《电力机车电机I》学习指导

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课前说明

1、授课计划说明（导学、练习、期中考试、实验、节假日、复习）

2、教学内容安排（第一章~第四章）

3、教学遵循的原则：授之以鱼，不如授之以渔

4、教学方法（育人、导学、答疑。注重学习能力、创新能力、实作能力的培养）

5、教学手段（传统手段与现代手段相结合）

6、学习方法（耳听、眼看、手写；勤学、多问、多思）

7、成绩评定

（1）平时成绩（30%）：A、作业成绩，20%；B、考勤成绩，20%；C、实验成绩,

30%；D、期中测验成绩，30%。

（2）期末考试成绩（70%）

新课导学

学习指导

第一章直流电机的基本知识

电机概述

1、电机的定义

2、电机的分类

（I）按电流制

直流电机

交流电机

（2）按能量相互转换的方式不同分

发电机：机械能一电能

电动机：电能一＞机械能

改变电能形式的装置：交流一直流（换流机）、改变交流电频率的变频机、改变交

流电电压的变压器。

（3）按照电能的形式、电机的工作特点和用途分：

直流电机、交流电机和控制电机

-1-

中,力机车巾，机I

3、直流电机的特点

（1）调速性能好：具有宽广的调速范围；

（2）起动性能好：较强的过载能力和较大的起动转矩；

（3）结构复杂；

（4）消耗较多的有色金属，成本高；

（5）运行中故障多，维修工作量大；

（6）损耗人，效率较低。

1-1直流电机基本工作原理

一、直流电机的模型结构

磁极（永久磁铁或电磁铁）、线圈（电枢绕组）、瓠形铜片（换向片）、转轴、电刷

（A和B）

二、交流发电机的工作原理

（难点祥解，附后）

三、直流发电机的工作原理

（难点祥解，附后）

四、直流电动机的工作原理

（难点样解，附后）

五、电刷、换向器的作用

在发电机中，将线圈中的交变电势（流）转变为直流电势（流）输出在电动机中

将直流电转换成线圈中的交流电，使线圈继续转动。

六、电机的可逆性

直流发电机、直流电动机的结构完全相同，一台直流电机既可做为发电机运行，

也可作为电动机运行。当输入机械转矩将机械能转换成电能时，电机作为发电机运行;

当输入直流电流产生电磁转矩将电能转换成机械能时，电机做电动机运行。

难点祥解

二、交流发电机的工作原理

1、感应电势的产生

用原动机拖动电枢以v逆时针方向转动。

a=0°时e=Blv方向d—cbra外电路A（+）B（・）

-2-

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a=90°时,e=0/'=0

a=180。时e=Blv方向dfcbia外电路A(-)B(+)

a=270°时e=0/=0

结论：线圈内部为一交变电势，电刷引出的电势方向发生改变，为交流电势。

2、电势的波形

e=Blv=>eoc8

XXX

三、直流发电机的工作原理

1、感应电势的产生

用原动机拖动电枢以V逆时针方向转动。

(a)(b)

l*l1.1直流发电机工作原理

a=00时e=BIv方向d->cb->a外电路4(+)B(—)

a=90°时，6=0/=0

a=180°时8/v方向Cfd外电路4(+)B(-)

a=270。时e=0i=0

结论：线圈内部为一交变电势，但电刷引出的电势方向始终不变，为一单方向的

直流电势。

2、电势的波形

e=Blv=>e<x8

XXX

-3-

电力机车电机I

图1.4两个线圈换向后的电动势波形图1.5多个线圈电刷两端的电动势波形

四、直流电动机的工作原理

结构与直流发电机相同，但电刷A、B外接一直流电源

图1.6直流电动机［作原理图

a=00时电流-cfd产生逆时针方向电磁转矩

a=90°时z=0T=0

a=180。时电流d-c-Z?—。产生逆时针方向电磁转矩

a=270°时z=0T=0

-4-

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1-2直流电机的基本结构

一、直流电机的基本组成

1、定子：直流电机的静止部分；产生磁场和作为电机的机械支撑。

2、转子：直流电机的旋转部分；是直接完成电能与机械能转换的部件。

3、气隙：定、转子间的气隙对电机的磁场影响很大。

图1.7宜流电机结构图

1一直流电机总成;2—后端盖：3通风器;4一定子总成।

5—转户（电枢）总成；6电刷装置;7—前螭盗

二、定子

由机座、主磁极、换向极和电刷装置组成

（-）机座（磁规）

1、作用：机械支撑和导磁磁路。

2、材料：中、小型采用铸刚件，大型采用钢板焊件。

3、要求：具有良好的导磁性能和较大的机械强度。

（二）主磁极

1、作用：产生主磁通

2、组成：1）主极铁心：电工刚片或薄刚片叠压抑接。

2）主极线圈（励磁绕组）：通以直流励磁电

流产生主磁通。

微型电机采用磁铁作为磁极一一永磁式磁极图1.8主磁极

1一机座：2一主板摞灯;3一主极铁芯;

（三）换向极4一框架,5-主极烧组,6一绝缘垫衬

1、作用：产生换向磁通，改善直流电机的换向。

2、组成：1）换向极铁心：整块钢板加工而成。

-5-

电力机车电机I

2）换向极线圈；匝数较少，导线较粗

3、安放位置.：两个主磁极之间的几何中心线位置上。

（四）电刷装置

1、作用：通过电刷与换向器表面的滑动接触把转动

的电枢绕组与外电路相连。

2、组成：电刷、刷握.、刷杆及刷杆座等。

压指是一个弹簧片，控制电刷与换向片接

触。图1.9电刷装置

1-刷杆座，2弹如

三、转子（电枢）完成电能与其他能转换的枢纽3一刷杆:4一电刷;5-刷握

（一）转轴

1、作用：传递转矩

2、要求：具有足够的机械强度

3、材料：合金钢锻压

（二）电枢铁心

1、作用：固定电枢绕组、构成磁路、

承受电磁力

图1.1。电枢铁芯冲片和铁芯

2、材料：硅钢冲片叠压而成1-电枢铁芯：2一换向器；3-绕组元件；4-铁芯冲片

3、冲片结构：电枢槽、轴孔、通风孔

（三）电枢绕组

作用：产生感应电势，通过电流产生电磁转矩，实现机电能量的转换。

（四）换向器

1、作用：机械整流，用以完成交流电与直流电相互转换。

2、结构：由换向片组成，呈燕尾形。

（五）冷却风扇（有些电机有）

四、直流电机的铭牌和额定值

（一）直流电机的铭牌

（二）直流电机的额定值

图1.11换向器

根据国家标准要求设计和试验所得的一组反映电机性能的1一螺旋压圈：2-换向掂套筒;

3-V形压隔河一V形云母环;

主要数据，称为电机的额定值。5-换向钢片;6—云母片

1、额定功率产N

-6-

(KW)电力机车电机i

-7-

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发电机；p-U1

NNN

电动机：p=u/n-------轴端的有效机械功率

NNNN

2、额定电压U(V)

N

3、额定电流/(A)

N

4、额定转速〃("min)

N

过载运行：电机过热

轻载运行：容量不能充分利用

难点祥解

(本次课无难点)

-8-

电力机乍电机I

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1-3直流电机的电枢绕组

一、电枢绕组概述

1、概念：直流电机的电枢绕组是由放置在电枢铁心槽中的许多线圈（元件）通过

换向器按一定规律连接起来构成的线圈（元件）组合，

2、电枢绕组的安放

直流电机都采用双层绕组，每个电枢槽里都放有上、下两层元件边，嵌放元件时,

一边置于一槽的上层，另一边则置于另一槽的下层，全部元件嵌

放完时，每一槽中必然被上、下两层元件边所充满。

3、元件的构成

（1）有效边：处于电枢槽中直接参与电磁过程的元件部分。（2）力成「

端部：元件的槽外部分，换向器一端是前端部，另一端绘/

称为后端部。图32线图“换向器

4、有关电枢绕组的几个基本概念

元件——是电枢绕组的基本工作单元。

元件组——是由若干个元件捆扎在一起组成S

的。

始端——与上层边相连的出线端U

(a)MaI

末端----与下层边相连的出线端。

图1.】3实槽与虚槽

实槽——电枢表面实际加工出来的槽数。

虚槽一上、下两个元件边在实槽中所占的空间。

总元件数S、总换向片数K、总实槽数Z、总虚槽数Z之间的关系

卜I

S=K=Z=ZF

M——一个元件组含有的元件数（实槽中所包含的虚槽数）

二、绕组节距

1、绕组节距——元件的两边、相连接的两元件之间、元件所连接的换向片之间都

有一定的距离，绕组间的这些距离称为绕组节距。

2、绕组节距介绍

-9-

申力机车电机I

(1)线圈节距打(第一节距)一同元件两有效边在电枢表面所跨过的距离。

-1()

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极距工：相邻两土磁极在电枢表面所跨过的距离。

兀。

T（长度单位）

2〃

Z

T（虚槽数）

2P

y=T+8

1

y=工8=0整距绕组

1

），<x£<0短距绕组

1

y>T£>o长距绕组

1

日合成节距），

相连接的两个绕组元件的对应边在电枢表面所跨过的距离。

⑶换向器节距y

K

同一个绕组元件首末端所连接的两换向片之间在换向器表面所跨过的距离。

y=y

K

⑷后节距y（第二节距）

2

相串联的两元件中,第一元件的下层边与第二元件的上层边在电枢表面所跨过的

距离。

单叠绕组y=y-y

21

单波绕组)'=y+y

21

三、绕组的分类

1、叠绕组

（1）单叠绕组(2)复叠绕组

2、波绕组

（1）单波绕组(2)复波绕组

3、混合绕组（蛙式绕组）

难点祥解

（本次课无难点）

-11

电力机车巾，机I

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四、单叠绕组

（重点讲解，见后）

五、均压线

2、作用：消除各支路电势不均而引起的环流，以减小损耗，改善电机的换向。

3、支路电势不等造成的危害

（1）空载时，产生很大的环流。

（2）负载时，造成支路电流严重不均，换向困难，火花严重。

（3）支路电势不均还造成绕组铜耗增大。

3、均压线的安放位置

均压线是各支路理论上的等电位点间连线，通常嵌放在电枢前端，电枢绕组下方，

连接在等电位点的换向片间。

1、均压线的种类

全额均压（/条均压线）

为全额均压、%全额均压

难点祥解

（一）、单叠绕组的连接规律

2、概念：换向器节距、合成节距均等于1,即>=>=1的叠绕组称为单叠绕

K

组。

3、举例：2p=4Z=S=K=16N=1的直流电机单叠绕组

卜i

y=y=1

K

Z

z=一也=16

Z16

y=4（£=o）

12p4

y=y_y=4_1=3

21

4、单叠绕组的连接规律总结

-12-

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（1）一个元件的始、末两端分别连接在相邻的两个换向片上。

（2）两串联的元件，前元件的末端与

后元件的始端连在同一换向片上。

（3）每一元件连接后向右跨过一个

虚槽、一个换向片，

（4）最后一个元件的末端与第一个

元件的始端共同连接于换向片1,整个

绕组为一闭合回路。

（二）、主极位置

主板在圆周上均匀分布，极靴宽度

图1.16单叠绕组展开图

一般为0.6~0.7X,电枢电势的分界线也

是磁场的分界线。

（三）、电刷的位置

空载时在正、负电刷之

间能获得最大电势的原则

确定。

放在磁极中心线对应

位置上，电刷必须与主极轴

图1.18电刷极性（6短足绕纨

线下的换向片相接触，电刷

图1.17电刷放置法

数等于磁极数，放置时正、负电刷相间排列。

（四）、并联支路数

应以一个磁极下的元件组成一条支路（每一支路

都是由上层边处在同一主极下的元件串联而成）以获

得最大电势。一个主极对应于一条支路，各支路电势

相等，单叠绕组的支路数恒等于磁极数。

图1.19单总绕组的瞬间电路图

（五）、单叠绕组的特点

5、一个磁极下的元件串联成一条支路，绕组的并联支路数恒等于磁极数

2。=2p。

6、电机电势等于支路电势，电枢电流为支路电流之和。U=U,I7、电刷

’"位置必须

-13-

置于主极中心线上，电刷数等涮燕槌数院教案副页

一2d■i.

-14-

电力机车电机I

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1-4直流电机的磁场

一、直流电机的励磁方式

1、定义：是指直流电机

的励磁绕组和电枢绕组之间

的连接方式。

2、种类：

（1）他励：有独立的励

磁电源

特点：1=1/仅取

af

决于励磁回路。

（2）并励：励磁绕组与

图1.24宜流电机的励磁方式

电枢绕组相并联

特点：励磁电流与端电压有关，一般为额定电流5%

I=?_=5%xI

fR

f

而要产生足够大的磁通，需要有较多的匝数，因此，励磁绕组匝数多，电枢绕组

匝数少。

（3）串励：励磁绕组与电枢绕组相串联

特点：1=1=I

af

励磁绕组匝数少，导线粗

（4）复励：主磁极有两个励磁绕组，一个是串励，一个是并励。

并励绕组起主要作用（70%以上），串励绕组仅起补偿作用。

并励绕组：匝数多，导线细。

串励绕组：匝数少，导线粗。

二、直流电机的空载磁场

1、定义：主磁极励磁电流建立的磁场为空载磁场。

2、空载磁场的分布：

-15-

电力力1车电8L!

(1)主磁通中°：经过气隙进入铁心的磁通。同时匝链着励磁绕组和电枢绕组。

-16-

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（2）'漏磁通①o:在两主极极靴之间'主磁极铁心根部上、机壳之间也存在磁通,

不与电枢绕组相链，一般

①0=（15%~20%）中0

注：漏磁通使磁极铁心磁通密度增大，增

大了磁路的饱和程度，对电机会产生不利影

响。

3、电机的磁化曲线图1.25直流电机的磁路和磁分布

（1）定义：指电机的主磁通与励磁磁势的关系曲线。

①二.〃尸）

f

（2）曲线分析

（i）在/,①较小时，磁路处于非饱和状态。此

f

时，磁路中铁磁部分的磁阻很小，而气隙磁路具有很大

的不变的磁阻，因此在磁路不饱和时，由气隙磁阻决定

了①与/（/）之间呈直线性变化。

图】.26电机的磁化曲线off

（ii）随着①、（的增大’铁磁部分的磁路逐渐饱和，其磁阻也逐渐增大，使得

励磁磁势增量几乎全部落在铁磁部分磁路中，使得磁化曲线偏离直线出现弯曲。

磁化曲线直线部分的延长线称为气隙线，出

现弯曲的部分称为膝部。

4、气隙磁密分布曲线

主极气隙为不均匀气隙，磁密呈梯形分布。

极下部分磁密大小相等且数值较大，极尖处

气隙逐渐增加磁密明显减小，几何中心线处，磁

密为零°

三、电枢磁场

1、定义：电机负载运行时，电枢绕组中通过

图1.27气隙磁密的分布

电流所产生的磁场。

2、电枢磁场特点

（1）在空间静止不动。

-17-

（2）电枢磁场轴线与主极磁轨翘侬豳■教索南蒯电枢磁场。

-18-

电力机车电机I

（3）电枢磁密B在空间分布呈马鞍形（8=Ne——气隙长度）

da0o,

四、电枢反应

1、定义：电机负

载运行时，电枢磁场JsLI/N（Jj圣L

对主极磁场的影响。，⑶/维磁、

2、直流电机电枢J\___________（b）"轴

反应的性质（主要分L\7

析交轴电枢反应）

（1）气隙磁场发

生畸变，每个主

图1.28两极电机的

极下的磁场,电枢磁场

图1.31直流电机负载时的合成磁场

半被削弱，一半

被加强。

（2）气隙磁场畸变后，会使电枢绕组一条支路中各串联线圈间电势分布不均匀。

（3）每极磁通量和气隙平均磁密下降（去磁作用）

难点祥解（本次课无难点）

-19-

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1-5直流电机的感应电势和电磁转矩

一、直流电机的感应电势

（重点讲解，见后）

二、直流电机的电磁转矩

（重点讲解，见后）

三、直流电机的能量转换过程

1、电磁功率。：指通过电磁作用传递的功率。它可以表现为机械功率的形式，

M

也可表现为电功率的形式。实际计算中常将它作为机械量与电磁量计算的桥梁。

2、直流发电机的能量转换过程

以串励发电机为例：当发电机负载运行时（1=1=1）,则电枢绕组中一定会

«f

产生甩磁转矩丁二CX,且电磁转矩为阻转矩，正是该电磁阻力转矩使发电机从原

Ta

动机上吸收机械功率，从而转换为电功率输出，电磁转矩是发电机完成机械能转换的

必要条件。

%呻a

3、直流电动机的能量转换过程

电动机运行时，电枢绕组感应电势E=。。及，其方向与电枢电流相反（电枢电

ae

流方向由外电压决定），为反电势。正是该反电势使电动机得以从电源中吸收电功率，

从而转换成机械功率输出。反电动势是电动机完成电能与机械能转换的必要条件。

■3

式中：T—电磁转矩

3——电机角频率

注：能量转换过程均遵守能量守恒定律。

难点祥解

一、直流电机的感应电势

I、定义：直流电机的感应电势是指电机正负电刷间的电势，也即支路电势C

2、计算公式：E=C^n

ae

式中：＜1）——每极磁通量（wb）

-20-

电力机车电机I

电机转速（"min）

c——电机的结构常数c=吁一

ee60。

说明：

（1）直流电机的感应电势是指电枢表面圆周上固定位置（电刷间）的电枢线圈中

感应电势之和，对于给定的电机，c为常数，Eoc（t）,

ea

（2）石的大小，仅和磁通的大小有关，和磁密分布无关。

a

（3）若为短距绕组，两线圈边中感应电势方向相反，互相抵消，使感应电势减少。

（4）电刷偏离几何中心线时，则电刷间所包含的总磁通量有所减少，使感应电势

相应减少。

二、直流电机的电磁转矩

1、定义：电枢绕组中通过电流时，在磁场中将受到电磁力的作用，电磁力在电枢

轴上产生的转矩称电磁转矩。

2、计算公式：T=C

Ta

式中：。——每极磁通量（wb）

/——电枢电流I=2a-z

aa

c——电机转矩常数c="

TT2rca

说明：

（1）对于给定的电机，C为常数，c与。、I成正比。

TTa

（2）的大小，仅和磁通的大小有关，和磁密分布无关。

（3）若为短距绕组，使电机转矩减少。

（4）电刷偏离几何中心线时，则电刷间所包含的总磁通量rr所减少，使电机转矩

相应减少。

-21-

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1-6直流电机的基本方程

一、电势平衡方程式

1定义：指电机的电势和电压间的平衡关系。

2表达式:

发电机：E=(/+//?

aaa

电动机：U=E+1R

aaa

R：电枢回路总电阻(绕组电阻+电刷换

a

向器电阻)

图1.35直流发电机的电动势、找矩平衡关系

要求会根据E与u的大小来判断电机

a

的运行状态。

二、转矩平衡方程式

1定义：指电机运行时拖动转矩与阻转矩

的平衡关系。

2表达式：图1.36直流电动机的电动势、转矩平衡关系

发电机：T=T+T转向取决于7方向

101

式中：T——原动机输入转矩，为拖动转矩。

1

T。——空载转矩

T——电磁转矩

电动机：T=T+T转向取决于7方向

02

式中：T—电磁转矩，为拖动转矩。

丁？输出转矩。

三、功率平衡方程式

1定义：指电机的输入功率与输出功率及损耗

功率间的平衡方程式。

2电机的损耗

(〃铜耗〃：当电机的各种绕组中流过电流而

CU

-22-

电力机车出机!

产生的电阻损耗。随负载而变化——可变损耗。

（2）铁耗〃：由于铁心中的磁滞、涡流而产生的损耗。

Fe

（3）机械损耗〃：由于各种机械摩擦、通风而产生的损耗。

Q

空载损耗：P=P+〃——不变损耗

0FeC

（4）附加损耗〃：由于气隙磁场畸变、电流分布不均、均压电流等造成的损耗。约

S

为输出功率0.5%~1%.

Ep=P+P+p+p

cuFeQs

3功率平衡方程式

^发电机：P=P+P（原动机输入的机械功率，部分用于克服空载损耗，大

1M0

部分转换为电磁功率）

P=P+P+P（电磁功率一部分用于电枢铜耗和附加损耗，大部分用于输出）

M2cus

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

1M02gs02

。电动机：P=P+〃（原动机输入的电功率，一部分用于铜耗，大部分转换

1Mcu

为电磁功率）

P=P+p+p

M2so

P=P4-p=P+p+p4-p=P+工p

1Mcu2socu2

四、电机的效率

7定义：电机输出功率与输入功率尸之比的百分数。

1

2计算式

PP-ZpUp

n_____x100%=1-'x100%

PP下

111

难点祥解

（本次课无难点）

-23-

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1-7直流发电机的运行特性

一、概述

1定义：直流发电机的运行特性是指在保持发电机以恒定转速运行时，端电压U、

负载电流/及励磁电流I这三个基本物理量之间的关系。

2运行特性的种类

(1)空我特性当n=n/=o时，(/=/(/)

N/

⑵负载特性当n=n/=C时，U=f(l)

Nf

(3)外特性当n=nI=ClhJ-,U=/(/)

N/

(4)调整特性当fi=nu=u时,//=〃/)

NN

此特性为了保持端电压为常数恒定，当负载电流发生变化时，励磁电流要相应变

化的规律。

二、他励发电机(/=/)

1、空载特性u=/(/)

0/

I=1=0n-n

aN

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

0aeeNf

与磁化曲线形状相同。

一般电机都有一些剩磁，即当/=0时,

f

若电机旋转仍有一定电压，称为剩磁电压

图1.38他励发电机

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图1.39他(并)励发

电机空载特性

-24-

电力机车电机I

/J/RTrUJ

aa

-电枢磁场T-＞去磁作用JfuJ

U-u

电压调整率\U=0NX10%0

u

N

电压调整率小说明发电机端电压更稳定。

三、并励发电机（/=/+/）

af

（-）空载特性。=/（/）

0f图1.40他励发

/=0,/=/=（1~3）%/其产生的电阻压降和电机外特性

afN

电枢反应可以忽略不计。

U=U=Cn-/（/）

0eNf

（二）自励过程和电压建立的条件

1、剩磁一任何磁性物质，一经

受到励磁，即使把励磁电流下降为

零，仍然会有少量剩余磁性。

剩磁是并励发电机运行的必要条

件。

2、自励过程：并励发电机利用剩

磁建立稳定电压的过程。

（1）励磁磁通与剩磁通方向相

同，可使电势持续上升；若方向相反，图1.42并励发电机建压条件

则剩磁被削弱，发电机电压将不能建立。

（2）自励过程分析：电势是否会无止境上升?

并励发电机在建立电压的过程中，负载为开路。

建压过程中励磁回路有电阻R,感应电势减去磁场电阻所需要的压降用于建压。

/

AJ7=u-IR（场电阻）

0off

0J且上升速度逐渐缓慢（因为空载特性具有饱和性），到达A点时，

AUo=O,此时励磁电流和感应电势不再增大，电机进入空载稳定状

-25-

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态，自励过程结束，电压不会无止境上升。

注：交点A的位置并不是固定的，它随着励磁回路的电阻值变化，若磁场电阻增

大，场阻线的斜率增大，直线变陡，此时交点将沿着曲线1向原点移动，稳定电压的

数值降低，所以改变R可调节发电机空载电压。

f

2、并励发电机建立稳定电压的条件

（1）电机有剩磁并具有饱和性。

（2）励磁绕组与电枢绕组的连接正确，使励磁

电流产生的磁通与剩磁同方向。

（3）励磁回路的总电阻要小于建压临界电阻。

（三）外特性U=fQ）

n=n,R=R时，U=f（I）

NffN图1.43建压过程分析

与他励相比，并励有三个特点：

1、同一负载电流下端电压较低。

IJfIRTfUJ-电枢磁场去磁作用Tf4JfuJ

ua

~>/————,UJ-,I—4）J—>uJ

Rif/T直至拐点。

L

下半部分：u较低，磁路处于不饱和状态，u的下降幅度大于R减小的幅度。

L

：.RJf

L

3、短路电流/不大。

难点祥解A

（本次课无难点）

-26-

电力机车中，机!

学习指导

第二章直流牵引电动机的特性

2-1牵引电动机的一般概念

一、牵引电动机的传动和悬挂方式

1、个别传动

一台牵引电动机只驱动一个轮对，借助电机轴上的小齿轮驱动轮对轴上的大齿轮。

（1）抱轴式悬挂（半悬挂）

一侧通过滑动轴承抱在机车动轮轴上，另

一侧通过弹性缓冲装置悬挂在机车转向架的

横梁上。

一半簧下重量（直接压在机车动轮轴上）

一半赞上重量（通过转向架经轴箱弹簧压

在轮轴上）

图2.1抱轴式悬挂示意图

特点：结构简单、检修方便、成本较低1-机车动轮;2大齿轮;3牵引电动机；

4一小齿轮;5橡胶件;6安全托板;7横梁;

适用范围：适用于速度不超过120kmIh

8一拉杆;9一橡胶件“0-轮轴

的客、货两用机车。

DF、SS、SS>SS（1992年研制完成,B-B-B)

4347000

（2）架承式悬挂（全悬挂）

将牵引电动机完全固定在转向架上

A、采用球面齿式联轴节的架承式悬挂

牵引电动机转轴上的机械能通过球面齿式联轴

节传递给小齿轮。

特点：可提高机车速度，减轻电动机重量，但

联轴节缩短了电机轴上的尺寸，故不适用于大功率

干线机车。图2.2球面齿式联轴节的架承式悬挂

】一齿轮箱;2-动轮轴;3内齿圈;4球面齿轮;

、采用空心轴传动的架承式悬挂

B5-电机轴;6一动轮"一电动机;8—转向架

电机空心轴：适用于速度小于160七〃/力的准高速机车。

动轮空心轴：适用于速度在220~250k〃/〃的高速机车。DF、SS

118

个别传动优点：当一台牵引电动机发生故障时，可以单独切除，并充分利用了机

-27-

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车下部空间。

缺

点：各

轮轴间

没有直

接的机

图2.3电枢空心油传动的架承式悬持

械联图2.4轮轴空心轴传动的架承式悬挂

1一传动齿轮箱;2、5-电机端盖;3—电枢空心轴;1大齿轮;2、3一万向市；

系，个4一传动轴;6-球面齿式联轴节

别轮对容易空转，从而使机车的粘着牵引力降低。

2、组合传动

每个转向架上只安装一台牵引电动机，通过

变速齿轮装置驱动该转向架上的每一根动轮轴。

特点：结构复杂，但可获得教大的粘着牵引

力，电机总造价低，更具通用性。

二、牵引电动机的主要特点

、使用环境恶劣。

1图2.5单电机两轴转向架组合传动

2、外形尺寸受限制。乍轮；2大火轮；3电动机：4、6变速齿轮:

5电机轴上小齿轮"中间齿轮

轴向尺寸受轨距限制，径向尺寸受动轮直径

限制。

3、动力作用大。

4、换向困难。

5、负载分配不均匀。

三、牵引电动机必须满足的要求

1、应有足够的启动牵引力和较强的过载能力。

2、具有良好的调速性能。

3、换向可靠。

4、各部件应具有足够的机械强度，以保证电机在最恶劣的运行条件下可靠工作。

5、牵引电动机的绝缘必须具有很高的电气强度，并具有良好的防潮和耐热性能,

以保证电机有足够的过载能力，并在寿命期限内可靠地工作。

6、牵引电动机的结构应充分适应机车运行和检修的需要。

-28-

电力机车电机I

7、必须尽可能地降低牵引电动机单位功率的重量，使电磁材料和结构材料得到充

分利用。

难点祥解

（本次课无难点）

-29-

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2-2直流牵引电动机的工作特性

一、概述

定义：牵引电动机的工作特性是指电动机的转速〃、转矩/、效率n与输出功率P

2

之间的关系，常用〃、7、n与/之间的关系来表示。

a

PT-石Jf/T-＞rT

2aa

Ia与P2的变化一致

二、转速特性

u=cn=f（l）

U-IR"

H=aa

C*

e

1、并励（他励）

aa

-＞电枢磁场Tf去磁作用T-＞巾JfnT

2、串励

ITf/RT-＞〃）—〃迅速下降（后半

aaa图2.6苴流牵引电动机的转速特性

段—/T—＞（i）T—（为直线）I一并（他）励;2—串励,3积复励

f

3、复励：串励（补偿）+并励（主要）

特性介于1、3之间。

分析：

（1）并励电动机转速变化范围小，可以认为是恒速电机（硬特性）

（2）串励电动机转速变化范围大，但空在转速高会引起转子损坏，故串励电动机

不允许在空载或是很轻的负载下运行，也不允许使用皮带，链条传动以免皮带或链条

滑脱时，成为空载。

（3）复励介于并励和串励之间，也有较大的转速变化范围。

三、转矩特性

u=C,T=f(I)

-30-

电力机车电机I

1＞并励

T=CM

Ta

忽略磁路饱和时电枢反应去磁效应的影响

/=/0为常数

/科

70c/为一直线。

a

2、串励（/=/=1）

af

（1）磁路不饱和时TCC12(。oc/(/))图2.7宜流牵引电动机的

6

«f转矩特性

⑵磁路饱和时T'oc/(4)=C)1-弁（他）励;2—中励;3—积复励

（

3、复励：介于1、2之间。

分析:

（1）串励电动机具有很大的转矩变化范围，且

起动转矩大。

（2）并励电动机特性较硬。

四、效率特性

变值损耗等于定值损耗时，电机有最高效率。

难点祥解图2.8牵引电动机的效率特性

】一片/（1）曲线;2-»=/U）曲线：

3定值损耗曲线

（本次课无难点）

-31-

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2-3各种励磁方式直流牵引电动机的特性分析

一、串励与并励牵引电动机的特性比较

1自调节性能

串励电动机有较大的速度及转矩变化范围，与机车实际运行情况较相符，有良好

的自调节性能。

2功率利用

功率P=F-v

KK

当尸—/时，并励:CITC功率相差很大。

N1

串励：aTbPP

ab

串励电动机的功率利用较好。

3负载分配图2.9牵引电动机的功率利用

（1）动轮直径不相等

（2）特性曲线不一致

（1-/）＞（/-/）

21并