機的磁化曲線圖1.25直流電機的磁路和磁分布

（1）定義：指電機的主磁通與勵磁磁勢的關系曲線。

①二.〃尸）

f

（2）曲線分析

（i）在/,①較小時，磁路處于非飽和狀態(tài)。此

f

時，磁路中鐵磁部分的磁阻很小，而氣隙磁路具有很大

的不變的磁阻，因此在磁路不飽和時，由氣隙磁阻決定

了①與/（/）之間呈直線性變化。

圖】.26電機的磁化曲線off

（ii）隨著①、（的增大’鐵磁部分的磁路逐漸飽和，其磁阻也逐漸增大，使得

勵磁磁勢增量幾乎全部落在鐵磁部分磁路中，使得磁化曲線偏離直線出現(xiàn)彎曲。

磁化曲線直線部分的延長線稱為氣隙線，出

現(xiàn)彎曲的部分稱為膝部。

4、氣隙磁密分布曲線

主極氣隙為不均勻氣隙，磁密呈梯形分布。

極下部分磁密大小相等且數(shù)值較大，極尖處

氣隙逐漸增加磁密明顯減小，幾何中心線處，磁

密為零°

三、電樞磁場

1、定義：電機負載運行時，電樞繞組中通過

圖1.27氣隙磁密的分布

電流所產(chǎn)生的磁場。

2、電樞磁場特點

（1）在空間靜止不動。

-17-

（2）電樞磁場軸線與主極磁軌翹儂豳■教索南蒯電樞磁場。

-18-

電力機車電機I

（3）電樞磁密B在空間分布呈馬鞍形（8=Ne——氣隙長度）

da0o,

四、電樞反應

1、定義：電機負

載運行時，電樞磁場JsLI/N（Jj圣L

對主極磁場的影響。，⑶/維磁、

2、直流電機電樞J\___________（b）"軸

反應的性質(zhì)（主要分L\7

析交軸電樞反應）

（1）氣隙磁場發(fā)

生畸變，每個主

圖1.28兩極電機的

極下的磁場,電樞磁場

圖1.31直流電機負載時的合成磁場

半被削弱，一半

被加強。

（2）氣隙磁場畸變后，會使電樞繞組一條支路中各串聯(lián)線圈間電勢分布不均勻。

（3）每極磁通量和氣隙平均磁密下降（去磁作用）

難點祥解（本次課無難點）

-19-

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1-5直流電機的感應電勢和電磁轉(zhuǎn)矩

一、直流電機的感應電勢

（重點講解，見后）

二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩

（重點講解，見后）

三、直流電機的能量轉(zhuǎn)換過程

1、電磁功率。：指通過電磁作用傳遞的功率。它可以表現(xiàn)為機械功率的形式，

M

也可表現(xiàn)為電功率的形式。實際計算中常將它作為機械量與電磁量計算的橋梁。

2、直流發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)換過程

以串勵發(fā)電機為例：當發(fā)電機負載運行時（1=1=1）,則電樞繞組中一定會

?f

產(chǎn)生甩磁轉(zhuǎn)矩丁二CX,且電磁轉(zhuǎn)矩為阻轉(zhuǎn)矩，正是該電磁阻力轉(zhuǎn)矩使發(fā)電機從原

Ta

動機上吸收機械功率，從而轉(zhuǎn)換為電功率輸出，電磁轉(zhuǎn)矩是發(fā)電機完成機械能轉(zhuǎn)換的

必要條件。

%呻a

3、直流電動機的能量轉(zhuǎn)換過程

電動機運行時，電樞繞組感應電勢E=。。及，其方向與電樞電流相反（電樞電

ae

流方向由外電壓決定），為反電勢。正是該反電勢使電動機得以從電源中吸收電功率，

從而轉(zhuǎn)換成機械功率輸出。反電動勢是電動機完成電能與機械能轉(zhuǎn)換的必要條件。

■3

式中：T—電磁轉(zhuǎn)矩

3——電機角頻率

注：能量轉(zhuǎn)換過程均遵守能量守恒定律。

難點祥解

一、直流電機的感應電勢

I、定義：直流電機的感應電勢是指電機正負電刷間的電勢，也即支路電勢C

2、計算公式：E=C^n

ae

式中：＜1）——每極磁通量（wb）

-20-

電力機車電機I

電機轉(zhuǎn)速（"min）

c——電機的結(jié)構(gòu)常數(shù)c=吁一

ee60。

說明：

（1）直流電機的感應電勢是指電樞表面圓周上固定位置（電刷間）的電樞線圈中

感應電勢之和，對于給定的電機，c為常數(shù)，Eoc（t）,

ea

（2）石的大小，僅和磁通的大小有關，和磁密分布無關。

a

（3）若為短距繞組，兩線圈邊中感應電勢方向相反，互相抵消，使感應電勢減少。

（4）電刷偏離幾何中心線時，則電刷間所包含的總磁通量有所減少，使感應電勢

相應減少。

二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩

1、定義：電樞繞組中通過電流時，在磁場中將受到電磁力的作用，電磁力在電樞

軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱電磁轉(zhuǎn)矩。

2、計算公式：T=C

Ta

式中：?！繕O磁通量（wb）

/——電樞電流I=2a-z

aa

c——電機轉(zhuǎn)矩常數(shù)c="

TT2rca

說明：

（1）對于給定的電機，C為常數(shù)，c與。、I成正比。

TTa

（2）的大小，僅和磁通的大小有關，和磁密分布無關。

（3）若為短距繞組，使電機轉(zhuǎn)矩減少。

（4）電刷偏離幾何中心線時，則電刷間所包含的總磁通量rr所減少，使電機轉(zhuǎn)矩

相應減少。

-21-

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1-6直流電機的基本方程

一、電勢平衡方程式

1定義：指電機的電勢和電壓間的平衡關系。

2表達式:

發(fā)電機：E=(/+//?

aaa

電動機：U=E+1R

aaa

R：電樞回路總電阻(繞組電阻+電刷換

a

向器電阻)

圖1.35直流發(fā)電機的電動勢、找矩平衡關系

要求會根據(jù)E與u的大小來判斷電機

a

的運行狀態(tài)。

二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式

1定義：指電機運行時拖動轉(zhuǎn)矩與阻轉(zhuǎn)矩

的平衡關系。

2表達式：圖1.36直流電動機的電動勢、轉(zhuǎn)矩平衡關系

發(fā)電機：T=T+T轉(zhuǎn)向取決于7方向

101

式中：T——原動機輸入轉(zhuǎn)矩，為拖動轉(zhuǎn)矩。

1

T?！蛰d轉(zhuǎn)矩

T——電磁轉(zhuǎn)矩

電動機：T=T+T轉(zhuǎn)向取決于7方向

02

式中：T—電磁轉(zhuǎn)矩，為拖動轉(zhuǎn)矩。

丁？輸出轉(zhuǎn)矩。

三、功率平衡方程式

1定義：指電機的輸入功率與輸出功率及損耗

功率間的平衡方程式。

2電機的損耗

(〃銅耗〃：當電機的各種繞組中流過電流而

CU

-22-

電力機車出機!

產(chǎn)生的電阻損耗。隨負載而變化——可變損耗。

（2）鐵耗〃：由于鐵心中的磁滯、渦流而產(chǎn)生的損耗。

Fe

（3）機械損耗〃：由于各種機械摩擦、通風而產(chǎn)生的損耗。

Q

空載損耗：P=P+〃——不變損耗

0FeC

（4）附加損耗〃：由于氣隙磁場畸變、電流分布不均、均壓電流等造成的損耗。約

S

為輸出功率0.5%~1%.

Ep=P+P+p+p

cuFeQs

3功率平衡方程式

^發(fā)電機：P=P+P（原動機輸入的機械功率，部分用于克服空載損耗，大

1M0

部分轉(zhuǎn)換為電磁功率）

P=P+P+P（電磁功率一部分用于電樞銅耗和附加損耗，大部分用于輸出）

M2cus

P=P+p=P+p+p4-p=P+Zp

1M02gs02

。電動機：P=P+〃（原動機輸入的電功率，一部分用于銅耗，大部分轉(zhuǎn)換

1Mcu

為電磁功率）

P=P+p+p

M2so

P=P4-p=P+p+p4-p=P+工p

1Mcu2socu2

四、電機的效率

7定義：電機輸出功率與輸入功率尸之比的百分數(shù)。

1

2計算式

PP-ZpUp

n_____x100%=1-'x100%

PP下

111

難點祥解

（本次課無難點）

-23-

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1-7直流發(fā)電機的運行特性

一、概述

1定義：直流發(fā)電機的運行特性是指在保持發(fā)電機以恒定轉(zhuǎn)速運行時，端電壓U、

負載電流/及勵磁電流I這三個基本物理量之間的關系。

2運行特性的種類

(1)空我特性當n=n/=o時，(/=/(/)

N/

⑵負載特性當n=n/=C時，U=f(l)

Nf

(3)外特性當n=nI=ClhJ-,U=/(/)

N/

(4)調(diào)整特性當fi=nu=u時,//=〃/)

NN

此特性為了保持端電壓為常數(shù)恒定，當負載電流發(fā)生變化時，勵磁電流要相應變

化的規(guī)律。

二、他勵發(fā)電機(/=/)

1、空載特性u=/(/)

0/

I=1=0n-n

aN

U=U=E=C(|)/z=Cn/(/)

0aeeNf

與磁化曲線形狀相同。

一般電機都有一些剩磁，即當/=0時,

f

若電機旋轉(zhuǎn)仍有一定電壓，稱為剩磁電壓

圖1.38他勵發(fā)電機

U'=(2-4)%U。

0N

2、外特性u=N)

U=Cen-IR

eaa

n=nI=C—><I>=C'

Nf

U=CCn-1R

eNa圖1.39他(并)勵發(fā)

電機空載特性

-24-

電力機車電機I

/J/RTrUJ

aa

-電樞磁場T-＞去磁作用JfuJ

U-u

電壓調(diào)整率\U=0NX10%0

u

N

電壓調(diào)整率小說明發(fā)電機端電壓更穩(wěn)定。

三、并勵發(fā)電機（/=/+/）

af

（-）空載特性。=/（/）

0f圖1.40他勵發(fā)

/=0,/=/=（1~3）%/其產(chǎn)生的電阻壓降和電機外特性

afN

電樞反應可以忽略不計。

U=U=Cn-/（/）

0eNf

（二）自勵過程和電壓建立的條件

1、剩磁一任何磁性物質(zhì)，一經(jīng)

受到勵磁，即使把勵磁電流下降為

零，仍然會有少量剩余磁性。

剩磁是并勵發(fā)電機運行的必要條

件。

2、自勵過程：并勵發(fā)電機利用剩

磁建立穩(wěn)定電壓的過程。

（1）勵磁磁通與剩磁通方向相

同，可使電勢持續(xù)上升；若方向相反，圖1.42并勵發(fā)電機建壓條件

則剩磁被削弱，發(fā)電機電壓將不能建立。

（2）自勵過程分析：電勢是否會無止境上升?

并勵發(fā)電機在建立電壓的過程中，負載為開路。

建壓過程中勵磁回路有電阻R,感應電勢減去磁場電阻所需要的壓降用于建壓。

/

AJ7=u-IR（場電阻）

0off

0J且上升速度逐漸緩慢（因為空載特性具有飽和性），到達A點時，

AUo=O,此時勵磁電流和感應電勢不再增大，電機進入空載穩(wěn)定狀

-25-

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態(tài)，自勵過程結(jié)束，電壓不會無止境上升。

注：交點A的位置并不是固定的，它隨著勵磁回路的電阻值變化，若磁場電阻增

大，場阻線的斜率增大，直線變陡，此時交點將沿著曲線1向原點移動，穩(wěn)定電壓的

數(shù)值降低，所以改變R可調(diào)節(jié)發(fā)電機空載電壓。

f

2、并勵發(fā)電機建立穩(wěn)定電壓的條件

（1）電機有剩磁并具有飽和性。

（2）勵磁繞組與電樞繞組的連接正確，使勵磁

電流產(chǎn)生的磁通與剩磁同方向。

（3）勵磁回路的總電阻要小于建壓臨界電阻。

（三）外特性U=fQ）

n=n,R=R時，U=f（I）

NffN圖1.43建壓過程分析

與他勵相比，并勵有三個特點：

1、同一負載電流下端電壓較低。

IJfIRTfUJ-電樞磁場去磁作用Tf4JfuJ

ua

~>/————,UJ-,I—4）J—>uJ

Rif/T直至拐點。

L

下半部分：u較低，磁路處于不飽和狀態(tài)，u的下降幅度大于R減小的幅度。

L

：.RJf

L

3、短路電流/不大。

難點祥解A

（本次課無難點）

-26-

電力機車中，機!

學習指導

第二章直流牽引電動機的特性

2-1牽引電動機的一般概念

一、牽引電動機的傳動和懸掛方式

1、個別傳動

一臺牽引電動機只驅(qū)動一個輪對，借助電機軸上的小齒輪驅(qū)動輪對軸上的大齒輪。

（1）抱軸式懸掛（半懸掛）

一側(cè)通過滑動軸承抱在機車動輪軸上，另

一側(cè)通過彈性緩沖裝置懸掛在機車轉(zhuǎn)向架的

橫梁上。

一半簧下重量（直接壓在機車動輪軸上）

一半贊上重量（通過轉(zhuǎn)向架經(jīng)軸箱彈簧壓

在輪軸上）

圖2.1抱軸式懸掛示意圖

特點：結(jié)構(gòu)簡單、檢修方便、成本較低1-機車動輪;2大齒輪;3牽引電動機；

4一小齒輪;5橡膠件;6安全托板;7橫梁;

適用范圍：適用于速度不超過120kmIh

8一拉桿;9一橡膠件“0-輪軸

的客、貨兩用機車。

DF、SS、SS>SS（1992年研制完成,B-B-B)

4347000

（2）架承式懸掛（全懸掛）

將牽引電動機完全固定在轉(zhuǎn)向架上

A、采用球面齒式聯(lián)軸節(jié)的架承式懸掛

牽引電動機轉(zhuǎn)軸上的機械能通過球面齒式聯(lián)軸

節(jié)傳遞給小齒輪。

特點：可提高機車速度，減輕電動機重量，但

聯(lián)軸節(jié)縮短了電機軸上的尺寸，故不適用于大功率

干線機車。圖2.2球面齒式聯(lián)軸節(jié)的架承式懸掛

】一齒輪箱;2-動輪軸;3內(nèi)齒圈;4球面齒輪;

、采用空心軸傳動的架承式懸掛

B5-電機軸;6一動輪"一電動機;8—轉(zhuǎn)向架

電機空心軸：適用于速度小于160七〃/力的準高速機車。

動輪空心軸：適用于速度在220~250k〃/〃的高速機車。DF、SS

118

個別傳動優(yōu)點：當一臺牽引電動機發(fā)生故障時，可以單獨切除，并充分利用了機

-27-

軌道交通學院教案副頁

車下部空間。

缺

點：各

輪軸間

沒有直

接的機

圖2.3電樞空心油傳動的架承式懸持

械聯(lián)圖2.4輪軸空心軸傳動的架承式懸掛

1一傳動齒輪箱;2、5-電機端蓋;3—電樞空心軸;1大齒輪;2、3一萬向市；

系，個4一傳動軸;6-球面齒式聯(lián)軸節(jié)

別輪對容易空轉(zhuǎn)，從而使機車的粘著牽引力降低。

2、組合傳動

每個轉(zhuǎn)向架上只安裝一臺牽引電動機，通過

變速齒輪裝置驅(qū)動該轉(zhuǎn)向架上的每一根動輪軸。

特點：結(jié)構(gòu)復雜，但可獲得教大的粘著牽引

力，電機總造價低，更具通用性。

二、牽引電動機的主要特點

、使用環(huán)境惡劣。

1圖2.5單電機兩軸轉(zhuǎn)向架組合傳動

2、外形尺寸受限制。乍輪；2大火輪；3電動機：4、6變速齒輪:

5電機軸上小齒輪"中間齒輪

軸向尺寸受軌距限制，徑向尺寸受動輪直徑

限制。

3、動力作用大。

4、換向困難。

5、負載分配不均勻。

三、牽引電動機必須滿足的要求

1、應有足夠的啟動牽引力和較強的過載能力。

2、具有良好的調(diào)速性能。

3、換向可靠。

4、各部件應具有足夠的機械強度，以保證電機在最惡劣的運行條件下可靠工作。

5、牽引電動機的絕緣必須具有很高的電氣強度，并具有良好的防潮和耐熱性能,

以保證電機有足夠的過載能力，并在壽命期限內(nèi)可靠地工作。

6、牽引電動機的結(jié)構(gòu)應充分適應機車運行和檢修的需要。

-28-

電力機車電機I

7、必須盡可能地降低牽引電動機單位功率的重量，使電磁材料和結(jié)構(gòu)材料得到充

分利用。

難點祥解

（本次課無難點）

-29-

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2-2直流牽引電動機的工作特性

一、概述

定義：牽引電動機的工作特性是指電動機的轉(zhuǎn)速〃、轉(zhuǎn)矩/、效率n與輸出功率P

2

之間的關系，常用〃、7、n與/之間的關系來表示。

a

PT-石Jf/T-＞rT

2aa

Ia與P2的變化一致

二、轉(zhuǎn)速特性

u=cn=f（l）

U-IR"

H=aa

C*

e

1、并勵（他勵）

aa

-＞電樞磁場Tf去磁作用T-＞巾JfnT

2、串勵

ITf/RT-＞〃）—〃迅速下降（后半

aaa圖2.6苴流牽引電動機的轉(zhuǎn)速特性

段—/T—＞（i）T—（為直線）I一并（他）勵;2—串勵,3積復勵

f

3、復勵：串勵（補償）+并勵（主要）

特性介于1、3之間。

分析：

（1）并勵電動機轉(zhuǎn)速變化范圍小，可以認為是恒速電機（硬特性）

（2）串勵電動機轉(zhuǎn)速變化范圍大，但空在轉(zhuǎn)速高會引起轉(zhuǎn)子損壞，故串勵電動機

不允許在空載或是很輕的負載下運行，也不允許使用皮帶，鏈條傳動以免皮帶或鏈條

滑脫時，成為空載。

（3）復勵介于并勵和串勵之間，也有較大的轉(zhuǎn)速變化范圍。

三、轉(zhuǎn)矩特性

u=C,T=f(I)

-30-

電力機車電機I

1＞并勵

T=CM

Ta

忽略磁路飽和時電樞反應去磁效應的影響

/=/0為常數(shù)

/科

70c/為一直線。

a

2、串勵（/=/=1）

af

（1）磁路不飽和時TCC12(。oc/(/))圖2.7宜流牽引電動機的

6

?f轉(zhuǎn)矩特性

⑵磁路飽和時T'oc/(4)=C)1-弁（他）勵;2—中勵;3—積復勵

（

3、復勵：介于1、2之間。

分析:

（1）串勵電動機具有很大的轉(zhuǎn)矩變化范圍，且

起動轉(zhuǎn)矩大。

（2）并勵電動機特性較硬。

四、效率特性

變值損耗等于定值損耗時，電機有最高效率。

難點祥解圖2.8牽引電動機的效率特性

】一片/（1）曲線;2-?=/U）曲線：

3定值損耗曲線

（本次課無難點）

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2-3各種勵磁方式直流牽引電動機的特性分析

一、串勵與并勵牽引電動機的特性比較

1自調(diào)節(jié)性能

串勵電動機有較大的速度及轉(zhuǎn)矩變化范圍，與機車實際運行情況較相符，有良好

的自調(diào)節(jié)性能。

2功率利用

功率P=F-v

KK

當尸—/時，并勵:CITC功率相差很大。

N1

串勵：aTbPP

ab

串勵電動機的功率利用較好。

3負載分配圖2.9牽引電動機的功率利用

（1）動輪直徑不相等

（2）特性曲線不一致

（1-/）＞（/-/）

21并