电力机车电机第1章 直流电机的结构及运行

机运行，产生牵引力；在制动工况时，牵引电机作发电机运
行，将机车和列车的动能转换成电能，产生制动力对机车进 行电气制动。
直流电动机和直流发电机的结构基本相同，都具有旋转部 分和静止部分。旋转部分称为转子，静止部分称为定子， 在定子和转子之间存在着空气隙。小型直流电动机的结构
如图1.3所示，其剖面结构如图1.4所示。
电机换向不良会产生电火花或环火，严重时将烧毁电
刷，导致电机不能正常运行，甚至引起事故。
一、换向概述
二、换向元件中的电势
1. 电抗电势 er 2. 电枢反应电势 3. 换向电势 ek
ea
三、改善换向的方法
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 3. 装补偿绕组
一、牵引电机的主要特点及要求
把直流电源接到电刷A、B上，电刷A接电源的正极，电刷B接
电源的负极，电枢线圈中将有电流流过，如图1.2所示。
四、电机的可逆原理
任何一台电机既可作发电机运行，也可作电动机运行，这一
性质称为电机的可逆原理。直流电机也具有wenku.baidu.com逆性，当输入 机械转矩将机械能转换成电能时，电机作发电机运行；当输 入直流电流产生电磁转矩，将电能转换成机械能时，电机作 电动机运行。例如电力机车在牵引工况时，牵引电机作电动
一、定子部分
1. 主磁极 2. 机 座
3. 换向极
4. 电刷装置 5. 端 盖
二、转子部分
转子又称电枢，是电机的转动部分，其作用是产生感应电动
势和电磁转矩，从而实现能量的转换，转子由电枢铁心、电 枢绕组、换向器、转轴、轴承和风扇组成。 1. 电枢铁心 2. 电枢绕组
1）元 件
2）极 距
3）叠绕组和波绕组
转矩、电流等也发生变化。
1. 降低电源电压起动（降压起动） 2. 电枢回路串电阻起动（变阻起动）
二、直流牵引电动机的调速
1. 电枢回路串接电阻调速
2. 改变电源电压调速 3. 改变主磁通调速
三、改变直流牵引电动机转向的方法
四、直流牵引电动机的制动
1. 能耗制动
2. 回馈制动
换向是直流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。 由于牵引电动机特殊的工作条件，其换向更为困难。
一、电势平衡方程 二、转矩平衡方程 三、功率平衡方程
1. 电机的损耗
1）铜耗 pCu 2）铁耗 pFe
3）机械损耗 4）附加损耗 2. 电磁功率
p
pad
3. 功率平衡方程式
四、电机的效率
p P2 P P2 1 P P P2 1 1

p
100%
一、他励（并励）直流电动机的工作特性
2）额定连续功率
3）额定电压 4）额定电流 5）额定转速 6）串励电动机的励磁率
2. 铭 牌
脉流牵引电动机的结构与普通的直流电机基本相同，主要由静止
的定子和旋转的转子两大部分组成。定子的作用是产生磁场、提
供磁路和作为牵引电动机的机械支撑，它由机座、主磁极、换向 极、端盖和轴承等部件组成。转子是用来产生感应电势和电磁转 矩，从而实现能量转换的主要部件，它由转轴、电枢铁心、电枢 绕组和换向器等部件组成。转子通过电枢轴承与定子保持相对位
四、直流电机的电磁转矩
电枢绕组通过电流时，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。电磁转矩的大小，可
根据电磁力定律求得。
直流电机的基本方程包括电压平衡方程、电磁转矩平衡
方程和功率平衡方程。这些基本方程将直流电机中电、 磁、机械等物理量联系起来，符合电学、力学及能量守 恒定律。直流电机的基本方程是分析直流电机运行特性 的基础。
1. 转速特性
2. 转矩特性 3. 效率特性
二、串励直流电动机的工作特性
三、复励直流电动机的工作特性
四、直流电动机的机械特性
五、不同励磁方式的直流电动机特性比较
直流电动机的起动、调速和制动是应用电动机必须解决 的问题，其实质都是电动机转速的调节，电机的转速表
达式均适用。
一、直流电动机的起动
电动机由静止状态达到正常运转状态的过程称为起动过 程。直流电动机在起动过程中不仅转速发生变化，而且
置，使两者之间有一个间隙，称为空气隙（简称气隙）。此外，
直流和脉流牵引电动机还有—套电刷装置，电刷和换向器接触， 以实现电枢电路与外电路的连接。
一、直流电机的励磁方式
1. 他励电机
2. 并励电机 3. 串励电机 4. 复励电机
二、直流电机中的磁场
1. 空载时直流电机中的磁场 2. 电枢磁场
3. 电枢反应
三、直流电机的电枢电动势
电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也
就是每个支路里的感应电动势。当电机的气隙中有磁场存在
，且电枢旋转使电枢导体切割磁力线时，在电枢绕组中会产 生感应电动势。
第一章
直流电机的结构及运行
直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机 具有可逆性，既可作直流发电机使用，也可作直流电动 机使用。作直流发电机使用时，将机械能转换成直流电
能输出；作直流电动机使用时，则将直流电能转换成机
械能输出。
一、直流电机的模型结构
二、直流发电机的工作原理 三、直流电动机的工作原理
3. 换向器
4. 转
轴
转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，
一般用圆钢制成。
三、空气隙
主极极靴和电枢间的间隙称为空气隙，简称气隙。气隙 既保证了电机的安全运行，又是磁路的重要组成部分。
由于空气磁阻远大于铁磁物质的磁阻，而电机的能量转
换是依靠气隙磁通为媒介进行的，所以气隙的大小和形 状对电机的性能有很大影响。
从直流电机基本工作原理的分析可知，发电机将机械能转换 为电能，电动机将电能转换为机械能，其必要条件之一是必 须具有气隙磁通。因此，必须在直流电机主磁极的励磁绕组
中通以励磁电流来产生磁势，以产生气隙磁通，使电枢绕组
切割气隙磁通而产生感应电势；或者由电枢电流与气隙磁通 相互作用而产生电磁转矩，从而实现机电能量的转换。
1. 牵引电机的主要特点
1）使用环境恶劣
2）外形尺寸受限制 3）动力作用大 4）换向困难 5）负载分配不均匀
2. 牵引电动机必须满足的要求
二、牵引电动机的传动和悬挂方式
1. 个别传动
1）抱轴式悬挂
2）架承式悬挂 2. 组合传动
三、脉流牵引电机的额定数据及铭牌
1. 脉流牵引电机的额定数据
1）额定小时功率