電機一、機車驅動原理:由牽引電動機將電能轉變為機械能，通過電機齒輪帶動輪軸轉動驅動車輛運行。二、牽引電動機通常是指用來驅動機車車輛的電動機，它的運行性能直接影響著機車車輛的牽引性能。牽引電機分類;直流、脈流、單向整流子、交流異步、交流同步、直線異步與同步電機等。機車廣泛采用直流牽引電動機，具有優良的牽引和制動性能，通過調節端電壓和勵磁電流，就可方便地進行調速，但是在高電壓大功率時電位條件惡化，換向變得困難，工作可靠性降低，維修麻煩。隨著大功率晶閘管的研發成功，解決了交流電動機的調速問題，交流電動機沒有換向器，消除了直流電動機換向引起的一系列問題，具有體積小轉速高，重量輕，維修方便的特點。牽引電機安裝在車底轉向架上，通過傳動裝置與輪對相連，機車在牽引狀態時牽引電動機將電能轉換為機械能，通過輪對與鋼軌產生牽引力，驅動列車運行。

當機車進行電制動狀態運行時，牽引電機轉換成發電機狀態，將機械能轉換成電能，通過鋼軌產生制動力。第一章直流電機的基本知識

直流電機是電能和機械能互相轉換的旋轉電機之一。將機械能轉換為直流電能的電機稱為直流發電機，將直流電能轉換為機械能的電機稱為直流電動機。直流電動機具有良好的啟動性能，調速性能，被廣泛地用于鐵路機車、無軌電車、地鐵輕軌電車組中。如:地鐵門控制系統、刮雨器控制系統第一節電機基礎一、電機的基本功能與分類電機是能量轉換和信號轉換的電磁裝置。控制電機用來實現信號的轉換，動力驅動電機用于能量轉換。一般用于城軌的驅動電機有旋轉電機與直線電機。旋轉電機按工作電源分為直流電機和交流電機。交流電動機可分為單相和三相交流電動機；按機構原理可分為異步電機和同步電機。同步電動機可分為旋轉電樞式和旋轉磁極式同步電動機，異步電動機可分為感應和交流換向器電動機；按轉子的結構分為籠型感應和繞線轉子感應電動機。直線電機也有同步與異步之分。二、電機的原理是通過電磁感應原理來實現能量轉換的，電和磁是構成電機的兩大要素。電機中由導體、線圈、繞組構成的電路，可以是直流電路也可以是單相、兩相或三相交流電路。電機內部件固定不動的部分稱為定子，旋轉的轉動部分稱為轉子，二者之間必須有氣隙才能工作。三、基本定律1.全電流定律:解釋為進入某個節點的電流與流出節點的電流相等。2.電磁感應定律:變化的電場(電流)產生變化的磁場，變化的磁場產生變化的電場(電流)。3.電磁力定律:通電導體在磁場中要受到力的作用。在旋轉電機中，作用在轉子通電導體上的電磁力使轉子產生力矩-電磁力矩，產生能量轉換。第二節直流電機基工作原理什么是直流電機？定義：將直流電能和機械能相互轉化的旋轉電機，它可用作電動機或發電機。什么是直流電機？直流電機的用途1.作電源用——直流發電機2.作動力用——直流電動機

3.信號的傳遞作為測量元件——直流測速發電機作為執行元件——直流伺服電動機直流電機的優缺點優點：直流發電機的電勢波形較好，電磁干擾較小。直流電動機的調速范圍寬廣，調速特性平滑。直流電動機過載能力較強，起動和制動轉矩較大。缺點：由于存在換向器，其制造、維護復雜，價格較高。主要內容1直流電機的工作原理、主要結構、額定值2直流電機的電樞繞組3直流電機的電樞反應4電樞繞組感應電動勢和電磁轉矩5直流電機換向U+–NS轉動：繞組線圈、換向器；靜止：主磁極、電刷電樞1.1直流電機的主要結構右手定則的內容是：伸開右手，使大拇指跟其余四個手指垂直并且都跟手掌在一個平面內，把右手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，大拇指指向導體運動方向，則其余四指指向感應電流的方向。1.2直流電機的工作原理（一）直流發電機工作原理右手定則A+B-A+B-（一）直流發電機工作原理右手定則注意：電刷與負載連接固定不動，電刷壓在換向片上。換向器和線圈連接并轉動，無論怎樣轉動，總是上半邊A的電流向外，下半邊B的電流向里。（一）直流發電機工作原理

通過電刷和換向器將交流變成直流，其作用相當于單相全波整流器。（一）直流發電機工作原理增加導體數可減少感應電動勢和電磁轉矩的脈動。當每極下導體數大于8時，脈動可小于1%。

（一）直流發電機工作原理提問哪些部件轉動、哪些部件不動？繞組線圈電流性質、電刷端電流的性能？實際電機結構要在物理模型上作哪些改動？轉動：繞組線圈、換向器；靜止：主磁極、電刷繞組線圈：交流；電刷端：直流增加鐵心、繞組線圈數、軸承、端蓋等1.2直流電動機的工作原理左手定則n逆時針轉向n逆時針轉向左手平展，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內。把左手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，四指指向電流方向，則大拇指的方向就是導體受力的方向（二）直流電動機工作原理電動機運行關鍵：要使電樞受到一個方向不變的電磁轉矩，即當線圈邊在不同極性的磁極下時受到的電磁轉矩方向不變。換向器配合電刷可保證每個極下線圈邊中電流始終是一個方向，即電樞受到的電磁轉矩的方向始終不變。這就可以使電動機能連續的旋轉。（三）直流電機的可逆性對于一匝線圈，電功率，機械功率。即電勢所形成的電功率等于電磁力所產生的機械功率。在旋轉的電機中，不論是發電機還是電動機，這兩種功率是等量存在的，這兩種能量形式是可逆的。電功率機械功率

一臺電機既可作為發電機運行，又可作為電動機運行，這就是直流電機的可逆原理。（三）直流電機的可逆性一臺直流電機原則上既可以作為發電機運行，也可以作為電動機運行，只是其輸入輸出的條件不同而已。如用原動機拖動直流電機的電樞，將機械能從電機軸上輸入，而電刷上不加直流電壓，則從電刷端可以引出直流電動勢作為直流電源，可輸出電能，電機將機械能轉換成電能而成為發電機；如在電刷上加直流電壓，將電能輸入電樞，則從電機軸上輸出機械能，拖動生產機械，將電能轉換成機械能而成為電動機。這種同一臺電機，既能作發電機又能作電動機運行的原理，在電機學理論中稱為電機的可逆原理。1.3直流電機的主要結構風葉磁極電刷電樞轉子轉軸換向器換向片壓緊環電樞繞組繞組端部分解圖換向器1.3直流電機的主要結構主磁極換向極機座端蓋軸承電刷裝置產生磁場、電機的機械支撐電樞鐵心電樞繞組換向器軸風扇感應電勢，而實現能量轉換的部分

定子（固定部分）轉子（轉動部分）1.3直流電機的主要結構二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（一）定子各部件安裝結構極數：主磁極的個數，等于2p二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（一）定子各部件安裝結構（1）主磁極

構成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組。作用：建立主磁場。二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（一）定子各部件安裝結構（2）換向極

構成：換向極常用整塊鋼或厚鋼板制成。換向極的數目一般與主磁極相等。在小功率直流電機中，換向極數量通常只有主磁極的一半，或不設置換向極作用：用于改善換向二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（一）定子各部件安裝結構（3）機座構成：用厚鋼板彎成筒形焊成或鑄鋼件制成。作用：1、主磁路的一部分；2、電機的結構框架。二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（一）定子各部件安裝結構（4）電刷裝置作用：電樞電路的引出（或引入）裝置。構成：電刷、刷盒、刷桿和連線等。電樞電流能經旋轉的換向器（隨轉子）通過靜止的電刷（固定在定子上）接通外電路1.將轉動的電樞與外電路相連2.與換向器配合作用而獲得直流電壓電刷組數一般等于電機極對數二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（一）定子各部件安裝結構（4）電刷裝置二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（二）轉子各部件安裝結構二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（二）轉子各部件安裝結構（1）電樞鐵心作用：1、主磁路的一部分；2、電樞繞組的支撐部件。

構成：一般用厚0.5㎜且沖有齒、槽的DR530或DR510的硅鋼片疊壓夾緊而成。二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（二）轉子各部件安裝結構（1）電樞鐵心二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（二）轉子各部件安裝結構（2）電樞繞組作用：直流電機的電路部分。

構成：用絕緣的圓形或矩形截面的導線繞成，上下層以及線圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔壓緊。二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（二）轉子各部件安裝結構（3）換向器

作用：整流（發電機）或逆變（電動機）。構成：由許多鴿形尾的換向片排列成一個圓筒片間用V形云母絕緣，兩端再用兩個形環夾緊而構成。二、直流電機主要結構15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值（二）轉子各部件安裝結構（3）換向器三、直流電機的勵磁方式15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值直流電機勵磁方式，即勵磁繞組與電樞繞組的連接方式，對電機的運行特性有大的影響他勵——勵磁由另外獨立的直流電源供給，與電樞繞組不相連接自勵——勵磁繞組與電樞繞組相連接，勵磁電流由發電機本身供給勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式。直流電機按勵磁方式可分：他勵自勵三、直流電機的勵磁方式15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式。直流電機按勵磁方式可分：他勵自勵并勵串勵復勵三、直流電機的勵磁方式15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式。I=Ia+If

，Ia=If'

I=Ia=IfI=Ia+IfI=Ia，If與Ia無關

復勵直流電動機串勵直流電動機并勵直流電動機他勵直流電動機四、直流電機的額定值15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值額定功率：指電機在銘牌規定的額定狀態下運行時，電機的輸出功率，以“W”為量綱單位。若大于1kW或1MW時,則用kW或MW表示。額定電壓：

指額定狀態下電樞出線端的電壓，以“V”為量綱單位。額定電流：

指電機在額定電壓、額定功率時的電樞電流值，以“A”為量綱單位。額定轉速：

指額定狀態下運行時轉子的轉速，以“r/min”為量綱單位。額定勵磁電流：

指電機在額定狀態時的勵磁電流值。四、直流電機的額定值15.1直流電機的工作原理、主要結構、額定值

對于直流發電機，是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。

對于直流電動機，是指輸出的機械功率，所以公式中還應有效率存在。

（五）直流電機的可逆性一臺直流電機原則上既可以作為發電機運行，也可以作為電動機運行，只是其輸入輸出的條件不同而已。如用原動機拖動直流電機的電樞，將機械能從電機軸上輸入，而電刷上不加直流電壓，則從電刷端可以引出直流電動勢作為直流電源，可輸出電能，電機將機械能轉換成電能而成為發電機；如在電刷上加直流電壓，將電能輸入電樞，則從電機軸上輸出機械能，拖動生產機械，將電能轉換成機械能而成為電動機。這種同一臺電機，既能作發電機又能作電動機運行的原理，在電機學理論中稱為電機的可逆原理。直流電機的磁場和換向直流電機的磁場

直流電機運行時除了主磁極外，若電樞繞組中有電流流過，還將產生電樞磁場。這兩個磁場在氣隙中相互影響，相互疊加，合成了氣隙磁場。它將直接影響電機的電樞電勢和電磁轉矩。直流電機的空載磁場直流電機負載時的磁場直流電機的電樞反應

直流電機的換向換向是指電機旋轉時，電樞繞組元件從一條支路，經過電刷短路，進入另一條支路，其電流方向改變的過程。換向的外觀表現是在電刷和換向器間常出現火花。若火花在電刷下的范圍很小，亮度很弱，呈現蘭色，對電機并無危害。若電刷下火花范圍較大、比較強烈，對電機會有危害。改善換向的方法安裝換向極正確選用電刷

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定義：

直流電機的某一個元件經過電刷，從一條支路換到另一條支路時,元件里的電流方向改變，即換向。

一.換向的電磁現象下圖是某一單疊繞組1號元件的換向過程，設圖中電刷寬度與換向片寬度相等，電樞以υa的速度從右向左旋轉。

1、換向之前：如圖（a）所示，電刷與換向片1接觸，1號元件中的電流ia從下層邊流向上層邊，設為+ia，元件處于右支路。

2、換向之中：如圖（b）所示，電刷與換向片1、2同時接觸，1號元件被短接，元件中的電流正從+ia向-ia變化。

3、換向之后：如圖（c）所示，電刷與換向片2接觸，1號元件中的電流ia從上層邊流向下層邊，電流為-ia，元件處于左支路。

4、電樞上的每個元件在經過電刷時都要換向，元件的換向時間稱為換向周期，記作：Tk。說明實際電機換向時，換向元件中Σe≠0。換向元件中存在以下電動勢：（1）自感電動勢eL換向元件中電流變時產生的自感電動勢（2）互感電動勢eM同時換向的幾個元件中相互產生的互感電動勢，通常把自感電動勢eL與互感電動勢eM之和稱為電抗電動勢eX，即：。電抗電動勢總是阻礙換向元件中的電流變化的，eX方向應與換向前元件的電流方向一致。1.換向元件的電抗電動勢1、直線換向當時換向元件電流隨時間線性變化。當時換向元件電流隨時間不再是線性變化，出現電流延遲現象。2、延遲換向當時換向元件電流隨時間不再是線性變化，出現電流超前現象。3、超前換向換向元件中的電流變化

二、改善換向的方法由于換向元件中的Σe=ea+ex≠0，則在被電刷短接的閉合回路中就有環流產生，設閉合回路的總電阻為ΣR，環流為：環流的存在使換向元件在換向過程中電流不隨時間直線變化，電流的變化比直線換向慢，如圖曲線2所示，這種換向稱為延遲換向。延遲換向使電刷電流密度不均勻，電刷后部電流密度比前部大，因此在電刷后部出現火花。方法

1、為了改善換向，應使ik=0，想辦法產生ek，使ek大小等于ea+er，方向與ea+er的方向相反，則Σe=0。如果ek作用大于ea+er，則電流變化如圖曲線3所示，這種換向稱為超前換向，超前換向使電刷前部出現火花。

2、改善換