内燃机车电力传动2——第二章节牵引电机

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1、内燃机车电力传动（二）技术讲座第一节直流牵引电动机一、直流牵引电动机的工作原理在交—直流电力传动装置中，广泛采用直流串励电动机作为驱动机车车辆的牵引电动机，它的工作原理与一般直流串励电动机相同。图2—1直流电动机横向剖面图2—2直流电动纵向剖面1—主极线圈；2—主磁极；3—换向极线圈；1—吊环；2—机座，3—端盖；4—风扇；5—电枢绕组；4—换向极；5—电枢绕组；6—底脚；6—后压圈；7—轴承；8—轴；9—电枢铁芯；10—前压圈；7—电枢槽；8—机座（磁轭）；9—电枢铁芯；11—换向器压圈；12—换向器；13—电刷；14—刷握装置；1

2、0—极靴。15—前端盖；16—主极线圈；17—主极铁芯。9/6/20212直流电动机的基本工作原理主磁极：由励磁磁势建立主磁场，磁场方向：NS静止的电刷（A和B）与换向器滑动接触，将直流电引入电枢线圈abcd电磁力定律：载流导体在磁场中要受到电磁力的作用电磁力大小：fx=Bxlis电磁力的方向：由左手定则决定一对电磁力形成电磁转矩Mx电磁感应定律：运动导体切割磁力线必感应出电势（电动机中为反电势）感应电势大小：e=Bxlv感应电势的方向：按右手定则决定换向器：其作用是使旋转中的电枢线圈中电流换向，从而保证每个磁极下线圈边中的电流始终是

3、一个方向，使电磁转矩的方向不变，电机按一定方向连续旋转。换向器改变电源正负极，或改变磁场方向时，电枢线圈所受的电磁力都将反向，电枢反向旋转。fxfxexex9/6/20213具有八个线圈的直流电动机在实际的直流电机中，电枢上都不只有一个线圈，而是有许多线圈均匀且牢固地嵌放在电枢铁芯槽中。换向器由八个互相绝缘的换向片组成。八个线圈通过换向片联接，构成了一个闭合的绕组。位于磁极中性线上两个电刷将闭合的绕组分成了两个并联的支路。所有的线圈都被利用来产生电磁转矩和感应电势，其合成感应电势和电磁转矩的大小取决于并联支路线圈和总线圈数量的多少。9

4、/6/20214二、直流电动机的电磁转矩和感应电势电磁转矩和感应电势是直流电动机实现机电能量变换所不可缺少的两个要素。电磁转矩的计算公式Cm—转矩常数，决定于电机的结构；φ—磁通（Wb）；Is—电枢电流（A）；M—电磁转矩（N·m）。感应电势的计算公式Ce—电动势常数决定于电机的结构；φ—磁通（Wb）；n—电机转速（r/min）；Es—感应电势（V）。9/6/20215直流电机的可逆性在一定的条件下，直流电机既可作为电动机运行又可作为发电机运行，由此应用于机车上的牵引工况和电阻制动工况。电动机工况：克服反电势，输入电能，产生电磁转矩，

5、驱动电机负载旋转，将电能转变为机械能。发电机工况：由原动机拖动电机旋转，在电枢绕组中产生感应电势，输出电能，即将机械能转变为电能；而电磁转矩的方向与拖动转矩的方向相反，称为制动转矩。9/6/20216三、直流电机的基本方程式直流电机是传动系统中进行机电能量变换的元件。直流电机的基本方程式是指直流电机电系统中的电压平衡方程式、机械系统中的转矩平衡方程式以及功率平衡方程式。这些方程式综合了电机内部的电磁过程，同时也表达了电机外部的运行特性及功率平衡关系。9/6/20217（一）电压平衡方程式对于串励电动机U=Us+UL=Cenφ+Is（R

6、s+RL)=Es+IsRD对于他励电动机U=Us=Cenφ+IsRs=Es+IsRs由于RD值很小，电压降IsRD不大，故U≈ES。U——电源电压（V）；Us——电枢绕组的端电压（V）；UL——（UL=ILRL）励磁绕组的端电压（V）；ES——电枢反电势（V）；Is——电枢电流（A）；IL——励磁电流（A）；Rs——电枢绕组电阻（Ω）；RL——励磁绕组电阻（Ω）；RD——（RD=RS+RL）电枢回路的电阻（Ω）。9/6/20218（二）转矩平衡方程式电动机瞬态的转矩平衡方程式：M—电磁转矩，Mz—负载阻力转矩，M0—空载阻力转矩，—惯

7、性转矩。电动机稳定运行条件下的转矩平衡方程式：则M=MZ+M0一般M0（由摩擦损耗和铁磁损耗等引起）较小，故M≈MZ。9/6/20219（三）功率平衡方程式和电机效率电磁功率：无论是电动机还是发电机，在电功率EsIs与机械功率Mω能量变换过程中，能量守恒。在能量转换过程中，不可避免地会伴随着各种各样的损耗：机械损耗ΔP机电机轴承，电刷与换向器之间，旋转部分与空气之间存在的摩擦损耗。铁损耗ΔP铁电枢铁芯中由磁滞和涡流所引起的能量损耗一旦电机旋转，不管它是否带负载，机械损耗和铁损耗就会存在，因此通常把这两项损耗合起来叫做空载损耗ΔP空，即

8、ΔP空=ΔP机+ΔP铁铜损耗ΔP铜因为电枢绕组、励磁绕组、电刷、电刷和换向器接触处都存在电阻，合为RD，近似为铜导体电阻，当有电流流过时，就会产生铜损耗ΔP铜=I2RD。9/6/202110直流电机功率平衡关系根据能量守