電力機(jī)車直流牽引電機(jī)-直流電機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)

直流發(fā)電機(jī)工作原理電機(jī)是利用電磁感應(yīng)定律進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的裝置。電磁感應(yīng)定律

發(fā)電機(jī)電機(jī)電動(dòng)機(jī)

變壓器——靜止電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)

發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的電機(jī)的兩種運(yùn)行方式，具有可逆性。直流電機(jī)

直流發(fā)電機(jī)：機(jī)械能電能直流電動(dòng)機(jī)：電能機(jī)械能

優(yōu)點(diǎn)：寬廣的調(diào)速范圍

較強(qiáng)的過載能力

較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

缺點(diǎn)：存在換向器

制造、維護(hù)復(fù)雜

價(jià)格較高

直流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

為了討論直流電機(jī)的工作原理，可把復(fù)雜的直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡化為電機(jī)具有一對主磁極，電樞繞組只是一個(gè)線圈，線圈兩端分別聯(lián)在兩個(gè)換向片上，換向片上壓著電刷A和B。

直流電機(jī)模型直流發(fā)電機(jī)工作原理圖1圖2直流發(fā)電機(jī)工作原理不帶負(fù)載時(shí)分析可得：1.和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總為正，而電刷B的極性總為負(fù)。電刷兩端可獲得直流電動(dòng)勢。2.電樞線圈內(nèi)部卻為一交變電勢。直流發(fā)電機(jī)工作原理圖3圖4直流發(fā)電機(jī)工作原理結(jié)論：

對直流發(fā)電機(jī)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向與電樞電流方向一致。脈流牽引電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通直流電機(jī)基本相同，但為了適應(yīng)牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能、通風(fēng)冷卻方式、傳動(dòng)方式、安裝方式及使用環(huán)境等條件，脈流牽引電動(dòng)機(jī)某些零部件的結(jié)構(gòu)與普通直流電機(jī)有一定差別。本章在介紹牽引電動(dòng)機(jī)定額的基礎(chǔ)上，結(jié)合牽引電動(dòng)機(jī)實(shí)際結(jié)構(gòu)，介紹牽引電動(dòng)機(jī)制造中常用的電工材料，討論脈流牽引電動(dòng)機(jī)主要零部件的功用和結(jié)構(gòu)型式，最后扼要說明典型脈流牽引電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)脈流牽引電動(dòng)機(jī)的機(jī)座既作為安裝電動(dòng)機(jī)所有零件的機(jī)械外殼，又是聯(lián)系各磁極的導(dǎo)磁鐵軛。為了使有限的安裝空間得到最佳利用，并使機(jī)座重量最輕，合理地選擇機(jī)座形狀十分重要。現(xiàn)代牽引電動(dòng)機(jī)采用的整體式機(jī)座，通常有方形和圓形兩種脈流牽引電動(dòng)機(jī)的機(jī)座大都采用鑄鋼結(jié)構(gòu)，為了改善脈動(dòng)電壓供電下的電機(jī)換向，在鑄鋼機(jī)座內(nèi)壁敷設(shè)有磁橋，也可采用全疊片無機(jī)殼機(jī)座，機(jī)座由鋼板疊片組構(gòu)成。脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)主磁極脈流牽引電動(dòng)機(jī)的主磁極（簡稱主極）是用來產(chǎn)生主磁場的，它由主極鐵心和主極線圈兩部分組成主極線圈的作用是通以直流電流而建立主磁場。制成的主極線圈套到主極鐵心上，在兩者的空隙處，填充聚硯纖維氈，再澆注環(huán)氧膠，使主極線圈與主極鐵心牢固地粘合在一起，稱之為一體化結(jié)構(gòu)。采用一體化結(jié)構(gòu)后，從根本上消除了困線圈和鐵心相對活動(dòng)而產(chǎn)生的絕緣磨損現(xiàn)象，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)換向極脈流牽引電動(dòng)機(jī)的換向極用來產(chǎn)生換向磁場以改善電機(jī)換向性能，由換向極鐵心和換向極線圈兩部分組成在脈流牽引電動(dòng)機(jī)中，為了減少換向極磁通的渦流和由此引起的對電機(jī)換向的影響，通常采用由電工鋼片疊成的換向極鐵心。換向極線圈一般都采用扁銅線扁繞制成，換向極線圈的匝間、對地和外包絕緣與主極線圈的絕緣結(jié)構(gòu)相同。線圈與鐵心間也進(jìn)行一體化澆注。脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)補(bǔ)償繞組為了改善脈流牽引電動(dòng)機(jī)的換向，提高電機(jī)運(yùn)行的可靠性，大容量的脈流牽引電動(dòng)機(jī)設(shè)置了補(bǔ)償繞組。補(bǔ)償繞組跨嵌在相鄰兩個(gè)主極極靴槽內(nèi)補(bǔ)償繞組一般用扁銅線按同心式扁繞或平繞數(shù)匝而成。嵌放補(bǔ)償繞組的主極鐵心上的槽形為開口槽，為了不使主極導(dǎo)磁面積過分削弱，使用了磁性槽楔，中間嵌有絕緣條開口槽有向心槽和平行槽兩種形式脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)繞組接線為了便于調(diào)節(jié)牽引電動(dòng)機(jī)的磁場和改變牽引電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，總是將主極線圈單獨(dú)接成一個(gè)電路，用電纜直接引出換向極線圈、電樞繞組及補(bǔ)償繞組串聯(lián)成為另一個(gè)電路，另外用電纜引出，引出電纜的端頭裝有管形的銅接頭脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子1．轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸是牽引電動(dòng)機(jī)中工作最困難的部件之一，因?yàn)樗粌H要傳遞牽引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的巨大轉(zhuǎn)矩，而且還要經(jīng)常承受很大的沖擊載荷

同時(shí)，轉(zhuǎn)軸上還安裝著電樞鐵心、換向器、滾動(dòng)軸承內(nèi)圈和小齒輪等零部件，使轉(zhuǎn)軸經(jīng)常存在著內(nèi)應(yīng)力

電力機(jī)車牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，如鉻錳鋼和鉻鋁鋼等由于轉(zhuǎn)軸上沿軸向不同位置的負(fù)載大小不同，轉(zhuǎn)軸需要做成不同的配合直徑和不同截面的分級圓柱體，稱為階梯軸

轉(zhuǎn)軸和各部分的配合除軸承內(nèi)圈采用基孔制外，其他均采用基軸制脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2．電樞鐵心電樞鐵心是牽引電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，也是承受電磁力作用的部件。在電樞鐵心圓周表面均勻開有電樞槽，槽內(nèi)嵌裝電樞繞組。由電樞鐵心和電樞繞組構(gòu)成了脈流牽引電動(dòng)機(jī)的電樞電樞繞組中流過電流，在磁場中受到電磁力的作用，使電樞旋轉(zhuǎn)，把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能?？梢娝鼈兪菭恳妱?dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的樞紐，因此稱之為“電樞”

為了減少渦流和磁滯損耗的影響，電樞鐵心通常用0．5mm厚帶絕緣層的冷軋電工鋼片疊壓而成電樞鐵心采用靜配合安裝在轉(zhuǎn)軸或電樞套筒上電樞鐵心兩端裝有采用優(yōu)質(zhì)鋼鑄成的壓圈，一方面作為電樞繞組的支架，另一方面把電樞沖片壓緊，使電樞沖片保持固定的壓力換向器一端稱為前壓圈，前壓圈與換向器套筒做成一體，非換向器一端稱為電樞后壓圈，采用靜配合裝在轉(zhuǎn)軸或電樞套筒上。

脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3．電樞繞組電樞繞組是脈流牽引電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件，把電樞線圈嵌放在電樞鐵心圓周的電樞槽中，按一定規(guī)律與換向器連接起來就構(gòu)成了電樞繞組。為了防止繞組元件甩出，電樞線圈在槽內(nèi)部分需用槽楔固定，目前采用較多的是環(huán)氧酚醛玻璃布板制成的槽楔。同樣，電樞線圈的端接部分也受到離心力作用，必須用扎線來固定，在牽引電動(dòng)機(jī)中，電樞線圈的端接部分通常采用無緯玻璃絲帶綁扎。脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)4．換向器換向器是直流和脈流牽引電動(dòng)機(jī)特有的重要部件，其作用是在發(fā)電機(jī)狀態(tài)下將電樞繞組中產(chǎn)生的交變電勢整流成電刷間的直流電勢；在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下將輸人的直流電流逆變成電樞繞組中的交變電流，以產(chǎn)生單方向的電磁轉(zhuǎn)矩。換向器是由很多相互絕緣的換向片組合而成的，有多種形式拱式換向器的主要零部件包括換向片、云母片、V形云母環(huán)、絕緣套筒、換向器套筒、壓圈和組裝螺栓等，所有零部件全部固定在換向套筒上，然后將換向器套簡裝配在轉(zhuǎn)軸上脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三、電刷裝置脈流牽引電動(dòng)機(jī)的換向器端裝有電刷裝置，其作用是使轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與外電路連接起來。電刷裝置由電刷、刷握、刷握架、刷桿和刷架圈等組成目前廣泛采用電化石墨電刷刷握由刷盒(刷握體)和彈簧壓力裝置組成刷握與刷握架之間借助螺栓固定刷架圈是一個(gè)開口的鋼制圓環(huán)刷桿既是刷握的支承部件，又是刷握和刷架圈之間的絕緣部件脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)四、電樞軸承和抱軸軸承1．電樞軸承脈流牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通過兩個(gè)電樞軸承和端蓋支撐在機(jī)座上。現(xiàn)代牽引電動(dòng)機(jī)大都采用承載能力大的滾柱軸承。軸承內(nèi)圈一般采用靜配合裝在轉(zhuǎn)軸上，加熱溫度不超過180℃；軸承外圈采用過渡配合裝在端蓋的軸承孔內(nèi)脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2．抱軸軸承抱軸式懸掛牽引電動(dòng)機(jī)的抱軸軸承是指將電動(dòng)機(jī)支承在動(dòng)輪軸上的凸出結(jié)構(gòu)，可采用滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承。在目前技術(shù)條件下，動(dòng)輪軸上安裝滾動(dòng)軸承還有困難，所以一般采用滑動(dòng)軸承。抱軸式滑動(dòng)軸承由軸瓦、軸承蓋和油箱等組成。典型脈流牽引電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、ZD105型脈流牽引電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)ZDl05型牽引電動(dòng)機(jī)是帶補(bǔ)償繞組的六極、串勵(lì)、脈流牽引電動(dòng)機(jī)ZDl05型脈流牽引電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷裝置等部分組成

)機(jī)座采用ZG25Ⅱ鑄鋼鑄成圓筒形。

主極線圈、換向極線圈都采用扁繞，以改善線圈的散熱條件。換向極鐵心采用無心柱疊片結(jié)構(gòu)，借助心塊和端板用螺栓固定在機(jī)座上。采用國際通用的電機(jī)引出線符號抱軸軸承為滑動(dòng)式，油箱為整體式，采用恒油位結(jié)構(gòu)，以改善潤滑條件。

采用雙邊斜齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比4.19，電樞鐵心不直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，而是先壓裝在電樞套筒上，然后電樞套筒壓裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，這樣的結(jié)構(gòu)有利于電樞的檢修。

換向器采用拱式結(jié)構(gòu)，絕緣等級為F級。該電機(jī)有6個(gè)刷握，每個(gè)刷握的刷盒中裝有3副雙分裂式電刷，。典型脈流牽引電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、ZDll5型脈流牽引電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)ZDll5型采用架承式懸掛，是帶補(bǔ)償繞組的六極、串勵(lì)、脈流牽引電動(dòng)機(jī)(1)牽引電動(dòng)機(jī)一端懸掛在機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，另端固定在輪對的空心軸套上。(2)采用輪對空心軸彈性傳動(dòng)方式，傳動(dòng)比μ=77／31=2．484(3)采用全疊片無機(jī)殼機(jī)座。(4)定子線圈采用白胚嵌線，主極、換向極線圈的引出線及各繞組之間的連接線均采用釬焊連接。定子安裝完成之后進(jìn)行整體真空壓力浸漆。(5)采用拱式換向器結(jié)構(gòu)。(6)刷架裝置采用單壓指、可旋轉(zhuǎn)式刷架圈結(jié)