第四章 直流和脉流牵引电动机的换相及通风冷却
脉流牵引电动机的换向及脉流牵引电动机的出厂试验本科学位论文
毕业设计说明书课题名称：脉流牵引电动机的换向及脉流牵引电动机的出厂试验专业系铁道牵引与动力学院班级神华铁路订单班毕业设计任务书一、课题名称脉流牵引电动机的換向及脉流牵引电动机的出厂试验（主要针对使用SS 型电力机车的学习者）二、指导老师赵承荻三、设计内容与要求1．课题概述牵引电动机被称为电力机车的心臓，牵引电动机的运行性能及运行状态直接关系到整台机车的运行性能。
由于牵引电动机工作的特殊性（如因安放在机车车体下部两个机车动轮之间，因而使毎台牵引电动机的体积尺寸受到严格的限制，散热条件极差，工作环境恶劣，加上机车上各台牵引电动机共同运行时，各台牵引电动机负荷分配的不均匀，机车运行时负载变化大等诸多因素），使牵引电动机成为机车上最为薄弱的环节，在机车运行中牵引电动机的故障出现率总体较高，在机车检修工作中，对牵引电动机的检修是一项十分重要的项目。
本课题重点研究脉流牵引电动机的工作原理、基本结构、脉流牵引电动机的换向理论及改善换向的措施。
同时学习与研究脉流牵引电动机检修后的出厂试验项目、内容、试验设备、线路、试验方法及试验结果的分析判断。
2、设计内容与要求1）毕业设计论文部分（1）脉流牵引电动机的工作条件（2）脉流牵引电动机的基本工作原理（3）SS4型机车用ZD105型脉流牵引电动机的基本结构（4）脉流牵引电动机的换向特点及改善换向的措施（5）脉流牵引电动机的维护保养与检修2）毕业设计部分（1）脉流牵引电动机的试验项目（2）脉流牵引电动机的试验内容（3）脉流牵引电动机的试验设备、试验线路及试验方法（4）脉流牵引电动机的试验结果分析与判断四、设计参考书1．韶山4型电力机车张有松朱龙驹主编中国铁道出版社2．电力机车电机周立主编中国铁道出版社3．电力机车电机张龙主编中国铁道出版社4．电力机车检修莫坚主编中国铁道出版社5．韶山4改型电力机车乘务员杨兆昆主编中国铁道出版社6．韶山8型电力机车赵叔东主编中国铁道出版社7．实用电工手册赵承荻李乃夫主编高等教育出版社8．电工实用手册刘光源主编中国电力出版社9．电气技師手册张友汉赵承荻主编福建科学技术出版社五、设计说明书要求1．封面2．目录3．内容摘要（200～400字左右，中英文）4．引言5．正文（设计方案比较与选择、设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）6．结束语7．附录（参考文献、图纸、材料清单等）六、毕业设计进程安排第1周（本阶段末）：毕业设计开题老師讲解。
第四章 可逆直流调速系统
使U df 增加；2ALR的输入信号也正向增加，但由于
2ALR是反相器，故其输出u c t 2由正值减小，甚至变
成负值。反组VR的触发脉冲由零位后移，甚至进入
逆变位置，但反组的逆变电压U d r 小于正组的整流
电由压正组U流df 向。反因组此的，直在流两环组流变I流c 装。置此之时间正仍组然变存流在装着置
由晶闸管供电的直流调速系统，直流电动机 的励磁功率约为电机额定功率的3%～5%。反接 励磁所需的两组晶闸管变流装置的容量，比在电 枢可逆系统中所用晶闸管变流装置要小得多，从 而可节省设备投资。但由于励磁回路电感大，时 间常数较大，系统的快速性很差。而且反转过程 中，当磁通减小时，应切断电枢电压，以免产生 原来方向的转矩阻碍反向，此外要避免发生飞车 现象。这样就增加了控制系统的复杂性。
依据实现无环流原理的不同，无环流可逆系
1.可逆运行的实现方法 可逆运行的实现方法多
种多样，不同的生产机械可
根据各自的要求去选择，在
要求频繁快速正反转的生产 图4-1两组晶闸管供电的可逆电路 机械，目前广泛采用的是两
组晶闸管整流装置构成的可逆线路，如图4-1所示。 一组供给正向电流，称之为VF组，另一组供给反 向电流，称之为VR组。
当电动机正转时，由正组VF供电；反转时 则由反组VR供电。两组晶闸管分别由两套触发 脉冲控制，灵活地控制直流电动机正、反转和 调速。但不允许两组晶闸管同时处于整流状态， 否则将造成电源短路。为此对控制电路提出了 严格的要求。对于由两组变流装置构成的可逆 线路，按接线方式不同又可分为反并联连接和 交叉连接两种线路。
4.1 晶闸管-电动机可逆调速系统（V-M可 逆系统）
4.1.1晶闸管-电动机可逆调速系统的基本结构 根据直流电动机的电磁转矩公式 Te CmΦd I d 可
直流与脉流牵引电机结构与制修要求(续)——第六讲 牵引电机的换向与改进换向的措施
（。 詈
８
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＝ （。 Ｋ ）
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布情 况 、利用 补 偿绕 组 或 其他 措 施来 限制 电 枢 反应 畸 变 的影 响等 许多 问题 。
衡 量 电机 换 向性 能通 常采 用 以下 ９项 指标 ： （）额定 工 况 电抗 电 势 １
式 中 ： 机 车 最大 恒 功速 度 — 的 电枢支 路 电流 。 一 下 （ ） 向 器 圆周 最 大 电位梯 度 ５换
一
主 扳滑 出边 的最 大 片 间 电压 较 小 ， 且 比较 接近 ， 即电 而 亦
位 特性 比较平 缓 ， 换 向稳 定 性 的 角 度讲 ， 类 电机 的换 从 这 向 比较 满 意。 不 考虑 补 偿 绕组 在 补偿 槽 内分 开 布置 的 离散 作 用 ， 通 常这 个 最 大片 闻 电压 的 限值 为 ３ ～ ５ ３３ Ｖ。当 然 ， 也可 以用 示 波器 读 取换 向器 上实 际的 最 大片 间 电 压值 ，为此 可 将
收稿 日期： Ｏ 一 ３ ｌ ２ Ｏｌ ０ 一 Ｏ 作者筒 舟： 胡礼源 ， ６ 男， ７岁 ， 教授级 高圾工 程师 ，９ ９年毕业 于圣值 得堡交 通大学 电机 幕电力机 车专业 ， １５ 长期 从事牵 引电机 的设计 、 开发 工作
一
３ ８～
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直流与脉流牵 引电机结构与 制修要 求（ ） 续
第六讲 牵引 电机的换 向与改进换向的措施
胡 礼 源
（ 训 电 力机 车厂 ， 南 株 洲 株 湖 ４２０） １０ １
摘 要 ： 细 介绍 了 直 流与 脉 瘴 牵 引 电机 的换 向过 程 及 衡 量 电 机 换 向性 能 的 ９大 指 标 。分 析 了各 类 电机 换 向故 障 的原 详 因 ， 提 出相 应 的改 进 措 施 ， 时 提 出 加 装 补 偿 绕 组 是 提 高 换 向 稳 定 性 的 最 有 救 的措 施 。 井 同 差 ■ 词 ： 引 电 机 ； 向过 程 ； 能 指 标 ； 向故 障 ； 进 措 施 牵 换 性 换 改 中 圈 分 类 号 ： ２ ４１ Ｕ ６． 文越标识码： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ７ ）５ （０ ２ ０ — ∞ ８ ３ １ ０ － ６ ６ ２ ０ ）１ ０ 一） ４
改善电力机车脉流牵引电动机换向的措施分析
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研 究与 交流
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改 善 电力 机 车脉 流 牵 引 电动 机 换 向的措 施 分 析
叶松 青 １ ，吴 伟２
（ １ ． 四 川 盐 业 地质 钻 井 大 队 ，四 川 自贡 ６ ４ ３ ０ ０ ０ ；２ ． 济 南铁 路 局 济 南机 务 段 ，山 东 济 南 ２ ５ ０ ０ ０ １ ）
流换 向 ，减 少速 率特 性偏 差 ，降低定 子温 升 。其滚
１ 换 向火 花产 生 的原 因
脉流 电动机 运行 中产 生火 花 的原 因较 复 杂 ，主
要 有 电磁 、机械 和化 学 ３ 个 方 面 的原 因。
１ ． １ 电磁 原 因
动抱轴 承 可靠性 高 ，复励 牵 引电动机 粘着 性好 ，不
电势 ，改善 电动机 的工作条 件 。 ２ ． １ ． ２ ． ２ 加装平 波 电抗器
在单相 交 流 电网供 电的 电力 机车 上 ，大 多数加
易空转 ，可无极 磁场 削弱 ，再生 制动 时不 用转 换主
电磁 原因是 脉流 电动 机产 生换 向火花 的 主要 原
收稿 日期 ：２ ０ １ ２ — １ １ － ０ ｌ
电路 。Ｚ Ｄ一 １ １ ｌ 有 刷架 圈 ，正 、反 转速 率 偏 差可 控
作者简介 ：叶松青 ，工程师 ；吴 伟 ，动车运用工程师
电状 态 ，由此 会 伴 有 很 大 的 响 声 ，俗 称 “ 放炮 ” 。
向器 转子 和 电刷装 置 的接 触不 良引起 的火 花 ，称 为
机 械火花 。
第四章直流直流(DCDC)变换
第四章直流—直流（DC-DC）变换将大小固定的直流电压变换成大小可调的直流电压的变换称为DC-DC变换，或称直流斩波。
直流斩波技术可以用来降压、升压和变阻，已被广泛应用于直流电动机调速、蓄电池充电、开关电源等方面，特别是在电力牵引上，如地铁、城市轻轨、电气机车、无轨电车、电瓶车、电铲车等。
这类电动车辆一般均采用恒定直流电源（如蓄电池、不控整流电源）供电，以往采用变阻器来实现电动车的起动、调速和制动，耗电多、效率低、有级调速、运行平稳性差等。
采用直流斩波器后，可方便地实现了无级调速、平稳运行，更重要的是比变阻器方式节电（20～30）%，节能效果巨大。
此外在AC-DC变换中，还可采用不控整流加直流斩波调压方式替代晶闸管相控整流，以提高变流装置的输入功率因数，减少网侧电流谐波和提高系统动态响应速度。
DC-DC变换器主要有以下几种形式：（1）Buck（降压型）变换器；（2）Boost（升压型）变换器；（3）Boost-Buck（升-降压型）变换器；（4）Cúk变换器；（5）桥式可逆斩波器等。
其中Buck和Boost为基本类型变换器，Boost-Buck和Cúk为组合变换器，而桥式可逆斩波器则是Buck变换器的拓展。
此外还有复合斩波和多相、多重斩波电路，它们更是基本DC-DC 变换器的组合。
4.1 DC-DC变换的基本控制方式DC-DC变换是采用一个或多个开关（功率开关器件）将一种直流电压变换为另一种直流电压。
当输入直流电压大小恒定时，则可控制开关的通断时间来改变输出直流电压的大小，这种开关型DC-DC变换器原理及工作波形如图4-1所示。
如果开关K导通时间为，关断时间为，则在输入电压E恒定条件下，控制开关的通、断时间、的相对长短，便可控制输出平均电压U0的大小，实现了无损耗直流调压。
从工作波形来看，相当于是一个将恒定直流进行“斩切”输出的过程，故称斩波器。
斩波器有两种基本控制方式：时间比控制和瞬时值控制。
直流与脉流牵引电机结构与制修要求(续) 第六讲 牵引电机的换向与改进换向的措施(续)
新造 或 大修 时均 应进 行 例行 试验 。研 究性 试 验则 是 指 对某 些 专题 进行 技术 开 发性 试 验 ，为 新 产品 开 发打 下
基础 。
表 ６ ３中示 有 例行 试 验 、型式 试 验 和研 究 性 试 验 — 时所需 进 行 的试 验项 目。
收 稿 日期 ： ０ — ３ ０ ２ ０１ ０ —１
作 者 简 介 ： 礼 源 ， ，７岁 ， 授 级 高 级 工 程 师 ，９ ９年 毕 业 于 圣 彼 得 堡 交 通 大 学 电机 系 电 力 机 车 专 业 ， 期 从 事 牵 引 电 机 的 设 计 、 发 工 作 。 胡 男 ６ 教 １５ 长 开
一
３ — ７
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牵 引 电机 通 常都 需 进 行 型 式 试验 、出厂 例行 试 验 及研 究性 试 验 ，以保证 电机 的制 修质 量 及满 足 产 品开
发 的需要 。型式 试 验是 指 对新 开 发 的样 机 以及 经过 一
定批 量 生产 后 的定 型产 品定 期 进行 抽 试 ，在 牵 引 电机
采用 了某 些 足 以影 响其 性能 的新 工 艺 、新 技 术 与新 材 料时 ， 须进 行 型式 试验 。在正 常情 况 下 ， 型 产 品在 必 定
ｃ ｒｅ ｔｔａ ｔ ｎ ｍｏ ｏ ｓ Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒｉ ｔｏ ｕ ｅ ｗｏｔ ｓ ｉｃ ｉ ｕ ｒ ｎ ｒｃ ｉ ｔｒ ． ｏ ｉ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓｔ ｅ ｔｃ ｒ ｕｔ ｓ， ｓ ｃ ｓｐ ｗｅ ｏ ｓ ｕ ｈ ａ ｏ ｒｃ ｎ ｕｍｅ ｎ ｒ ｓｓａ ｃ ｉｃ ｔａ ｄ ｄ ｏ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｃ ｒｕｉ ｎ ｐ ｗｅ ｏ ｒ￣ ｅ ｂ ｃ ｉｃ ｔ ｎ ｉｅ ｈ ｏｉｅ ｆｅ ｃ ｅ ｔ Ｃｏ ｍｕａ ｉｎ ｔｓ ｆｔａ ｔｏ ｔｒｉ ａｒｅ ｕ ｉ ｏ ｄ ａ ｋｃ ｒｕｉ，ａ ｄ ｇ ｖ ｓｔｅ ｎ ｔｃ ｓｏ ａ ｈ ｔｓ． ｍ ｔｔ ｅ ｔｏ ｃｉｎ ｍｏ ｏ ｓｃ ｒｉｄ ｏ ｔｗｔｈ ｐ ｗ— ｏ ｒ ｅ ｅ ｂ ｃ ｉｃ ｔ ｒｆ ｄ ａ ｋ ｃ ｒｕｉ ｅ ．
毕业设计--脉流牵引电动机的换向及脉流牵引电动机的出厂试验
毕业设计--脉流牵引电动机的換向及脉流牵引电动机的出厂试验毕业设计说明书课题名称：脉流牵引电动机的换向及脉流牵引电动机的出厂试验专业系铁道牵引与动力学院班级神华铁路订单班学生姓名张胜指导老师赵承荻完成日期2013届毕业设计任务书一、课题名称脉流牵引电动机的換向及脉流牵引电动机的出厂试验（主要针对使用SS 型电力机车的学习者）二、指导老师赵承荻三、设计内容与要求1．课题概述牵引电动机被称为电力机车的心臓，牵引电动机的运行性能及运行状态直接关系到整台机车的运行性能。
由于牵引电动机工作的特殊性（如因安放在机车车体下部两个机车动轮之间，因而使毎台牵引电动机的体积尺寸受到严格的限制，散热条件极差，工作环境恶劣，加上机车上各台牵引电动机共同运行时，各台牵引电动机负荷分配的不均匀，机车运行时负载变化大等诸多因素），使牵引电动机成为机车上最为薄弱的环节，在机车运行中牵引电动机的故障出现率总体较高，在机车检修工作中，对牵引电动机的检修是一项十分重要的项目。
本课题重点研究脉流牵引电动机的工作原理、基本结构、脉流牵引电动机的换向理论及改善换向的措施。
同时学习与研究脉流牵引电动机检修后的出厂试验项目、内容、试验设备、线路、试验方法及试验结果的分析判断。
2、设计内容与要求1）毕业设计论文部分（1）脉流牵引电动机的工作条件（2）脉流牵引电动机的基本工作原理（3）SS4型机车用ZD105型脉流牵引电动机的基本结构（4）脉流牵引电动机的换向特点及改善换向的措施（5）脉流牵引电动机的维护保养与检修2）毕业设计部分（1）脉流牵引电动机的试验项目（2）脉流牵引电动机的试验内容（3）脉流牵引电动机的试验设备、试验线路及试验方法（4）脉流牵引电动机的试验结果分析与判断四、设计参考书1．韶山4型电力机车张有松朱龙驹主编中国铁道出版社2．电力机车电机周立主编中国铁道出版社3．电力机车电机张龙主编中国铁道出版社4．电力机车检修莫坚主编中国铁道出版社5．韶山4改型电力机车乘务员杨兆昆主编中国铁道出版社6．韶山8型电力机车赵叔东主编中国铁道出版社7．实用电工手册赵承荻李乃夫主编高等教育出版社8．电工实用手册刘光源主编中国电力出版社9．电气技師手册张友汉赵承荻主编福建科学技术出版社五、设计说明书要求1．封面2．目录3．内容摘要（200～400字左右，中英文）4．引言5．正文（设计方案比较与选择、设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）6．结束语7．附录（参考文献、图纸、材料清单等）六、毕业设计进程安排第1周（本阶段末）：毕业设计开题老師讲解。
SS4G型电力机车常见故障分析及其处理措施
SS4G型电力机车常见故障分析及其处理措施系别：牵引动力系专业：铁道机车车辆班级： 16学生姓名：坤指导教师：***完成日期： 2013年3月28日摘要韶山4改进型电力机车，代号SS4G，是在SS4、SS5和SS6型电力机车的基础上，吸收了8K机车一些先进技术设计的。
机车由各自独立的又互相联系的两节车组成，每一节车均为一完整的系统。
它电路采用三段不等分半控调压整流电路。
采用转向架独立供电方式，且每台转向架有相应独立的相控式主整流器，可提高粘着利用。
电制动采用加馈制动，每台车四台牵引电机主极绕组串联，由一台励磁半桥式整流器供电。
机车设有防空转防滑装置。
每节车有两个B0- B0转向架，采用推挽式牵引方式，固定轴距较短，电机悬挂为抱轴式半悬挂，一系采用螺旋圆弹簧，二系为橡胶叠层簧。
牵引力由牵引梁下部的斜杆直接传递到车体。
空气制动机采用DK-1型制动机。
机车功率持续6400kW，最大速度100km/h，车长2×15200mm，轴式2（B0-B0），电流制为单相工频交流。
牵引电动机作为SS4G型电力机车主要电气设备之一，其质量的好坏对机车整体质量起着至关重要的影响。
在铁路的发展历史中，牵引电动机是重要的组成部分之一。
牵引电动机是有高可靠性、好精确度、快速响应的特点，与此同时，牵引电动机也具有故障率高和运用保养质量可以直接决定电动机的使用寿命的特点。
虽然近年来，在制造厂家与各科研部门的共同努力下，牵引电动机基础质量得以不断提高；但由于受机车长交路、大提速恶劣环境以及超吨位等多种运用条件因素影响，对牵引电机使用性能提出更高的要求，因此落修率依然较高，给检修生产带来一定的压力。
本文对造成牵引电机的主要惯性故障原因进行深入分析，提出在检修运用中相应的解决对策，希望能对牵引电机运用的可靠性和安全性起到积极作用。
关键词牵引电机故障原因处理措施目录摘要…………………………………………………………………………… (1)前言 (3)一、牵引电动机概述 (4)（一）电力机车牵引电动机工作原理认知 (4)（二）SS4G电力机车牵引电动机的结构组成 (5)1.定子 (6)2.转子 (8)3.电刷装置 (9)4.电枢轴承和抱轴轴承 (9)二、SS4G牵引电机的一般特性 (9)一、牵引电动机的传动与悬挂方式1个别传动2组合传动二、牵引电动机的工作特点三、ZD105A型牵引电动机的维护保养 (10)四、SS4G 型电力机车常见故障处理办法 (14)总结 (24)致谢 (26)参考文献 (26)前言1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。
电力机车概要授课计划
课程名称电力机车概要课程代码考核方式考查学分3.5
任课教师高伟授课班级热力机车06A1
教材
主要教学参考书
名称
《电力机车概论》
名称
《SS4型电力机车》
出版社
中国铁道出版社
出版社
中国铁道出版社
出版日期
2006.2
出版日期
1998.7
其它参考书
《韶山7E型电力机车》
序
授课主要内容
课
堂
教
学
习题课及大型作业
现
场
教
学
复
习
考
试
机
动
备
注
14
第二节电力机车辅助电机分类及作用
2
第七章主型电器
第一节受电弓
15
第二节高压连接器
2
16
第三节主断路器
2
17
第四节真空断路器
2
第五节转换开关
18
第六节司机控制器
2
19
第八章其他电器
2
20
第九章直流电力机车速度调节
2
21
第十章电力机车的电气制动
2
第十一章电力机车主电路
22
第二节电力机车主线路结构分析
2
23
第三节SS8型电力机车主线路分析
2
第十二章电力机车辅助电路
24
第一节电力机车的辅助设备
2
25
第二节韶山8型机车辅助电路
2
第十三章电力机车控制电路
26
第二节联锁方法与重联电路
2
27
第三节SS8型电力机车控制线路
牵引电动机
简述
牵引电动机是驱动车辆动轮轴的主电动机，用于车辆的加速及制动。
牵引电动机的定子绕组接通三相交流电，在定子空间将产生旋转磁场。转子绕组在旋转磁场中将产生感应电 动机和感应电流，从而使转子受到电磁力的作用而转动。
牵引电动机有许多类型，诸如直流牵引电动机，脉流牵引电动机，单相整流子牵引电动机，交流旋转感应(异 步)牵引电动机，交流同步牵引电动机和直线牵引电动机。
(6)牵引电动机的结构应充分适应电动列车运行和检修的需要。如电动机的传动与悬挂应使动车与钢轨间的 动力作用尽量减小；对灰尘、潮气及雨雪的侵入有良好的防护；便于检修和更换电刷等。
(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。
工作条件
牵引电动机的工作原理和普通电动机是一致的，其基本结构和普通电动机也是相似的。但是，牵引电动机的 工作条件与普通电动机相比则有很大区别，因此牵引电机在设计、结构、材料、绝缘、工艺等方面都要作慎重考 虑。
(3)直流牵引电机机换向可靠。在大电流、高电压、高转速及磁场削弱条件下运行时，换向火花不应超过规 定的火花等级。
(4)各部件应具有足够的机械强度，以保证电动机在最恶劣的条件下可靠的工作。
(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，以保证电动机有足够的过 载能力，并在其寿命期限内机
01 简述
03 要求
目录
02 组成 04 工作条件
牵引电动机是指产生机车或动车牵引动力的电动机。牵引电动机种类繁多，但它们都有一个对应机车和动车 的牵引力和速度关系的特性，即基本牵引特性，它们既可以代表机车或动车的性能，也可以通过车辆的动轮轮径 和传动比的关系转换成牵引电动机的转矩和转速的关系。
第四章 直流和脉流牵引电动机的换相及通风冷却
电磁原因 1. 当电机处于直线换向时，尽管电流密度可能很大， 但电刷下不会产生火花。 2. 附加换向电流过大是产生火花的电磁原因。 3. 当电机工作在严重超越换向时,前刷边电流密度增 大,导致电刷局部过热而在前刷边出现火花或电弧。
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
产生火花的原因
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
牵引电动机的发热和通风冷却
均质固体的发热曲线，曲线表明物体发热时，其温 升随时间按指数函数规律变化。开始发热时，物体 与周围介质的温差较小，散发出的热量较少，产生 的热量大部分用以升高物体本身的温度，温度上升 得较快。随着电机温度的升高，温差的增大，散发 的热量逐渐增加，用以升高物体本身的热量逐渐减 少，温度上升速度减慢。当发热体经过较长时间， 温度升高到一定数值后，产生的热量等于散发热量， 物体的温度不再升高，达到热稳定状态。此时，物
改善脉流牵引电动机换向的方法
二、改善交流换向电势ek~的相位 1.换向极铁心采用电工钢片叠制 2.机座内壁敷设磁桥 3.减小换向极漏磁通 4.采用全叠片或半叠片机座
•
et 第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
改善脉流牵引电动机换向的方法
三、选择合适的变压器电势补偿不平衡电势
由换向元件各交流电势的相位关系可见，变压器电 势与交流电抗电势的相位几乎是相反的，因此可利 用来抵消。实践证明，这是积极有效的办法。为了 使在数值上和相位上都能补偿，必须选择合适的固 定磁场削弱系数。 四、采用感应分路
换向过程
电阻换向
ek er ea 理想换向情况，元件中的合成电势 e 0
延迟换向
ek er ea 合成电势
e0
电流改变方向的时刻比直线换向 时推迟，故称为延迟换向
电力机车直流电机检修与维护—直流电机的换向及拆装
er
eL
eM
(L M) di dt
Lr
di dt
Lr L M
L为换向元件的自感系数； M为换向元件的互感系数
直流电机的换向
2．延迟换向（e 0）
在换向元件中还有切割电动势 ea
ea 2N c Ba a
切割电动势存在同样使换向电流变化延缓。 因此线圈中合成电动势（电抗电动势和切割电 动势之和）的存在使换向电流变化不再是线性 的，出现了电流延迟现象的换向称为延迟换向。
直流电动机的拆装工艺
工艺步骤如下： 1、拆除电动机的所有接线,拆除换向器端的端
盖螺栓和轴承盖螺栓，并取下轴承外盖； 2、打开端盖的通风窗，从刷握中取出电刷，再
拆下接到刷杆上的连接线； 3、拆御换向器端的端盖，若有必要时再从端盖
上取下刷架:
直流电动机的拆装工艺
（1）、用厚纸或布将换向器包扎好，以保持清 洁及以免碰伤换向器；
直流电机的换向
（三）改善换向的方法 环火现象 即正负电刷间出现电弧,可以很短的时间内 损坏电机 防止环火出现的办法
在主磁极上安装补偿绕组，从而抵消电枢反应 的影响。补偿绕组装在主磁极极靴里。
补偿绕组与电枢绕组串联，它产生的磁动势 恰恰能抵消电枢反应磁动势
直流电动机的拆装工艺
直流电动机的拆装目的有保养和修理两种。 对电动机进行保养时的拆装工序一般有拆卸 、 清洗零件、更换易损件、装配和试验。 直流电动机拆卸前应在刷架处、端盖与机座配 合处等做好标记，便于装配。
直流电机的换向
（三）改善换向的方法
目的:
消除或削弱电刷下的火花
方法:
1．选用合适的电刷，增加电刷与换向片 之间的接触电阻
2．装设换向极
机车电机与电器PPT课件项目1任务6 直流(脉流)牵引电机的换向
选用合适的电刷 （1）在同一台电机中，必须采用相同牌号的电刷。 （2）电刷应仔细研磨吻合，保持清洁以及电刷和刷握间有适当间隙。 （3）在正常使用中，温度升高会使电刷接触压降减小。 （4）一台电机上各电刷压力必须均匀。
任务六 直流（脉流）电机的换向
装设换向极
（1）换向极绕组连结。 （2）换向极磁路处于低饱和状态。 （3）换向极极性的确定。 电动机：换向极极性应与沿旋转方向前面的主极 极性相反。 发电机：换向极极性应与沿旋转方向前面的主极
任务六 直流（脉流）电机的换向
任务六 直流（脉流）电机的换向
换向概述：直流电机运行时，随着电枢的转动，电枢绕组元件从一 条支路经过电刷进入另一条支路，由于相邻支路中的电流方向是相反 的，所以元件中的电流方向随之改变，这个过程称为换向过程，简称 为换向。
“换向”是装有换向器电机运行时的薄弱环节，对电机正常运行有很 大的影响，也是评定电机质量优劣的标准之一。如果电机换向不良， 将在电刷和换向器之间产生电火花，严重时将烧毁电刷，导致电机不 能正常运行。由于牵引电机特殊的工作条件，其换向更为困难。
换向极安装在几何中性线上 极性相同。
任务六 直流（脉流）电机的换向
防止环火的措施 防止环火的措施是在主磁极上安装补偿绕组，从而抵消电枢反 应的影响。补偿绕组应与电枢绕组串联，使其产生的磁动势恰 恰能抵消电枢反应磁动势。当电机带负载后，电枢反应磁动势 被抵消，就不会使气隙磁通密度曲线发生畸变，从而可以避免 出现环火现象。补偿绕组装在主磁极极靴里。 安装补偿绕组后，换向极的负担减轻了，有利于改善换向。
换向器上有黑痕，但不严重，电刷上有轻微灼痕
换向器上有黑痕，电刷上有灼痕。如短时间出现这一级 火花，换向器上不出现灼痕，电刷不会被烧焦或损坏
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
图 4－6 有换向极时的磁场图 1-交轴电枢磁势；2-换向极磁势；3-合成磁势。
因此，当电机换向时，换向元件回路内合成电势等于以上电势之和，即：
�e � e r � e a � e k
（4 一 2）
中的合成电势力 �e � 0 ，此时电机能得到满意的换向。如果换向极磁场不合适，
当换向电势 e k 选择的合适，使 ek � er � ea ，恰好可以互相抵消时，换向元件
表 4-1 火花等级
2 级火花作用下，换向器上会出现灰渣和黑色的痕迹。随着运行时间的延长，黑
1 表中 1 级、1 级均为无害火花，允许电机在这些火花等级下长期运行。在 4
色痕迹将逐渐扩展，电刷和换向器磨损也显著增加，因此，2 级火花只允许短时 出现。电机运行时绝不允许出现 3 级火花。 直流和脉流牵引电动机由于工作条件恶劣， 如负载急剧变化、 电网电压波动、 强烈的机械振动和冲击、在脉动电压下工作等，都使电机换向更加困难。为了保 证牵引电动机运行可靠， 直流牵引电动机在运行时的火花等级应限制在下述范围 内：在额定磁场和各削弱磁场级位上正常运行时，火花不应超过 1
� � e TK � t � � � R � T 2 � iL � iK � K
（4-4）
i K ——附加换向电流。
在换向过程中， 换向元件中电流的变化情况可根据 1 的不同， 分为电阻换向、 延迟换向和超越换向 3 种基本类型，如图 4—7 所示。
图 4—7 换向元件中电流的变化规律 （a）电阻换向；（b）延迟换向；（c）超越换向。
图 4—4 换向元件中的漏磁通及电抗电势的方向
电抗电势 e r 的大小取定于电枢电流和转速，电流越大，转速越高，则电抗电 势 e r 越大，电机换向就越困难。 （2）电枢反应电势 e a 电机负载运行时，除了主磁场外，还存在电枢磁场，如图 4－5 所示。在几 何中心线处，主磁场等于零，但存在着较强的电枢磁场。当电枢旋转时，处于几 何中性线上的换向元件， 将切割交轴电枢磁场而产生电枢反应电势 e a 。 根据右手 定则可以判断 e a 的方向也是与换向前的电流方向相同，即 e a 和 e r 方向一致，都 是阻碍电流换向的。
脉流牵引电动机的结构
第五章 脉流牵引电动机的结构
脉流牵引电动机的基本结构
补偿绕组 为了改善脉流牵引电动机的换向，提高电机运行 的可靠性，大容量的脉流牵引电动机设置了补偿 绕组。补偿绕组跨嵌在相邻两个主极极靴槽内 补偿绕组一般用扁铜线按同心式扁绕或平绕数匝而成。 嵌放补偿绕组的主极铁心上的槽形为开口槽，为 了不使主极导磁面积过分削弱，使用了磁性槽楔， 中间嵌有绝缘条 开口槽有向心槽和平行槽两种形式
绝缘等级 H/F
额定电流 840
910A
最大电流 1200A
出厂序号 XXXXX
额定转速 960
940r/min 最大转速 1850
r/min
额定磁场 96%
96%
第五章 脉流牵引电动机的结构
牵引电动机电工材料及绝缘结构
牵引电动机常用的电工材料有导电材料、导磁材料 和绝缘材料。 一、导电材料 1．导线 2．梯形铜排
第五章 脉流牵引电动机的结构
脉流牵引电动机的基本结构
4．换向器
换向器是直流和脉流牵引电动机特有的重要部件，其作用是在发 电机状态下将电枢绕组中产生的交变电势整流成电刷间的直流电 势；在电动机状态下将输人的直流电流逆变成电枢绕组中的交变 电流，以产生单方向的电磁转矩。 换向器是由很多相互绝缘的换向片组合而成的，有多种形式
电枢铁心采用静配合安装在转轴或电枢套筒上 电枢铁心两端装有采用优质钢铸成的压圈，一方面作为电枢绕组的支架，另 一方面把电枢冲片压紧，使电枢冲片保持固定的压力 换向器一端称为前压圈，前压圈与换向器套筒做成一体，非换向器一端称为 电枢后压圈，采用静配合装在转轴或电枢套筒上。
第五章 脉流牵引电动机的结构
第五章 脉流牵引电动机的结构
脉流牵引电动机的基本结构
《电力机车电机》应知应会
《电力机车电机》应知必会适用班级：电力机车专业第一章直流电机的基本知识§1-1直流电机基本工作原理1、直流发电机原理是什么？答：通过导体切割磁感线产生感应电动势x e=B Lv2、直流电动机原理是什么？答：带电导体在磁场中受到电磁力的作用而产生偏转F=BIL §1-2 直流电机的基本结构3、直流电机的基本结构是什么？答：由定子和转子构成。
定子包括机座、主磁极、换向极和电刷装置。
转子包括转轴、电枢铁心、电枢然组、换向器4、换向极又称什么？主要作用是什么？答：附加极，主要作用是改善直流电机的换向5、主磁极铁芯构成是什么？答：主极铁芯有1-1.5mm 厚薄钢板冲片叠压而成。
§1-3直流电机的电枢绕组6、直流电机的电枢绕组分类答：单叠绕组、复叠绕组、单波绕组、复波绕组§1-4直流电机的磁场7、直流电机的励磁方式分为答：他励、并励、串励和复励8、什么是电枢反应？答：电机负载运行时，电枢磁场对主极磁场的影响称为电枢反应§1-5直流电机的感应电势和电磁转矩9、直流电机的电磁转矩、直流电机的感应电势？答：a e E C n f =T aT C I f =§1-6直流电机的基本方程10、直流电机的基本方程是什么？电势平衡方程式：发电机a a a U E I R =-电动机a a a U E I R =+转矩平衡方程式：发电机10T T T =+电动机20T T T =+11、用什么方法可以改变电机的转动方向？（说出2条就可）答：改变电流方向可以改变电机转动方向改变磁极方向可以改变电机转动方向改变励磁电流方向可以改变电机方向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1、牵引电动机的传动方式？答：个别传动和组合传动2、牵引电动机架承式悬挂分类答：分为球面齿式联轴节的架承式悬挂和采用空心轴传动的架承式悬挂3、个别传动的优点是答：个别传动的主要优点是当一台牵引电动机发生故障时，可以单独切除4、牵引电动机必须满足的要求答：1) 应有足够大的启动牵引力和较强的过载能力2）具有良好的调速性能。
《电力机车电机》复习题
《电力机车电机》复习题《电力机车电机》题库一、填空题1、电机就是根据电磁感应原理顺利完成能量之间相互切换的装置。
（挑选）2、直流电机的可逆性就是指一台直流电动机既可以做为发电机用，又可以做为电动机用的特性。
3、直流电机的定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置、前后端盖等组成。
4、直流电动机大多使用的励磁方式就是脉流。
5、直流电动机的电气制动方法有：反接制动、能耗制动和回馈制动。
6、降低电机稳定温升的方法：降低电机的各种损耗；提高电机的散热能力。
7、根据通风器加装边线相同，除雪电动机的通风方式分成胁迫通风和诱导通风。
（挑选）8、牵引电动机常用的电工材料有导电材料、导磁材料和绝缘材料。
9、电机按用途和结构特点分为交流电机、直流电机和控制电机。
（选择）10、额定小时功率就是指除雪电动机在规定的通风条件下，从实际冷态开始运行1小时，各部件温升不少于允许值时，电动机轴上输入的有效率机械功率。
11、由同一种或几种绝缘材料通过一定的工艺而组合在一起所形成的结构称为绝缘结构。
12、电机的损耗引发咳嗽而并使电机温度增高，当电机的温度低于周围介质温度时，热量开始向周围介质散发，称为电机的散热。
13、如果电机中带电部件与机座、铁芯等不带电的部件之间的绝缘状态被破坏，就叫做电机“接地”。
14、绝缘材料分成a、e、b、f、h、c六级。
（挑选）15、如果电机中电位不同的带电部件之间的绝缘状态被破坏就叫做“短路”。
16、电机按能量切换方式分成发电机、电动机、W6机、变频机和变压器。
17、直流电机由定子、转子和空气隙组成。
18、直流电机的转子由电枢轴、电枢铁芯、电枢绕组、换向器和风扇等共同组成。
19、火花分为1级、1.25级、1.5级、2级和3级。
20、根据冷却空气步入电机内部所靠的力量，除雪电动机的通风方式分成自通风和单一制通风。
21、牵引电动机常用的导电材料有导线、梯形铜排、电碳制品。
22、根据冷却空气在电机中的主要流通方向，牵引电动机的通风方式分为轴向通风、径向通风和轴向-径向混合通风。
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第四章
直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第一节 换向的基本概念
就一个具体的电枢元件(线圈)来说，其电流总 是不断变化的。或者说电枢旋转时，每个具体的 电枢元件总是不断地从一个支路转进另外一个支 路。
元件中电流的方 向改变的过渡过 程称为换向过程
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
脉流牵引电动机的换向特点
交流电抗电势er~ er~ =Ki er
在一定的电流脉动系 数下，交流电抗电势 er~的幅值正比于直流 电抗电势er=其交变频 率和相位与电枢电流 交流分量相同。
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
产生火花的原因
电磁原因 1. 当电机处于直线换向时，尽管电流密度可能很大， 但电刷下不会产生火花。 2. 附加换向电流过大是产生火花的电磁原因。 3. 当电机工作在严重超越换向时,前刷边电流密度增 大,导致电刷局部过热而在前刷边出现火花或电弧。
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
产生火花的原因
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第一节 换向的基本概念
换向元件中的电阻
R1
R TK TK t
换元件中的电流
ia iR1 ia iT2 e
R2
R TK t
i
ia 1
2t TK
e • TK t
R
TK2
iL
iK
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第一节 换向的基本概念
机械原因 1.换向器及电机旋转部分的缺陷
（1）个别换向片或云母片凸出； （2）换向器偏心、转子动平衡不好； （3）换向器工作表面污染、有毛刺、斑痕或拉伤沟纹等； （4）换向器工作表面变形，如呈椭圆形、腰形或锥形等。
2.电刷装置的缺陷
（1）电刷接触面研磨的不光滑，接触不良或只是局部接触； （2）电刷在刷盒中间隙不合适，造成跳动、倾斜或卡死现象； （3）电刷上压力不适当； （4）刷握装置不稳固，造成刷握位置偏离几何中心线； （5）刷架圈的定位不准确或安装不牢固等。
脉流牵引电动机的换向特点
一台换向正常的直流牵引电动机，若工作在脉动电 源下，这台电机换向将显著恶化，这是因为在脉动电源 条件下，牵引电动机的换向元件中，除已经介绍过的直 流电势外，由于脉动电源中交流分量的作用，还将引起 另外3种交流电势，即： (1)由电枢电流交流分量Ia～引起的交流电抗电势er～； (2)由换向区磁通交变分量由φK～引起的交流换向电势 ek～； (3)由主极磁通交变分量φf～引起的变压器电势et，
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
产生火花的原因
化学原因 在正常情况下，当电机长期运行之后，换向器滑动 面会覆盖一层很薄的薄膜，电刷在与换向器接触时，并 不是直接与换向器钢片本身接触，而是通过这层薄膜与 换向器铜片接触。要获得良好的换向，除保持电磁和机 械方面的良好条件外，还必须在换向器表面形成均匀而 光亮的薄膜层，不正常薄膜的出现将预示着电机换向的 恶化。
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第一节 换向的基本概念
换向元件中的电势
1.电抗电势 一般,换向周期非常短暂,
电流的变化会在绕组元件
中产生自感和互感电势,
两者的合成电势称为电抗
电势。用er表示。
er
eL
eM
Lr
dia dt
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第一节
电枢反应电势
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
改善直流牵引电动机换向的方法
三、增加换向回路的电阻 换向回路电阻主要是决定于电刷与换向片之间的接 触电阻，增加接触电阻可以减小附加换向电流的数 值，从而改善电机换向。
脉流牵引电动机由于换向条件困难，广泛采 用高接触电阻的电化石墨电刷
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
刷所用的时间。换向元件的电流从+ia变到-ia所用的时间即为一个换向周
期（Th=0.0005～0.02秒）。 换向问题十分复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火化。当火花大 到一定程度时可能损坏换向器表面，从而使电机不能正常工作。 产生火花的原因十分复杂，除电磁原因外，还有电化学、电热等因素，至 今尚无完整的理论
换向过程
电阻换向
ek er ea 理想换向情况，元件中的合成电势 e 0
延迟换向
ek er ea 合成电势
e0
电流改变方向的时刻比直线换向 时推迟，故称为延迟换向
超越换向
ek er ea
e0
电流改变方向的时刻比直线换向时提前， 故称为超越换向
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
改善直流牵引电动机换向的方法
一、设置换向极 换向极应满足以下要求： 1.极性正确 2.换问极绕组必须与e电r 枢绕组串联 3.换向极磁路处于低饱和状态
二、减小电抗电势 希望电抗电势的数值尽可能小些，这样抵消电抗电势 的所需要的换向电势也就小些。当这两个电势的绝对 值都减小以后，它们的剩余电势也相应减小，这样就 改善了电机的换向条件。
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第一节 换向的基本概念
电刷是支路的分界线；我们研究跨接在换向片1/2上的电枢元件。 换向刚开始时，元件仍属于右边支路，其电流为+ia（右→左）； 处于换向中时，元件被电刷短路，电流大小和方向处于变化的过程中； 换向结束时，元件进入左边支路，其电流已经由变为-ia（左→右）。 一个元件换向过程所需的时间就是称为换向周期Th，即一个换向片通过电
换向的基本概念
当电枢旋转时，处于几何中性线 上的换向元件，将切割交轴电枢 磁场而产生电枢反应电势。根据 右手定则可以判断的方向也是与 换向前的电流方向相同，即和方 向一致，都是阻碍电流换向的。
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
第一节 换向的基本概念
换向电势
为了改善换向，容量在1kw以上的 直流电机都安装有换向极，换向极 安装在几何中性线上。换向极极性 应正确，以使它的磁势与交轴电枢 反应磁势相反，如图所示。这样， 当换向元件切割换向极磁场时，感 应产生换向电势，其方向与和相反， 用来抵消和对换向的不利影响。