摘要：文章指出，由于直流牽引電動機。尤其是直流串勵電動機有起動性能好、調(diào)速范圍廣、控制簡單、操作方便等優(yōu)點，適應(yīng)機車牽引特性的需要，獲得廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：直流串勵牽引電動機；工作原理

中圖分類號：TM922.71 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-8136(2009)23-0012-02

隨著中國國民經(jīng)濟的大力發(fā)展，在國民生產(chǎn)中大力提倡節(jié)能環(huán)保，為了鐵路的高速發(fā)展，鐵路干線上大力使用節(jié)能環(huán)保的電力機車，驅(qū)動電力機車車輛運行的主動力主要是直流串勵牽引電動機。牽引電動機有多種類型，如直流串勵牽引電動機、交流異步直流串勵牽引電動機和交流同步直流串勵牽引電動機等。

直流串勵牽引電動機的工作原理與一般直流牽引電動機相同，但有特殊的工作條件：空間尺寸受到軌距和動輪直徑的限制；在機車運行通過軌縫和道岔時要承受相當(dāng)大的沖擊振動；大、小齒輪嚙合不良時電樞上會產(chǎn)生強烈的扭轉(zhuǎn)振動；在惡劣環(huán)境中運用，雨、雪、灰沙容易侵入等。因此直流串勵牽引電動機在設(shè)計和結(jié)構(gòu)上也有許多要求，如要充分利用機體內(nèi)部空間使結(jié)構(gòu)緊湊，要采用較高級的絕緣材料和導(dǎo)磁材料，零部件需有較高的機械強度和剛度，整臺電機需有良好的通風(fēng)散熱條件和防塵防潮能力，要采取特殊的措施以應(yīng)付比較困難的“換向”條件以減少炭刷下的火花等。牽引電機通過齒輪與輪對相連結(jié)，在機車或動車上用于驅(qū)動一根或幾根動輪軸，直流串勵牽引電動機有兩種懸掛方式。一種是直流串勵牽引電動機和動輪軸連接的懸掛方式，稱為抱軸式懸掛或半懸掛。采用這種懸掛方式時，動輪通過軌縫和道岔所產(chǎn)生的沖擊振動會直接傳給直流串勵牽引電動機。抱軸式懸掛適用于結(jié)構(gòu)速度低于120 km/h的機車車輛。另一種是架承式懸掛(或稱全懸掛)。采用這種懸掛方式時直流串勵牽引電動機固定懸掛在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，在直流串勵牽引電動機軸端和小、大齒輪之間加入各種彈性連接元件，以減小沖擊振動的影響，架承式懸掛適用于結(jié)構(gòu)速度高于120 km/h的機車車輛。

直流串勵牽引電動機主要由定子和旋轉(zhuǎn)的電樞(轉(zhuǎn)子)兩大部分組成，定子的作用是產(chǎn)生磁場和作為整臺電機的機械支撐，它的零部件有主磁極、換向級、機坐、端蓋及軸承等。轉(zhuǎn)子是用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的主要部件，它由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器和轉(zhuǎn)軸組成。通過兩端的軸承，電樞與定子保持相對位置，它們之間有合適的氣隙。又要旋轉(zhuǎn)自如，電樞除了機械支撐外，還是電路和磁路的一部分。

在用牽引變壓器降壓經(jīng)硅整流器或大功率晶閘管整流后供電給直流串勵牽引電動機時，加在直流串勵牽引電動機上的電壓為脈動電壓，因此，這種直流串勵牽引電動機稱為脈流直流串勵牽引電動機。大功率脈流直流串勵牽引電動機的“換向”條件更加困難。此外，電動機內(nèi)部還有一些附加損耗，從而引起電動機溫升。因此，脈流直流串勵牽引電動機在設(shè)計和結(jié)構(gòu)上還要采取加裝換向級和補償繞組等特殊措施，以解決“換向”和溫升兩個突出的問題。

直流串勵牽引電動機的工作原理是直流串勵牽引電動機的換向器端裝有電刷裝置，當(dāng)電刷從晶閘管整流電路獲得電流后。將電流傳給電樞繞組與外電路連接起來，由于直流串勵牽引電動機是串勵電動機，主磁極勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，這時在勵磁繞組上產(chǎn)生電流，使固定在機坐上的6個主磁極分別按N、S級顯示磁性，產(chǎn)生了直流串勵牽引電動機的主磁場，見圖1。

瞬時電流的流向為+→A→換向片→1→a→-b→c→d→換向片→2→B→-。根據(jù)電磁力定律載流導(dǎo)體ab、cd即電樞繞組都將受到電磁力的作用，其受力大小為f＝Bil，電樞繞組受力方向用左手定則判斷，在次瞬時ab位于N極下，電流由a流向b，受力方向從右向左，而cd位于s極下電流從c到d，其受力方向從左向右，由于電樞繞組導(dǎo)體固定在電樞鐵芯上，而電樞鐵芯又固定在轉(zhuǎn)軸上，因此繞組導(dǎo)體受到的電磁力對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩T。在電磁轉(zhuǎn)矩T的作用下，電樞便逆時針旋轉(zhuǎn)起來。

當(dāng)電樞逆時針轉(zhuǎn)過90°時，電刷不與換向片接觸，而與換向片之間的絕緣片接觸，此時線圈中沒有電流通過，電流i=0，故電磁轉(zhuǎn)矩T=0。由于機械慣性的作用，電樞仍能轉(zhuǎn)過一個角度，這時電刷A與換向片2接觸，電刷B與換向片1接觸，線圈中有電流通過，導(dǎo)體db、cd中電流改變了方向，即為b→a、d→c，且導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到原來cd在的地方且電流方向與原來電流方向c→d一樣，因此原磁極極性不變?nèi)詾閟極，所以導(dǎo)體ab所受到的電磁力f方向從左到右，同理cd轉(zhuǎn)到N極下，cd所受的電磁力方向從右到左，因此線圈仍受到逆時針方向電磁轉(zhuǎn)矩的作用，電樞始終保持同一方向旋轉(zhuǎn)。

在直流串勵牽引電動機中，電刷兩邊雖然加的是直流電源，但在電刷和換向器的作用下，線圈內(nèi)部卻變成了交流電，從而產(chǎn)生了單方向的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機持續(xù)旋轉(zhuǎn)。同時放置的線圈中也將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向與線圈中從電刷和換向器流入的電流相反，故稱反電動勢。反電動勢的表達式為E=Cen?(v)式中Ce為電機常數(shù)，Ce=pN/60 a，n是電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，φ是電機主磁通，電動機外加電壓與反電動勢的關(guān)系為U=E+IR，再通過變換就可以求出電動機轉(zhuǎn)速表達式N=(u IR)/ceφ，直流串勵牽引電動機若要維持繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，外加電壓必須高于反電動勢，才能不斷地克服反電動勢而流入電流，將電能轉(zhuǎn)換為機械能。

直流串勵牽引電動機雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但環(huán)保性能較好，具有寬廣的調(diào)速范圍、較強的過載能力和較大的啟動轉(zhuǎn)矩，仍廣泛應(yīng)用于鐵路運輸中，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著關(guān)鍵作用。