内燃机车电力传动2__第二章牵引电机

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,机械工程学院,第二章 牵引电机,内,燃,燃,机,机,车,车,电,电,力,力,传,传,动,动,（,二,二,）,）,技,术,术,讲,讲,座,座,11/9/2022,1,第,一,一,节,节直,流,流,牵,牵,引,引,电,电,动,动,机,机,一,、,、,直,直,流,流,牵,牵,引,引,电,电,动,动,机,机,的,的,工,工,作,作,原,原,理,理,在交,直,直流电,力,力传动,装,装置中,，,，广泛,采,采用直,流,流串励,电,电动机,作,作为驱,动,动机车,车,车辆的,牵,牵引电,动,动机，,它,它的工,作,作原理,与,与一般,直,直流串,励,励电动,机,机相同,。,。,图,2,1,直流电,动,动机横,向,向剖面图,2,2,直流电,动,动纵向,剖,剖面,1,主极,线,线圈；,2,主磁,极,极；,3,换向,极,极线圈,；,；,1,吊环,；,；,2,机座,，,，,3,端盖,；,；,4,风扇,；,；,5,电枢,绕,绕组；,4,换向,极,极；,5,电枢,绕,绕组；,6,底脚,；,；,6,后压,圈,圈；,7,轴承,；,；,8,轴；,9,电枢,铁,铁芯；,10,前压,圈,圈；,7,电枢,槽,槽；,8,机座,（,（磁轭,）,）；,9,电枢,铁,铁芯；,11,换向,器,器压圈,；,；,12,换向,器,器；,13,电刷；,14,刷握,装,装置；,10,极靴,。,。,15,前端,盖,盖；,16,主极,线,线圈；,17,主极,铁,铁芯。,11/9/2022,2,直流电,动,动机的,基,基本工,作,作原理,主磁极,：,：由励磁,磁,磁势建,立,立主磁,场,场，磁,场,场方向,：,：NS,静止的,电,电刷（,A,和,B,）与换向器滑动接,触,触，将,直,直流电,引,引入电枢线,圈,圈abcd,电磁力,定,定律,：载流导,体,体在磁,场,场中要,受,受到电,磁,磁力的,作,作用,电磁力,大,大小：,f,x,=,B,x,l i,s,电磁力,的,的方向,：,：由,左手定,则,则决定,一对电,磁,磁力形,成,成电磁,转,转矩M,x,电磁感,应,应定律,：,：,运动导,体,体切割,磁,磁力线,必,必感应,出,出电势,（,（电动,机,机中为,反,反电势,）,）,感应电,势,势大小,：,：,e=B,x,l v,感应电,势,势的方,向,向：按,右手定,则,则,决定,换向器,：,：其作,用,用是,使,使旋,转,转中,的,的电,枢,枢线,圈,圈中,电,电流,换,换向,，,，从,而,而保,证,证每,个,个磁,极,极下,线,线圈,边,边中,的,的电,流,流始,终,终是,一,一个,方,方向,，,，,使,使电,磁,磁转,矩,矩的,方,方向,不,不变,，,，电,机,机按,一,一定,方,方向,连,连续,旋,旋转,。,。,换向,器,器,改变,电,电源,正,正负,极,极，,或,或改,变,变磁,场,场方,向,向时,，,，电,枢,枢线,圈,圈所,受,受的,电,电磁,力,力都,将,将反,向,向，,电,电枢,反,反向,旋,旋转,。,。,f,x,f,x,e,x,e,x,11/9/2022,3,具有,八,八个,线,线圈,的,的直,流,流电,动,动机,在实,际,际的,直,直流,电,电机,中,中，,电,电枢,上,上都,不,不只,有,有一,个,个线,圈,圈，,而,而是,有,有许,多,多线,圈,圈均,匀,匀且,牢,牢固,地,地嵌,放,放在,电,电枢,铁,铁芯,槽,槽中,。,换向,器,器由,八,八个,互,互相,绝,绝缘,的,的换,向,向片,组,组成,。,。,八个,线,线圈,通,通过,换,换向,片,片联,接,接，,构,构成,了,了一,个,个闭,合,合的,绕,绕组,。,。,位于,磁,磁极,中,中性,线,线上,两,两个,电,电刷,将,将闭,合,合的,绕,绕组,分,分成,了,了两,个,个并,联,联的,支,支路,。,。,所有,的,的线,圈,圈都,被,被利,用,用来,产,产生,电,电磁,转,转矩,和,和感,应,应电,势,势，,其,其合,成,成感,应,应电,势,势和,电,电磁,转,转矩,的,的大,小,小取,决,决于,并,并联,支,支路,线,线圈,和,和总,线,线圈,数,数量,的,的多,少,少。,11/9/2022,4,二、,直,直流,电,电动,机,机的,电,电磁转矩,和,和感应电,势,势是直流,电,电动机实,现,现机电能,量,量变换所,不,不可缺少,的,的两个要,素,素。,电磁转矩,的,的计算公,式,式,C,m,转矩常数,，,，决定于,电,电机的结,构,构；,磁通（,Wb）；,I,s,电枢,电流（,A）；M,电磁转矩,（,（,N m）,。,感应电势,的,的计算公,式,式,n,电机,转速（,r/min）；E,s,感应电势（,V）,。,11/9/2022,5,直流电机,的,的可逆性,在一定的,条,条件下，,直,直流电机,既,既可作为,电,电动机运,行,行又可作,为,为发电机,运,运行，由,此,此应用于,机,机车上的,牵,牵引工况,和,和电阻制,动,动工况。,电动机工,况,况：克服反电,势,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。,11/9/2022,6,三、直,流,流电机,的,的基本,方,方程式,直流电,机,机是传,动,动系统,中,中进行,机,机电能,量,量变换,的,的元件,。,。直流,电,电机的,基,基本方,程,程式是,指,指直流,电,电机电,系,系统中,的,的电压平,衡,衡方程,式,式、机械,系,系统中,的,的转矩平,衡,衡方程,式,式以及功率平,衡,衡方程,式,式。这些,方,方程式,综,综合了,电,电机内,部,部的电,磁,磁过程,，,，同时,也,也表达,了,了电机,外,外部的,运,运行特,性,性及功,率,率平衡,关,关系。,11/9/2022,7,（一）,电,电压平,衡,衡方程,式,式,对于串,励,励电动,机,机,U,=,U,s,+,U,L,=,C,e,n,+,I,s,（,R,s,+,R,L,)=,E,s,+,I,s,R,D,对于他,励,励电动,机,机,U,=,由于,R,D,值很小，电压降,I,s,R,D,不大，故UE,S,。,U,电,源,源电压,（,（,V,）；,U,s,电,枢,枢绕组,的,的端电,压,压（,V,）；,U,L,（,U,L,=I,L,R,L,）励磁,绕,绕组的,端,端电压,（,（,V,）；,E,S,电,枢,枢反电,势,势（,V,）；,I,s,电,枢,枢电流,（,（,A,）；,I,L,励,磁,磁电流,（,（,A,）；,R,s,电,枢,枢绕组,电,电阻（,）；,R,L,励,磁,磁绕组,电,电阻（,）；,R,D,（,R,D,=R,S,+R,L,）电枢,回,回路的,电,电阻（,）。,11/9/2022,8,（二）转矩,平,平衡方程式,电动机瞬态,的,的转矩平衡,方,方程式：,M电磁转,矩,矩，M,z,负载阻力,转,转矩，M,0,空载阻力,转,转矩，,惯,性,性转矩。,电动机稳定,运,运行条件下,的,的转矩平衡,方,方程式,：,则 M=M,Z,+M,0,一般M,0,（由摩擦损,耗,耗和铁磁损,耗,耗等引起）,较,较小，故MM,Z,。,11/9/2022,9,（三）功率,平,平衡方程式,和,和电机效率,电磁功率：,无论是电动,机,机还是发电,机,机，在电功,率,率,E,s,I,s,与机械功率,M,能量变换过,程,程中，能量,守,守恒。,在能量转换,过,过程中，不,可,可避免地会,伴,伴随着各种,各,各样的损耗,：,：,机械损耗,P,机,电机轴承，,电,电刷与换向,器,器之间，旋,转,转部分与空,气,气之间存在,的,的摩擦损耗,。,。,铁损耗P,铁,电枢铁芯中,由,由磁滞和涡,流,流所引起的,能,能量损耗,一旦电机旋,转,转，不管它,是,是否带负载,，,，机械损耗,和,和铁损耗就,会,会存在，因,此,此通常把这,两,两项损耗合,起,起来叫做空,载,载损耗,P,空,，即,P,空,=P,机,+P,铁,铜损耗P,铜,因为电枢绕,组,组、励磁绕,组,组、电刷、,电,电刷和换向,器,器接触处都,存,存在电阻，,合,合为R,D,，近似为铜,导,导体电阻，,当,当有电流流,过,过时，就会,产,产生铜损耗,P,铜,=I,2,R,D,。,11/9/2022,10,直流电机功,率,率平衡关系,根据能量守,恒,恒定律，电,机,机的输入、,输,输出和损耗,之,之间存在一,定,定的平衡关,系,系。,对于直流电,动,动机：,电源输入的,功,功率,P,1,=P+,P,铜,P电机吸,收,收的电磁功,率,率,输出给负载,的,的机械功率,P,2,=P-,P,空,功率平衡方,程,程式,P1=P2+,P空+,P铜,电机效率,：,衡量电机内,部,部损耗的大,小,小,11/9/2022,11,四、直流牵,引,引电动机的,工,工作特性和,速,速度调节,电传动机车,是,是由牵引电,动,动机驱动的,，,，因此牵引,电,电动机的工,作,作特性必须,满,满足机车牵,引,引性能提出,的,的要求。电,动,动机输出的,机,机械转矩和,转,转速是说明,电,电动机工作,特,特性的两个,重,重要的物理,量,量，分别与,机,机车牵引力,和,和机车速度,相,相对应，因,此,此，转矩特,性,性和转速特,性,性是电动机,的,的两个主要,特,特性，是选,用,用牵引电动,机,机的重要依,据,据。,（一）直流,牵,牵引电动机,的,的转速特性,和,和转矩特性,直流电动机,的,的工作特性,表,表示当不对,电,电源电压及,励,励磁电流进,行,行人为调节,时,时，电动机,的,的转速,n,、转矩,M,随电枢电流,I,s,的变化关系,。,。电机的工,作,作特性因励,磁,磁方式不同,差,差别很大，,所,所以讨论时,，,，既要应用,综,综合电磁过,程,程的有关方,程,程式，又要,注,注意到不同,励,励磁方式的,特,特点。,11/9/2022,12,转速,特,特性,电源,电,电压,U=,常,常数,，励,磁,磁电,流,流不,认,认为,调,调节,：,：,n=f(I,s,),根据,电,电压,平,平衡,方,方程,式,式得,：,：,他励,（,（或,并,并励,）,）电,动,动机,：,：不对,励,励磁,电,电流,进,进行,人,人为,调,调节,时,时，,=,常数,，,，则,n=n,0,KI,s,式,中,中,空,空,载,载,转,转,速,速,，,，,（,（,很,很,小,小,）,）,串,励,励,电,电,动,动,机,机,：,：,I,L,=,I,s,，,随,随,I,s,而,变,变,化,化,，,，,若,若,忽,忽,略,略,电,电,机,机,磁,磁,路,路,的,的,饱,饱,和,和,，,，,可,可,近,近,似,似,用,用,=K,f,I,L,=K,f,I,S,，,则,则,11/9/2022,13,转,矩,矩,特,特,性,性,电,源,源,电,电,压,压,U=,常,常,数,数,，,励,励,磁,磁,电,电,流,流,不,不,认,认,为,为,调,调,节,节：,M=f(I,s,),忽,略,略,空,空,载,载,转,转,矩,矩,M,0,，,电,电,动,动,机,机,输,输,出,出,转,转,矩,矩,近,近,似,似,等,等,于,于,电,电,磁,磁,转,转,矩,矩,，,，,即,即,M=C,m,I,s,他,励,励,（,（,或,或,并,并,励,励,）,）,电,电,动,动,机,机,：,：不,对,对,励,励,磁,磁,电,电,流,流,进,进,行,行,人,人,为,为,调,调,节,节,时,时,，,，,=,常,数,数,，,，,则,则,M=C,m,I,s,=C,m,I,s,串,励,励,电,电,动,动,机,机,：,：同,样,样,可,可,设,设,=K,f,I,L,=K,f,I,S,，,则,M=C,m,I,s,=C,m,K,f,I,S,2,显,然,然,，,，,串,串,励,励,电,电,动,动,机,机,与,与,他,他,励,励,电,电,机,机,的,的,转,转,速,速,特,特,性,性,、,、,转,