第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却 “换向”是装有换向器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，使换向更为困难，尤其是由脉动电源供电的脉流牵引电动机，其换向性能更加恶化。 牵引电动机功率大，结构尺寸又受到安装空间的限制，发热极为严重。为降低电机的温度，牵引电动机在结构、材料、工艺上采取了许多措施，大功率牵引电动机，还采用专门的通风系统进行冷却。 本章依据换向的经典理论讨论换向问题，并注重研究直流和脉流牵引电动机换向的特殊问题，寻求改善换向的方法。还介绍了牵引电动机常用的通风冷却方法。 第一节 换向的基本概念 一、火花现象和火花等级 人们从生产实践中发现，直流电机运行时，其电刷与换向器之间常常伴有火花。火花通常出现在电刷的后刷边，发生火花是直流电机换向不良的直接表现。如果火花在电刷上范围很小，亮度微弱，呈浅蓝色，它对电机运行并无危害，不必要求绝对没有火花。但当火花在电刷上范围较大，比较明亮，呈白色或红色，就会灼伤换向器及电刷，影响电机的正常运行。因此，火花的大小直接反映了直流电机换向性能的好坏。 我国国家标准“电机基本技术要求”（GB755—2000）中，对直流电机换向器上的火花等级作了规定，见表4—1。 表4-1 火花等级  表中1级、1级均为无害火花，允许电机在这些火花等级下长期运行。在2级火花作用下，换向器上会出现灰渣和黑色的痕迹。随着运行时间的延长，黑色痕迹将逐渐扩展，电刷和换向器磨损也显著增加，因此，2级火花只允许短时出现。电机运行时绝不允许出现3级火花。 直流和脉流牵引电动机由于工作条件恶劣，如负载急剧变化、电网电压波动、强烈的机械振动和冲击、在脉动电压下工作等，都使电机换向更加困难。为了保证牵引电动机运行可靠，直流牵引电动机在运行时的火花等级应限制在下述范围内：在额定磁场和各削弱磁场级位上正常运行时，火花不应超过1级；在其他情况下（如短时冲击负载）运行时，火花不应超过2级。对于脉流牵引电动机，其换向条件更为困难，允许在2级火花下持续运行。此时，换向器表面将发黑，但只要不损坏换向器工作表面，这种火花是允许的。 直流和脉流牵引电动机在运行过程中的火花情况，除使用专门仪器测量外，很难直接观察。因此，通常以换向器及电刷表面状态作为确定火花等级的主要依据。 二、换向的物理过程 为了解每个电枢元件中电流换向的过程，以一个单叠绕组元件为例来进行分析。为了简便起见，假设电刷宽度等于一个换向片片距，电刷固定不动，换向器以线速度向左移动。所讨论的换向元件用粗线表示，它和换向片1及2相接，如图4－1所示。  图4－1 换向元件中电流的换向过程 （a）换向开始；（b）换向期间；（c）换向结束。 开始换向瞬间，电枢转到电刷与换向片1相接触的位置，如图4-1（a）所示。这时换向元件属于电刷右边的一条电枢绕组支路，元件中流过的电流i等于电枢绕组支路电流，设此电流的方向为正；当电枢转到电刷与换向片1及2都接触的位置时，如图4-1（b）所示，换向元件被电刷短路，这时随着换向器的继续移动，换向元件中的电流i开始减小。当i减小到零之后，再反向增加；当电枢转到电刷只与换向片2接触时，如图4-1（c）所示，换向元件属于电刷左边的一条电枢绕组支路，这时元件中的电流仍等于电枢绕组支路电流，但其方向与原来相反，即为－。至此，该元件换向结束。 如上所述，当旋转的电枢元件从电枢绕组一条支路经过电刷进人电枢绕组另一条支路时，该元件中电流从一个方向变换到另一个方向。电枢绕组元件中电流方向的改变称为换向。 换向元件从换向开始到换向结束所经历的时间称为换向周期，以表示，如图4－2所示，也就是换向过程中换向器在空间移动距离所需的时间。换向周期是很短的，通常只有千分之几秒。应该指出，换向周期虽然很短，但换向过程却很复杂，不仅仅是单一的电磁变化过程，同时还出现了机械、电化学与电热等现象，而且它们之间又相互影响，这样，给研究换向问题带来极大的困难。  图4－2 电枢绕组元件中电流的变化 三、换向元件中的电势及换向电流 换向过程也就是电枢绕组元件被电刷短路的过程，被电刷短路的元件中电流（即换向电流）的变化规律，取定于闭合回路中的电势和电阻。图4-3所示为换向元件的电路图。  图4-3 换向元件电路图 1.换向元件中的电势 换向元件由于电流换向和受到外磁场的作用，将产生下列电势。 （1）电抗电势 电枢绕组元件中通过电流时，在元件的槽部和端部将产生漏磁通。由于换向元件中的电流在很短的换向周期内由变为，所产生的漏磁通也相应地变化。根据电磁感应定律，当闭合回路中磁链变化时，将产生反电势，力图阻止磁链的变化，即阻止电流的变化，这种反电势称为电抗电势。在换向元件中由于元件本身的电感而产生自感电势；对整距元件，同槽中上、下层元件将同时换向，因此上、下层元件产生的漏磁通也相交链，所以，在该元件中除了自感电势外，还产生互感电势。自感电势eL和互感电势之和,称为电抗电势,即：  （4-1） 式中——换向元件的合成电感系数，包括自感和互感； 一电流变化率。 根据电磁感应定律可以判断，电抗电势的方向与换向前的电流方向一致，即换向元件中电抗电势的作用是阻碍电流换向的。图4—4画出了电抗电势的方向及所研究的换向元件和它所产生的漏磁通。  图4—4 换向元件中的漏磁通及电抗电势的方向 电抗电势的大小取定于电枢电流和转速，电流越大，转速越高，则电抗电势越大，电机换向就越困难。 （2）电枢反应电势 电机负载运行时，除了主磁场外，还存在电枢磁场，如图4－5所示。在几何中心线处，主磁场等于零，但存在着较强的电枢磁场。当电枢旋转时，处于几何中性线上的换向元件，将切割交轴电枢磁场而产生电枢反应电势。根据右手定则可以判断的方向也是与换向前的电流方向相同，即和方向一致，都是阻碍电流换向的。  图4－5 电枢反应磁场图 1-交轴电枢磁势；2-交轴电枢反应磁密；3-换向元件。 3）换向电势 上面所讨论的两个电势和，是没有安装换向极的电机中换向元件所感应的电势，它们都是阻碍电流换向的。为了改善换向，容量在1kw以上的直流电机都安装有换向极，换向极安装在几何中性线上。换向极极性应正确，以使它的磁势与交轴电枢反应磁势相反，如图4－6所示。这样，当换向元件切割换向极磁场时，感应产生换向电势，其方向与和相反，用来抵消和对换向的不利影响。  图4－6 有换向极时的磁场图 1-交轴电枢磁势；2-换向极磁势；3-合成磁势。 因此，当电机换向时，换向元件回路内合成电势等于以上电势之和，即：  （4一2） 当换向电势选择的合适，使，恰好可以互相抵消时，换向元件中的合成电势力，此时电机能得到满意的换向。如果换向极磁场不合适，则合成电势就不等于零，这时在换向元件中将产生附加电流。过大的附加电流，会使电机换向恶化。 2．换向元件中的电阻 图4—3所示换向元件电路，若不计元件及引线电阻，换向回路的电阻即是电刷与换向片间的接触电阻。接触电阻的大小可认为和电刷接触面积成反比，设R为电刷总接触电阻，R1、R2分别为电刷与换向片1、2的接触电阻，则：   （4—3） 3.换向元件中的电流 由图4—3所示的换向元件电路，可得换向元件回路的电势平衡方程式为  换向元件中电流的变化规律为  （4-4） 式中——直线换向电流； ——附加换向电流。 在换向过程中，换向元件中电流的变化情况可根据1的不同，分为电阻换向、延迟换向和超越换向3种基本类型，如图4—7所示。  图4—7 换向元件中电流的变化规律 （a）电阻换向；（b）延迟换向；（c）超越换向。 (1)电阻换向 当时为理想换向情况，此时，元件中的合成电势，换向元件中电流的变化仅取决于换向元件回路的电阻，故称为电阻换向。因为此时换向电流i对时间t按直线关系变化，所以电阻换向又称为直线换向，如图4—7（a）所示。 直线换向的特点是电刷接触面上电流密度的分布始终是均匀的，它是一种理想的换向情无，在电刷与换向器之间不产生火花。 （2）延迟换向 在一般情况下，换向电势并不可能恰好抵消电抗电势和电枢反应电势，若换向极磁场较弱，则，合成电势，则换向元件中产生附加电流们根据楞次定律可知，是阻止换向电流i变化的。当i=0时，电流改变方向的时刻比直线换向时推迟，故称为延迟换向，如图4—7(b)所示。延迟换向说明换向极磁势较弱，故又称为欠补偿换向。 由图4－8(a)可见，由于与；同方向而与反方向，相应地使后刷边（即滑出换向器的一边）的电流密度增大，前刷边（即滑入换向器的一边）的电流密度减小，破坏了电刷下电流密度分布的均匀性，这对换向是不利的，可能产生火花。  图4—8 时的换向电流图 （a）延迟换向；（b）超越换向。 （3）超越换向 若换向极磁场较强，则 ，。在这种情况下，换向元件中的附加电流改变了方向，即与换向电势的方向相同，是帮助换向的。当i＝0时，电流改变方向的时刻比直线换向时提前，故称为超越换向，如图4—7(c）所示。超越换向说明换向极磁势较强，故又称为过补偿换向。 由图4－8(b)可见，由于与同方向而与反方向，相应地使前刷边电流密度增大；后刷边电流密度减小，从而也破坏了电刷下电流密度分布的均匀性，同样对电机换向不利。 第二节 产生火花的原因 直流电机的换向问题十分复杂，产生火花的原因也是多种多样的。通过不断实践和分析研究，到目前为止，对产生火花通常归纳为电磁、机械和化学等3个方面的原因。 一、电磁原因 早期认为，产生火花的原因是由于电刷接触面电流密度太大所至。但实践证明，产生火花的原因并不是电流密度大。因为在近乎直线换向时，即使平均电流密度达到200A／cm2以上，后刚过电流密度达到350～400A／cm2时，也没有发生火花。而电机正常运用时，当电刷平均电流密度仅为8～20A／cm2。可见，这种认识并不符合实际。 经过不断实践和长期研究，目前对电磁原因有以下几种看法： （1）当电机处于直线换向时，尽管电流密度可能很大，但电刷下不会产生火花。 （2）当延迟换向不太严重时，在换向开始和结束瞬间，附加换向电流都等于零，这时，后即边电流密度虽然很大，但井不产生火花。只有过分延迟换向时，当。还未降到零，在换向元件和电刷断开瞬间，换向元件中的以电磁能量的形式释放出来，当这部分能量足够大时，后刷边就会产生火花。因此，可以认为，附加换向电流过大是产生火花的电磁原因。 （3）当电机工作在严重超越换向时、前刷边电流密度增大，同时电刷与换向片刚开始接触，仅有少数点接触。使这个增大的电流集中在电刷与换向片开始接触的少数点上，导致电刷局部过热而在前刷边出现火花或电弧。 二、机械原因 牵引电动机在运行中受到强烈振动，换向器、转子和电刷装置不良也会引起电机产生火花，这类火花称之为机械火花。 机械火花的产生可以归纳为两大类： 1.换向器及电机旋转部分的缺陷 （1）个别换向片或云母片凸出； （2）换向器偏心、转子动平衡不好； （3）换向器工作表面污染、有毛刺、斑痕或拉伤沟纹等； （4）换向器工作表面变形，如呈椭圆形、腰形或锥形等。 2.电刷装置的缺陷 （1）电刷接触面研磨的不光滑，接触不良或只是局部接触； （2）电刷在刷盒中间隙不合适，造成跳动、倾斜或卡死现象； （3）电刷上压力不适当； （4）刷握装置不稳固，造成刷握位置偏离几何中心线； （5）刷架圈的定位不准确或安装不牢固等。 产生机械火花的原因是多种多样的，有时可能是几种原因同时起作用。因此在电机零部件生产和组装时，必须精心制造和严格工艺要求。电机运行时，一旦出现火花，应仔细观察和具体分析。一般来说，机械火花和电磁火花是有区别的。机械火花呈红色或黄色，连续而较粗，沿切线方向飞出，且在换向器表面产生没规律的黑痕。电磁原因引起的火花呈白色或蓝色，连续而细小，基本上都在后刷边燃烧，换向器上留下有规律的黑色痕迹。 三、化学原因一换向器滑动面的薄膜 以前，主要是以电磁理论方面来研究换向，分析产生火花的原因。但实际上，换向问题相当复杂，除电磁原因和机械原因会导致火花外，化学原因也将导致直流和脉流牵引电动机在运行中产生火花。 在正常情况下，当电机长期运行之后，换向器滑动面会覆盖一层很薄的薄膜，电刷在与换向器接触时，并不是直接与换向器钢片本身接触，而是通过这层薄膜与换向器铜片接触。要获得良好的换向，除保持电磁和机械方面的良好条件外，还必须在换向器表面形成均匀而光亮的薄膜层，不正常薄膜的出现将预示着电机换向的恶化。 1.薄膜的形成、化学成分及作用 换向器滑动面的薄膜是电刷与换向器接触并在相对运动过程中逐渐形成的。由于大气中有水蒸汽，使电刷和换向器表面都覆盖着一层水膜，当电机工作时，电刷和换向器接触面上流过电流，该电流使水汽发生电解作用，电刷和换向器形成两个极，正极产生氧，负极产生氢。开始，铜离子向外运动，遇到氧离子生成氧化亚铜膜。而铜离子不断穿越最初建立的膜，再与空气中的氧相遇产生新的膜，使膜不断加厚。随着膜的不断加厚，新生膜的速度也逐渐减慢，直到一定的厚度为止。这样，换向器滑动面的氧化膜就形成了。同时，在这层薄膜上面又吸附着一层非常薄、有粘性的石墨和碳粉组成的碳膜，其结构如图4－9所示。  图4－9 换向器滑动面薄膜 1-电刷；2-石墨碳粉；3-氧化亚铜；4-换向器。 由图4－9可见，换向器滑动面薄膜由两部分组成： (1)金属氧化膜，由氧化铜和氧化亚铜的混合物组成； （2）碳膜，在氧化膜上面，由微小的碳粒、石墨和其他附着物组成。 电机运行时，由于金属氧化膜本身具有较高的电阻，从而增加了换向元件回路的电阻，降低了附加换向电流中，改善了电机的换向。碳膜附着物在吸收空气中的水分之后能产生良好的润滑作用，减小电刷与换向器之间的磨耗，使电刷运行稳定。另外，薄膜与电刷间相互存在着一定的粘附作用，可以缓冲或减小电刷的颤振频率和速度，保持电刷与换向器之间滑动接触的稳定性，减小或消除机械性火花。因此，薄膜对电机的工作起着十分重要的作用。 但是，这层薄膜并非静止不变。电机工作时，金属氧化膜在电刷的磨擦下被破坏，但当电流通过时，由电刷和换向器形成的正、负电极使空气中的水汽电解，加之换向器滑动接触面温度较高，又会使铜表面氧化形成新的氧化膜。与此同时，由正电刷分离出许多极小的微粒吸附在氧化膜上形成碳膜，又由负电刷将它们清除。因此，薄膜在不断地形成与破坏，如果破坏的速率小于形成的速率，则氧化膜逐步建立起来，对正常运行的电机维持一种动态平衡。 薄膜的形成及其颜色，还与电刷的材质。电刷的压力、电流密度。运行时间长短及周围环境等许多因素有关。正常的换向器表面薄膜应当是棕褐色的，在手电光照之下，能反射出光泽，有一种油润感。从运用观点来看，只要薄膜是均匀的、光亮的、稳定的和呈棕褐色的，则标志着电机的换向是正常的。 2.不正常的换向器薄膜 直流和脉流牵引电动机在换向不良、内部发生故障或者在高原缺氧、干燥以及周围空气中有某种化学气体的环境中运行时，都会使换向器表面薄膜遭到破坏，出现异常状态。不正常的权向器薄膜，主要有以下几种： （1）黑片 黑片是指换向片工作表面出现无光泽的黑膜。这是因为当火花达到一定程度时，其热效应引起铜和碳的气化，使钢表面变得粗糙，而出现无光泽黑膜。如果整个换向器表面都发黑， 激电机在正常运行时，火花达到2级或以上，此时必须对该电机进行换向调整。通常换向器表面只是部分换向片发黑，分为有规律和无规律分布两类。 ①有规律分布的黑片 有规律分布的黑片是指沿换向器圆周，按一定的间隔距离，在换向器表面出现的黑片。 按槽节距分布的黑片。如每槽有4个元件的电枢，在换向器表面上出现隔3片有1片换向片发黑，通常是与电枢槽中最后换向的电枢元件相连的换向片发黑。这是因为当一个槽内有几个元件同时换向时，槽内最后一个元件储存的电磁能量的散失比其他几个元件更为困难，在换向结束时，集中于最后一个元件中的电磁能量，无法通过互感由其他元件吸收，因而产生火花使换向片烧黑。产生这种现象的原因主要有：电刷或换向极分布不等分；电刷不在主极中心线上；换向极气隙特别是第二气隙不合适；换向极绕组或补偿绕组匝间短路等。 与均压线相连的换向片发黑。这是由于均压线电流过大引起的。原因可能是励磁绕组发生故障（断线、匝间短路等），使主磁场差别很大，则均衡电流就很大；或是采用了不同牌号的电刷，接触电阻不同，使并联支路电流相差较大，均压线电流增大。 沿换向器表面对称地出现成组几片换向片发黑。这种黑片现象可能是换向器因机械缺陷或过热而产生较大的变形，引起换向器表面局部跳动量过大所致。因为局部跳动量大时会使电刷跳离换向器工作表面，可能产生覆盖几片换向片的电弧。电刷压力偏低时也可能造成换 向器表面局部成组几片发黑。 ②无规律的换向片发黑 换向器工作表面上无规律的换向片发黑，大多是由于机械方面的原因，使电刷与换向器表面接触不良引起的。如电刷压力不够；电刷在刷盒中活动不灵活；个别换向片或云母片凸出；电枢动平衡不好；换向器表面有油污等。 （2）条纹和沟槽 条纹是指沿换向器圆周表面上形成的有明暗色调变化的平行圆环，其宽度是不规则的。 条纹的继续发展会在换向器表面产生沟槽。 条纹的形成是由于电刷接触面上局部电流比较集中或电刷的机械磨擦作用，使局部薄膜 变薄或消失而造成的。电刷接触面上沉积有铜粒子，或者电刷成膜性能差、结构不均匀、含有较硬的杂质等，均易引起条纹，甚至发展成沟槽。 （3）电刷轨痕 这是指平行的电刷轨道之间在色调上的不同。其主要原因有：同一刷握内各并联电刷之间的电流分配不均匀；电刷压力相差太大；并联电刷牌号不同；电刷高度相差太大；个别电刷与刷盒连接不良等。 （4）铜毛刺 铜毛刺是指在换向片边缘出现象碎片一样的毛刺，它们逐渐发展成薄钢片延伸至云母槽内。铜毛刺继续发展，会使相邻的换向片短路，此时铜薄片被烧掉，在两换向片边缘处出现一些麻点，严重时，可能引起环火。 铜毛刺是由于电刷滑行过程中的压延作用和电刷振动时的锤击作用形成的。如果换向器表面没有形成薄膜层，电刷的摩擦作用显著增加，在此机械力的作用下，容易发生铜毛刺。此外，电刷在刷盒中间隙过大，运行时电刷接触面过小（有时只有30％），从而使电刷下电流密度和单位压力大幅度增加，换向器表面由于过热而产生铜退火，这时因压延作用易产生铜毛刺。 （5）换向器表面高度磨光 这是指换向器表面的氧化膜被摩擦掉，露出本铜色，抛光发亮，象镜面一样。此时，电刷与换向器之间的接触电阻减小，附加换向电流增大，从而使电机换向恶化。同时，由于电刷与换向器之间的摩擦增加，电刷会产生高频振动和异常磨耗，严重时，只运行几百公里时换向器就磨损到限。 高度磨光是由于多种外因作用，破坏了换向器表面氧化膜层而形成的。如长期在低负载下工作；严寒条件下换向器表面积有冰霜；在干旱风沙地区运行等。此时应设法找出破坏氧化膜的原因，重建氧化膜，必要时可选用经过特殊处理，含有帮助建立氧化膜物质（如 MOSZ）的电刷。 总之，换向器表面状态反映了电机运行是否正常。因此，在电机运行时，应当经常注意和检查换向器的表面状态，观察薄膜的变化情况，许多牵引电动机的故障在尚未造成破坏前，往往可以根据换向器表面的异常状态来进行早期诊断，找出故障发生的原因和部位，及时进行处理，以保证电机正常运行。 第三节 改善直流牵引电动机换向的方法 改善换向的目的在于消除电刷下的火花。消除换向火花的实质，是设法减小换向元件中附加换向电流。从换向过程分析可知，减小换向元件中的附加换向电流，可通过减少换向元件合成电势和增大换向回路电阻两条途径实现。 一、设置换向极 换向极装在电机几何中心线上，其作用是在元件的换向区域内建立一个换向极磁势，与交轴电枢反应磁势见相反，它除了抵消电枢反应磁势外，还剩下一个换向磁势，并在换向区建立换向磁场，换向元件切割后，就会在换向元件产生一个与电抗电势。方向相反的换向电势，如果大小与相等，即合成电势＝0，从而改善电机的换向。 为了保证在任何负载下换向电势都能恰好抵消电抗电势，换向极应满足以下要求： （1）极性正确 换向极极性要保证其磁场方向与交轴电枢反应磁场方向相反。因此，对于电动机，换向极极性应与沿旋转方向前面的主极极性相反，如图4－10所示。  图4－10 换向极极性 （2）换问极绕组必须与电枢绕组串联 电机运行时电抗电势的数值不是常数，随着负载电流变化成正比变化。为了保证在整个负载范围内随时抵消，则要求也必须随着负载电流变化而变化。因此，换向极绕组必须与电枢绕组串联。 （3）换向极磁路处于低饱和状态 换向电势是换向元件切割换向区磁密产生的，只有磁路不饱和时，才能保证与电枢电流人成比例变化，满足正比于的要求。 为了使换向极磁路不饱和，在设计电机时，通常采用较大换向极气隙以使换向极磁密降低。但是，如果单纯增大换向极和电枢表面间的空气隙，将使漏磁通增加，而换向极漏磁通也是造成换向极磁路饱和的重要因素。为此，牵引电动机常将换向极气隙分成两部分，即电枢与换向极极靴之间的第一气隙和换向极根与机座内壁之间的第二气隙，如图4－11所示。第二气隙垫以非磁性垫片，如发现换向电势补偿不当，还可通过调节第二气隙的大小来调整的数值，使电机得到良好的换向。  图4－11 换向极气隙 －第一气隙；－第二气隙；－漏磁通。 二、减小电抗电势的数值 为了得到良好的换向，在设计牵引电动机时，希望电抗电势的数值尽可能小些，这样抵消电抗电势的所需要的换向电势也就小些。当这两个电势的绝对值都减小以后，它们的剩余电势也相应减小，这样就改善了电机的换向条件。同时，由于减小，相应也减小，在换向极气隙较小的情况下，也保证磁路处于低饱和状态，从而使在负载变化范围内都能较好地抵消。 但是，过分减小值将会使电机重量增加，经济指标下降。因此，电抗电势的数值应控制在适当的范围内。 三、增加换向回路的电阻 换向回路电阻主要是决定于电刷与换向片之间的接触电阻，增加接触电阻可以减小附加换向电流的数值，从而改善电机换向。 接触电阻的大小，主要决定于电刷的材质和结构，不同牌号的电刷有不同的接触电阻。脉流牵引电动机由于换向条件困难，广泛采用高接触电阻的电化石墨电刷，如SS4改型电力机车中ZD105型脉流牵引电动机采用的D374B型电刷。该型号电刷具有较高的电阻率以保证良好的换向，同时又有较好的耐磨性和机械强度。为了增加换向回路的电阻和改善电刷与换向器的接触状况，在脉流牵引电动机中还广泛采用双分裂式电刷，如图4—12所示。这种结构是两块电刷放在同一刷盒中，顶部压块用橡胶制成。由于每一块电刷质量小，惯性小，同时橡胶压块可以吸收电刷的振动，使电刷与换向器接触良好。另外，在两块电刷接触面间有横向间隙，增加了换向回路的横向电阻，从而改善了电机的换向条件。实践证明，采用这种电刷结构可以降低电刷下的火花。  图4—12 双分裂式电刷示意图 1-压指；2-压块；3-电刷；4-刷盒。 综上所述，电刷性能和结构对电机换向影响很大，选择电刷是十分重要的，必须根据不同电机的具体情况来考虑。同时还应注意以下几点要求； (1）在同一台电机中，必须采用相同牌号的电刷。否则，会由于接触电阻大小不同造成电刷间负载分配不均，致使接触电阻小的电刷因电流较大而使换向恶化。 （2）在牵引电机中，电刷电流密度一般在12～16A／cm2的范围内。因为，电刷是以接触压降来表示的，接触压降和电流密度有关，当电刷电流密度较小时，随着电流增大，接触压降随之增大，当电流密度达到一定数值后，接触压降不再增加，此时，换向回路的接触电阻随电流密度增大而减小，这对换向是十分不利的。因此，对电刷的电流密度有一定限制。 （3）对于拖轴式悬挂的牵引电动机，电刷上单位压力，一般取2.94～3.29N／cm2。因为压力太大将使电刷磨损加快，压力过小会使电刷跳动产生火花。 最后还应指出，在电刷使用中还要注意以下几点： (1)电刷应仔细研磨吻合，保持清洁以及电刷和刷握间有适当间隙，防止电刷接触面粘铜。 (2)在正常使用中，温度升高会使电刷接触压降减小，可能引起换向不良。 (3)一台电机上各电刷压力必须均匀，压力不均使电流分配不均，电流较大的可能产生火花，低电密下滑动的电刷，对换向器磨损也有影响。 第四节 脉流牵引电动机的换向特点 在单相交流电网供电的电力机车上，大多采用硅整流器整流后供电给牵引电动机。这时，加在牵引电动机两端的电压为脉动电压，流过牵引电动机各绕组的电流为脉动电流，由这种方式供电的牵引电动机称为脉流牵引电动机。脉流牵引电动机典型供电线路如图4－13所示，其电压和电流波形如图4—14所示。  图4－13 脉流牵引电动机供电线路  图4—14 脉动电压和脉动电流波形图 （a）波动电压波形；（b）脉动电压交流分量；（c）脉动电流波形 由图4－14可见，其电压、电流都是脉动的，包括直流分量和交流分量。因为盲流分量是主要成分，所以脉流牵引电动机本质上仍然是直流牵引电动机，其结构和工作特性与直流牵引电动机相仿。但是，由于交流分量的存在，给电动机工作带来新的特点，在电磁、换向，发热方面构成了脉流牵引电动机本身的特殊问题。 一、脉流牵引电动机的电磁特点 1．脉动电压 图4-14（a）所示为整流机组全导通时的整流电压波形，该电压是一个脉动电压，加在牵引电动机和平波电抗器两端（见图4—13）。 脉动电压Uz的波形可用博氏级数进行分解，即：  由上式可见，整流电压中包括一个直流分量和一系列偶次谐波的交流分量。在交流分量中，谐波次数（频率）越高，幅值越小，为了便于分析和工程需要，4次以上谐波可以略去。这样，加在脉流牵引电动机两端的电压可以看成一个直流电压分量和一个两倍电源频率（100HZ）的交流电压分量组成，即：  式中一直流电压分量，； 一交流电压分量的幅值，； ——脉动电压最大值。 电压的脉动程度用电压脉动系数凡表示，它是交流分量幅值和直流分量的比值，对于不可控单相全波整流线路：  （4-7） 2.脉动电流 在脉动电压作用下，通过脉流牵引电动机的电流可看成是直流电流分量和交流电流分量分别作用的结果。设脉流牵引电动机回路总电阻为R，总电感为L。。对于直流分量上。不起作用；对于交流分量k可忽略不计。因此，脉流牵引电动机的电流为：  （4-8） 上式表明，通过脉流牵引电动机的电流，同样可看成是由一个直流分量和一个两倍电源频率的交流分量叠加而成。直流分量为，交流分量幅值为，即：  （4-9） （4-10） 式（4－9）中的Ea为脉流牵引电动机的反电势，这里认为Ea是没有交流分量的。这是因为脉流牵引电动机为了改善换向，在励磁绕组上通常并联着一个固定分路电阻。此时，主权励磁电流中的交流分量绝大部分从分路电阻中流过，使主极磁通脉动很小，因此，可以认为没有交流分量。 电流的脉动程度可用电流脉动系数Ki表示：  （4-11） 式中和分别为电流波形中的最大值和最小值（见图3－14） 忽略4次以上谐波时，电流脉动系数Ki为交流分量的幅值与直流分量的比值，即：  （4-12） 电流脉动系数的值越大，电流交流分量的幅值就越大，电流脉动也越严重。由上式可见，电流的脉动程度与脉流牵引电动机回路电感成反比。为了将值控制在一定范围内，只靠电动机本身电感不够，必须串入一个平波电抗器，以增加电动机回路总电感量，对脉动电流起到敷平作用。 国内外脉流牵引电动机制造和运行经验表明；为改善脉流牵引电动机换向条件，在额定工况下，电流脉动系数一般限制在20％～30％。如韶山4改型电力机车的电流脉动系数为25%-27.5%。 3.脉动磁通  图4－15 脉动电流和脉动磁通 脉动电流通过脉流牵引电动机各绕组时，将产生脉动磁势和相应的脉动磁通，如图4－15所示。图中，脉动电流的直流分量与其所产生的磁通关系曲线称为基本磁化曲线，交变分量所产生的磁通沿局部磁滞回线变化。因为磁滞回线很窄，因此，可以近似认为沿基本磁化曲线切线方向变化，称为局部磁化曲线。由图4－15可见，脉动磁通也由直流分量和交流分量组成，其脉动程度可用磁通脉动系数来表示，即：  （4-13） 式中——对应于基本磁化曲线的磁通、电流； ——对应于局部磁化曲线磁通、电流的变化量。 由于电动机磁路中涡流的反磁作用，使磁通交变分量幅值降低，则磁通脉动系数为：  （4-14） 式中——涡流作用系数，电机采用叠片磁导体时，0.5～0.7；采用非叠片磁寻体时，0.22～0.34。 当电机工作在磁化曲线线性阶段，，如果不采用相应措施，在限定电流脉动系数下，磁通脉动系数可能会大于10％。 脉流牵引电动机通常在励磁绕组上并联一个固定分路电阻。由于励磁绕组对交流分量电流呈现较大的电抗，因此交流分量电流的绝大部分由分路电阻流过而不经过励磁绕组，减小了主磁通的脉动。加装固定分路电阻后，对直流磁场进行了固定削弱。 有固定分路的脉流牵引电动机中，当固定磁场削弱系数85％～98％范围内时，若25％～30％，则额定状态下2％～3％。 综上所述，脉流牵引电动机和直流牵引电动机的工作条件不完全相同，这主要是脉流牵引电动机的各电磁量中除直流分量外，还存在一个以两倍电源频率、按正弦规律变化的交流分量。 二、脉流牵引电动机的换向特点 一台换向正常的直流牵引电动机，若工作在脉动电源下，这台电机换向将显著恶化，这是因为在脉动电源条件下，牵引电动机的换向元件中，除已经介绍过的直流电势外，由于脉动电源中交流分量的作用，还将引起另外3种交流电势，即： (1)由电枢电流交流分量Ia～引起的交流电抗电势er～； (2)由换向区磁通交变分量由φK～引起的交流换向电势ek～； (3)由主极磁通交变分量φf～引起的变压器电势et，如图4—16所示。  图4—16 换向元件中交流电势和直流电势 图4-17 脉动电枢电流换向图 研究脉流牵引电动机的换向问题，主要是分析各交流电势的大小、性质及它们之间的相互关系，从而找出改善脉流牵引电动机换向的方法。假定电流、磁通、磁密的交流分量均按正弦变化，在以下分析中，务正弦物理量均可用相量表示。 1．交流电抗电势er~ 脉流牵引电动机的换向过程的变化，如图4-17所示。图中TK为换向周期，T为交流分量电流的变化周期交流电抗电势er~是由电枢电流交流分Ia～换向产生的。由于换向周期TK比交流分量电流变化周期T小的多，可认为在换向周期内交流分量幅值不变。因此，交流电抗电势er~与电枢电流交流分量Ia～同相位，如图4—18所示。  图4—18 交流电抗电势相量图 因为er~是Ia～在换向时产生的，由直流电机换向原理可知er~的大小正比于Ia～，即er~ Ia～。而直流电抗电势er=也正比于直流电流分量Ia～，即er= Ia～。所以er~和Ia～之间的关系可表示为：  （4—15） er~ =Ki er= (4—16) 上式说明，在一定的电流脉动系数下，交流电抗电势er~的幅值正比于直流电抗电势er=其交变频率和相位与电枢电流交流分量相同。 2．变压器电势et， 变压器电势凡是由于主极磁通交变分量由f～的作用，在换向元件中感应的电势，其表达式为：  （4-17） 脉流牵引电动机通常采用固定分路电阻以降低主磁通的脉动程度，如图4—19所示。当采用固定分路电阻时，变压器电势的大小和相位分析如下：  图4—19 电阻分路时换向元件中的变压器电势图 4—20 换向区交变磁通及电势 （a）电阻分路电路原理图；（b）相量图。 （a）交变磁通的磁路；（b）交流换向电势相量图。 设励磁绕组两端电压的交流分量为，流过分路电阻的电流交流分量为，流过励磁绕组的电流交流分量为，由电路关系可知： 与同相位； 滞后900； =+； 滞后于，相位角为； 滞后于，相位角为； 滞后于滞900。 相位角由分路电阻和励磁绕组阻抗的数值决定，减小分路电阻将使增大。当95％或更小时，接近450。 相位角由磁路涡流作用决定，其大小和磁路系统的结构形式有关（实心或叠片铁心）。 当磁路的涡流作用较大时，将增大，QZ的变化范围约在300一500之间。 上述各电磁量的关系，如图4—19(b)所示。由图可见，当采用固定电阻分路时，变压器电势的相位大致与相位相反，即与交流电抗电势相位相反。因此，就相位而言, 可以抵消。 3.交流换向电势 交流换向电势势是换向元件切割换向区合成交变磁通而产生的，其大小取决于换向区合成交变磁通的数值，相位与同相。因此，研究的大小和相位，实际上是研究的大小和相位。 图4—20(a)所示为脉流牵引电动机横剖面图，图中画出了换向区各交变磁通的分布及流通途径。图中各符号含义为： 一——交轴电枢反应磁势的交变分量产生的磁通； 一——换向极磁势的交变分量产生的磁通； 一——换向极漏磁通的交变分量； 一——换向区合成交变磁通。 换向区磁势、交变磁通及在换向元件中产生的电势相量图，如图4—20(b）所示。各相量关系如下： （1）电枢磁势的交变分量产生的交变磁通，由于磁路的涡流作用，使滞后一个角。 （2）换向极磁势的交变分量与电枢磁势的交变分量相位相反。产生的交变磁通为，由于磁路的涡流作用，滞后一个角。 由于是通过主极极靴闭合，所经磁路为叠片铁心，而是通过机座实心体闭合，故后者涡流作用强，使对的滞后角大于对的滞后角，即＞。 （3）同时产生换向极交变漏磁通，该磁通大体与同相并随着磁路饱和程度和涡流作用而增加，使得进人换向区的换向极磁通不仅数值减小而且相位更加滞后。 (4)换向区合成交变磁通Φk~由ΦΔ~和Φa~两部分合成。合成结果使Φk~4—20(b)中所示的相位。 上述分析说明，在整体机座及采用实心换向极铁心情况下，由于磁路涡流作用，电枢磁通交变分量的影响以及交流漏磁通的存在，使得Φk~大体与Fa~同相而与FΔ~反相，即Φk~发生“倒相”现象。由于交流换向电势ek~和Φk~同相，将使ek~和er~接近同相，这对电机换向是非常不利的，这也是脉流牵引电动机换向困难的实质。 4．换向元件中的交流合成电势 将以上所得的er~、et和ek~相量合成，即可得到交流剩余电势Δe~，如图4—21所示。图中er~和Ia~同相。采用固定分路时，et大体上与er~反相，由于磁路的涡流作用、电枢反应交变分量的影响以及交变漏磁通的存在，可能导致ek~和er~接近同相。3个电势叠加的结果，在换向元件中产生较大的交流剩余电势Δe~。 过大的Δer~是引起脉流牵引电动机换向困难的根本原因。因此，要改善脉流牵引电动机的换向，就要尽可能地减小交流剩余电势Δer~。  图4—21 换向元件中交流剩余电势 第五节 改善脉流牵引电动机换向的方法 脉流牵引电动机的换向比直流牵引电动机困难，为了保证脉流牵引电动机可靠运行，必须针对它在换向方面存在的问题采取一定的措施。 这些措施一方面是在设计、制造脉流牵引电动机时，首先必须保证电机在直流电源下运行时换向可靠。为此，必须采取使直流牵引电动机换向良好的一系列措施。另一方面，还必须考虑到脉流牵引电动机中存在交变电流和交变磁通，在换向元件产生3种交流电势这一特殊问题。针对这3种电势的性质和作用，采取相应的措施。 一、减小交流电势的数值 1．减小交流电抗电势er~ 交流电抗电势er~是由于电枢电流交流分量Ia～换向时产生的。由式(4—16)可知，在一定电流脉动系数下，er~和er=成正比。所以，减小交流电抗电势的实质是降低直流电抗电势。即可通过减小er=达到减小er~数值的目的。 2．减小变压器电势et 变压器电势et是由于主极磁通交变分量Φf~的作用而产生的，目前还没有建立相应的电势与et抵消的措施，而通常的方法是在主极绕组并联一个分路电阻，如图4—19所示。 采用固定分路后，由于主极绕组对交流分量有较大的阻抗，大部分交流分量流过固定分路电阻，使主极磁通交变分量Φf~降低，变压器电势et减小。固定分路电阻数值越小，主磁通交变分量中Φf~也越小，变压器电势et也越小。 二、改善交流换向电势ek~的相位 由于换向极磁路涡流和漏磁通的影响，使得交流换向电势ek~的相位产生不合理的“倒相”现象。这样一来，它不仅不能起到抵消交流电抗电势的作用，反而有可能与叠加，使换向元件中有较大的剩余电势，造成电机换向困难。为了改善的相位，必须减小换向极磁路涡流作用和换向极漏磁通，这就需要在电机结构方面采取一定的措施。 1.换向极铁心采用电工钢片叠制 叠片铁心可以减小换向极磁路的涡流作用以及磁路的磁阻，使的数值增加，并且减小了和之间的相位角，使和相位合理。 这种换向极在国内外许多脉流牵引电动机中得到广泛应用。如国产 ZD105、ZD115型脉流牵引电动机均采用叠片换向极极心。 2.机座内壁敷设磁桥 磁桥由数片 0.5 mm厚冷轧电工钢片叠成，总厚度约为2～3 mm，在换向极中心处留 3～4mm的缺口，如图4－22所示。  图4－22 磁桥结构示意图 磁桥的作用是让流经机座的换向极交变磁通从其中流通，避免由于整体机座对交变磁通的涡流作用。由于磁桥导磁率高，而且处于低饱和状态，能将和相位调整到与相反的方向。 缺口是一个空气间隙，其作用是使磁通的直流分量（特别是主磁通的直流分量）不易通过磁桥，否则将造成磁桥饱和而使导磁率下降。 国产ZQ650－1和ZQ800－1型脉流牵引电动机采用了这种结构，运行经验表明，采用磁桥结构，在相同运行条件下，火花降低约0.5级。 3.减小换向极漏磁通 漏磁通对的数值和相位影响很大。较大时，即使滞后角不大，也会使的相位变得很不合理。减小的措施有： （1）采用非磁性（黄铜或不锈钢板）换向极线圈托架，对漏磁通起屏蔽作用。 （2）适当控制主极的极弧系数和换向极极靴宽度，增加主极尖与换向极之间的距离。 （3）采用换向极第二气隙。 4.采用全叠片或半叠片机座 采用全叠片机座，可大幅度减小磁路的涡流作用，使的数值增加，角减小，从而改善了和的相位，使换向元件中的剩余电势大大降低。另外，全叠片机座磁路不易饱和、磁路特性比较均匀。国产ZDlllS、ZDll5型脉流牵引电动机采用了全叠片无机壳机座。但是，全叠片机座制造工艺复杂。为简化制造工艺，国内外一些脉流牵引电动机采用半叠片机座，图4—23为钢板结构的焊接半叠片机座，图中2为具有一定宽度的半叠片展，用0.5mm厚的电工钢带扁绕叠压在机座体内，然后用法兰压紧并与机座焊成一个整体。国产ZD107型和进口MB-530-AVR型脉流牵引电动机采用了这种结构。  图4—23 半叠机座 1-机座体；2-电工钢片叠片层；3-法兰；4-非磁路部分；5-前端法兰。 三、选择合适的变压器电势补偿不平衡电势 由换向元件各交流电势的相位关系可见，变压器电势；与交流电抗电势的相位几乎是相反的，因此可利用来抵消。实践证明，这是积极有效的办法。利用变压器电势改善电机的换向，实质上是利用来抵消（+）。为了使在数值上和相位上都能补偿（+），必须选择合适的固定磁场削弱系数。 若取得过小，即固定分路电阻。数值过小，则励磁电流交流分量几乎都从固定分路电阻上通过，流过励磁绕组中的交流分量电流数值较小，较小，因而产生的变压器电势数值较小，不足以抵消（+）。 若取得太大，即数值较大，则励磁电流的交流分量和电枢电流的交流分量的相位角。；减小，此时虽然、和数值相应增大，但的相位不合适，也不能起到抵消（+）的作用。因此、；的大小和相位对值提出了相互矛盾的要求。 最合适的值，除了通过多方案计算求得最佳理论数值外，还必须根据换向试验的实际效果来确定。脉流牵引电动机设计和试验资料表明，在额定工况下，Ki＝25％时，最合适的=95％左右。 国外有些脉流牵引电动机，不采用固定磁场分路，其目的就是利用来补偿（+）。国产 ZD105型脉流牵引电动机，取=95％，既减小了变压器电势的数值，又利用来补偿（+）。 四、采用感应分路 采用固定分路电阻改善脉流牵引电动机换向时，即使选择了一个合适的，也只能满足一种（额定）运行状态。因为的大小与电机的转速无关，而和数值却随之变化。当电机进人磁场削弱时，相位角相应增大，的相位相应滞后。这样，就破坏了原有各交流电势之间的平衡关系，影响电机的换向。 为改善脉流牵引电动机高速运行时的换向，通常在磁场削弱电阻上串联一个电抗器，整个磁场分路称为感应分路，如图4－24(a)所示。  图4－24 感应分路时换向器元件的变压器电势 图4－25 电阻分路和感应分路变压器 （a）感应分路原理图；（b）相量图。 电势相位比较 采用感应分路后，和纯电阻分路相比，励磁绕组交流分量电流数值增大了，相位也超前了。相应数值增大，相位超前，使数值增大，相位超前，如图4－24(b)所示。这样，解决了仅采用电阻分路磁场削弱时造成数值减小和相位滞后的后果，使脉流牵引电动机在高速运行时，换向元件中各交流电势也能互相补偿。图4－25画出了电阻分路和感应分路时变压器电势的相位，感应分路时各物理量的符号用加“’”’表示。 以上介绍的改善脉流牵引电动机换向的各种方法，它们之间不是孤立的，而是辩证的、相互联系的。在脉流牵引电动机上究竟采用哪些方法，不仅要考虑电机的工艺性、经济性因素，更重要的是必须通过实践来验证。 第六节 直流和脉流牵引电动机的环火及防止措施 直流和脉流牵引电动机在某些恶劣条件下运行时，正、负电刷之间可能形成一股强烈的环形电弧；同时伴有闪光与巨响，这种现象称为环火（俗称“放炮”）。强烈的电弧会灼伤换向器表面和电刷，对电机具有很大的破坏性。此外：(1)出现环火时，电弧还可能由换向器表面飞越到换向器前压圈。转轴。刷架圈、磁极铁心或机座上，造成电机接地，这种现象称为飞弧。（2）环火相当于电枢绕组通过电刷直接短路，可能烧断电枢绕组并将其甩出，造成电机“扫膛”。（3）环火时牵引电动机处于发电机运行状态，如图4—26所示。这时，电流经环火电弧直接流人励磁绕组，使电机反电势猛增，Ea＞U，电枢绕组中产生巨大的反向短路电流，使电机处于发电机运行状态，产生一个很大的制动转矩，由于列车惯性很大而造成动轮踏面严重擦伤。  图4—26 环火示意图 环火是直流和脉流牵引电动机最严重的故障之一，因此，研究环火产生的原因及如何采取措施防止电机在运行中发生环火，对保证牵引电动机安全运行有着非常重要的意义。 一、产生环火的原因 电机运行时，由于电磁或机械方面的原因，在电刷下可能产生原始火花；当换向片间电压过高时，可能产生电位火花。随着换向器的旋转、火花形成小的电弧，若这些电弧迅速熄灭，对于电机的运行没有什么危害。若电弧被机械地拉长，使正、负电刷短路，就形成环火。由火花引起的电弧能否继续维持以至形成环火，取定于电弧本身的能量，换向器的片间电压等因素。因此，换向器片间电压分布曲线和电位特性与电机环火有直接的内在联系。 1.换向器片间电压分布曲线和电位特性 相邻两换向片间的电压，近似等于连接在这两个换向片上的电枢绕组元件中的感应电势。因电势的大小正比于元件所处位置的气隙磁密。则片间电压凸与成正比，即片问电压分布曲线＝f（x）与气隙磁密分布曲线＝f（x）形状相同。＝f（x）曲线也能用实验方法直接求出，如图4—27所示。 换向器电位特性＝f（x），是片间电压累加的结果，可用电压表测得，如图4—27所示。电位特性曲线形状与片间电压的分布有关，也取定于气隙磁密分布曲线的形状。  图4—27 片间电压和电位特性曲线 1-空载气隙磁密分布曲线； 2-负载气隙磁密分布曲线； 3-空载片间电压曲线； 4-负载电压分布曲线； 5-空载电位特性曲线； 6-负载电位特性曲线。 主极气隙中磁密分布曲线与电机的负载有关。电机带上负载后，交轴电枢反应使气隙磁场分布曲线发生畸变，如图4－27中曲线2所示，＝f（x）和＝f（x）随之变化片间电压分布曲线发生畸变，如图4—27中曲线4所示，在接近电刷后刷边处，出现最大片间电压上，电位特性也相应变陡，如图4—27曲线6所示。 在脉流牵引电动机中，存在着片间电压的交流分量，它由两部分组成：（1）主极交变磁通在电枢绕组元件中产生的变压器电势；（2）电枢反应交变磁通引起气隙磁密脉动，产生的附加电势。此时，片间电压的交流分量和直流分量叠加，形成了脉流牵引电动机的片间电压分布曲线，如图4—28所示。由图可见，片问电压的最大值增大，通常情况下，比直流时约增加 15％～20％左右。因此，其电位特性也随之变陡。  图4—28 脉动电压下的片间电压分布曲线 2．电刷下火花的扩展 当原始火花较大时，随着换向器的转动，原始火花将被机械地拉长，从而在电刷与换向片间形成电弧，该电弧能否维持甚至发展，取定于电弧本身的能量及换向器上的电位分布。 图4—29所示为在一定电弧电流下，沿换向器圆周长度维持稳定电弧所需要的电压值，该曲线称为电弧特性表示沿换向器圆周的电弧长度。原始火花形成的原始电弧，燃烧到换向器上的K点，若电弧电流为I2，则维持电弧燃烧的最小电压为 ，如电弧两端的电压小于此值，则电弧自行熄灭；反之，电弧则继续燃烧。 图4—29 电弧特性曲线 将电位特性曲线和电弧特性曲线用同一坐标表示，如图4—30所示，可解释电位特性与环火的关系。图中曲线1表示牵引电动机电位特性，曲线3表示当电弧电流为I1时的电弧特性，两曲线交于a点。 图4—30 电弧燃烧形成环火示意图 若由原始火花形成的原始电弧燃烧到换向器圆周上的b点，这时加在电弧上的电压小于维持电弧燃烧所需要的电压，即〈，电弧不能继续燃少而自行熄灭。若原始电弧燃烧到 C点，此时认＞，电弧将越过 c点后继续燃烧，c点以后电弧燃烧条件更加充分，并且空气已被电离，使电弧更为强烈且被继续被拉长，以致形成环火。交点a是当电弧电流为Il时，电弧继续燃烧的临界点。 由图4－30可见，电机电位特性越陡（图中曲线2），交点离原始电弧发生处越近，＞的条件也越容易满足，产生环火的可能性也越大。在同样的电位特性情况下原始电弧电流越大，电弧特性曲线下降得越多，交点的电压越低，容易满足燃烧条件，也更容易产生环火。 3．电位火花的扩展  图4—31 导电桥形成环火示意图 牵引电动机运行时，电刷磨损而产生碳粉或电刷碎片，换向器磨损的铜粉以及其他导电灰尘会积聚在换向片间的沟槽中，这些可导电物质在换向片间形成了所谓的导电桥。当片间电压过高时，此导电桥中的导电尘粒因燃烧形成火花。若片间电压足够大，会在这些导电尘粒燃烧后，出现片间电弧，或称为单元闪络，如图4—31（a）所示。此燃烧的电弧使周围空气电离，当换向器转动时，该电弧随换向器一起转动，并且由于电弧形成的气体内压力及作用在电弧上的电动力使电弧拉长，如图4—31(b)所示。当电弧向前扩展时，它遗留下来的离化气体是导电的，因而，电弧不断伸长，如图4－31(c)所示，以至形成环火。 由上述分析可知，引起电机环火的内部因素是电机的换向情况、电位特性及片间电压的数值。但电机最终是否发生环火还取决于电机的负载情况和运行状态等外部条件。例如牵引电动机运行中，当负载电流急剧增加或发生短路时，特别是在磁场削弱过深的情况下，由于电枢电流急剧增加，电抗电势随之增大，而换向极磁路中涡流的阻尼效应使换向电势随不能随之增大，此时》，电机处于严重延迟换向状态，后刷边可能出现强烈的电弧。同时，由于电枢电流急剧增加及主磁场的减弱，使气隙磁场畸变严重，换向器片间电压最大值显著增加，电位特性变陡，并产生电位电弧。这时，电刷下的原始电弧和电位电弧就可能汇合在一起，发展成跨越正、负电刷间的电弧，导致电机环火。 二、防止环火的措施 电机环火最根本的原因是换向器上电位特性过陡及片间电压过高。因此，牵引电动机需要在参数选择和结构上采取必要措施，以提高电机换向稳定性，防止环火的发生。 1.限制换向器圆周上的电位梯度和最大片间电压值 牵引电动机运行经验表明，为防止环火的发生，沿换向器圆周上单位长度电位差（即电位梯度）的最大值，应小于80～90 V／cm，最大片间电压应不超过下列极限值： 当云母片厚度为0.8mm时，35V； 当云母片厚度为 1.0 mm时，37～40V； 当云母片厚度为 1.2 mm时，40～43V； 当云母片厚度为 l.5 mm时，43～45V。 同时应注意到，如用较大的最高片间电压值时，则应考虑用较小的电位梯度。 2．采用适当的主极极靴形状 采用适当的主极极靴形状，可以改善换向器的电位分布。牵引电动机所采用的极靴形状，是使得极尖处的空气隙大于极中心处的空气隙，这样可以减小电枢反应对主磁通的畸变作用。 (1)偏心气隙 偏心气隙是指极靴构成的圆弧直径大于电枢构成的直径，而且两圆弧的圆心所处的位置不同，如图4－32（a）所示。它是用一个大于电枢半径的半径画出来的，并且其圆心顺着轴线从电枢圆心移动一个距离，这样，极尖处的气隙就增加了。 （2）部分扩张气隙 部分扩张气隙的主极极靴由两部分组成。一部分极弧与电枢为同心圆，在这段范围内，气隙是均匀的并且等于；另一部分气隙是从a(a’)点处的气隙开始，向极靴边缘增加到，极靴这一部分用直线画出，气隙是扩张气隙，如图4－32(b)所示。图中是直线。 上述两种极靴形状，都使极尖处气隙加大，这样不仅减小了电枢反应对主磁通的影响．改善了换向器电位分布，而且还能使最高片间电压处离换向区远一些，增加了电机的抗环火能力。通常极尖下气隙长度为磁极中心处气隙长度的1.8～2.5倍。  图4－32 主极极靴形状 （a）偏心气隙；（b）部分扩张气隙。 O－电枢圆心；O‘－极弧圆心 3.选择适当的极弧系数 采用适当的极弧系数，可以改善片间电压分布，减小电枢反应对主磁场的畸变作用。极弧系数a的计算式为：  (4-18) 式中b——极弧长度； τ——极距。 a的选择对电机的换向有很大影响。对极数已定的电机，a的大小主要取决于极弧长度。图4－33表示两种不同的极弧长度b1、b2时空载和负载气隙磁密的分布曲线，即片间电压的分布曲线。由图可见，当极弧系数较小时，片间电压最大值增大，但最大值的位置离原始火花发生处的距离较远。因此，极弧系数的选择应兼顾上述两方面的情况。对于牵引电动机，由于片间电压较高，发生环火的可能性大，极弧系数宜取小些，一般取 a=0.6～0.7。  图4－33 极弧系数对片间电压的影响 4．设置补偿绕组 牵引电动机气隙磁密畸变是由电机负载以后的电枢反应引起的。因此，防止环火最有效措施应该是尽可能消除电枢磁场引起的气隙磁密畸变，对于负载急剧变化和经常在磁场削弱下工作的牵引电动机，最有效的方法是装置补偿绕组。利用补偿绕组消除由于电枢反应而引起的气隙磁场畸变，从而限制片间电压的最大值，减小产生电位火花的可能性；同时使换向器电位特性曲线较为平坦，有利于抑制原始火花和电位火花的扩展，大大减小电机发生环火的可能性。 为了达到上述目的，对补偿绕组提出下列要求： （1）补偿绕组嵌放在主极极靴上专门冲制的槽内，线圈跨接在相邻两主极之间，如图4－34所示。  图4－34 补偿绕组及联接法 图4—35 有补偿绕组的磁势 （2）为了在不同的负载下都能补偿电枢磁势，补偿绕组应与电枢绕组相串联。 （3）补偿绕组产生的磁势与电枢磁势的方向相反。 图4—35画出了电枢磁势和补偿绕组磁势的波形，两者基本上能够补偿。但是，由于在两车极之间无法安装补偿绕组，故补偿绕组磁势为梯形波（曲线2），这样在两主极之间的电枢磁势不能全被补偿，留下一个三角形的磁势波（阴影部分），该磁势可由换向极磁势补偿。 对于脉流牵引电动机，由于补偿绕组的交流磁势可以补偿电枢磁势中的交流磁势，改善了交流换向电势的相位，可有效降低技向元件中的交流剩余电势，从而改善了脉流牵引电动机的换向。 电机安装补偿绕组后，使其结构复杂，增加了制造及检修的工作量。因此，只有在换向特别困难的牵引电动机中采用，国产ZD105、ZDll5型脉流牵引电动机均采用了补偿绕组。 应当指出，牵引电动机虽然在设计和结构上采取了一定的措施来防止环火的发生，但在实际运行中仍有可能发生环火。为了减轻环火后的破坏性影响，在牵引电动机的结构和线路L也采取了相应的措施，例如： （1）换向器前端云母环3o面露出部分用耐弧性能好的聚四氟乙烯板覆盖，使得环火时不致烧毁前端云母环。 （2）在电机刷盒侧壁与刷架圈之间设放电间隙，在环火尚未发展到十分严重程度时，使放电间隙击穿，电弧不经过前端云母环。 （3）采用快速动作断路器。若快速断路器在电弧扩展到相邻电刷之前切断电路，能起到防止环火的作用。即使在环火发生后切断电路，也能减小电机的损坏程度。 第七节 牵引电动机的发热和通风冷却 电机发热对电机运行性能有很大影响，温度过高，将使绝缘材料损坏而丧失绝缘性能，以致影响电机的使用寿命，严重时甚至把电机烧毁。同时，过高的温度会引起电机零部件变形，直接影响电机的安全运行。 牵引电动机功率大，结构尺寸又受空间位置的限制，发热较为严重。其发热问题不仅直接关系到电机的使用寿命和可靠运行，也是决定电机额定容量的主要因素之一。讨论牵引电动机发热和散热问题，目的是找出降低牵引电动机温升的方法。 一、电机的损耗和温升 直流牵引电动机在实现能量转换过程中，电机内部将产生机械损耗、铁耗、铜耗和附加损耗等4类损耗，这些损耗一方面使电机的输出功率减小、效率降低；另一方面，损耗最终都变为热能,使电机各部分温度升高,引起电机发热。 对于脉流牵引电动机，除了上述损耗外，由于电流和磁通中交变分量的存在，还会引起一些新的损耗,主要有: （1）电流中交流分量引起的附加铜耗，其大小与电流交流分量幅值的平方成正比，与电流脉动系数的大小有关。电流脉动系数越大，电流交流分量幅值越大，引起越大。 （2）磁通中交变分量引起的附加铁耗，包括主极和电枢反应磁通的交变分量在铁磁回路中引起的铁耗。如果励磁绕组采用固定分路电阻，则励磁绕组中电流交流分量很小，主磁通交变分量可忽略不计。 因此，脉流牵引电动机的铜耗比直流供电时大。由于交流分量引起的各种损耗不但计算复杂，而且不易准确，因此这些损耗常用试验方法加以确定。根据试验，其数值约为电机额定功率的1％左右。 电机运行时，电机中的损耗转变为热能，使电机各部分温度升高。当电机温度高于周围介质温度时，热量向周围散发。若电机产生的热量与散发的热量平衡时，电机的温度不再升高，维持稳定的温度。由于电机周围介质温度可能不同，所以电机各部分温度的高低并不能代表电机的发热和散热情况，温度高并不能表示电机的发热量大或散热不好。为了综合评价电机的发热和散热情况，在设计和使用电机时，通常以温升作为评价电机性能的指标。 电机某一部件的温度t2与周围介质温度t1之差，称为该部件的温升，用表示，即：  t2- t1 （4-19） 但是，电机的绝缘材料是根据耐热能力分级的，决定绝缘材料寿命的因素是温度而不是温升。为了统一两者之间的关系，设计电机时，必须规定一个周围介质温度，以便限制电机的温升，使电机运行时的温度不超过绝缘材料的允许温度。 根据牵引电动机的实际运行情况，我国《机车用直流电机基本技术条件》(TB1449—2000)中规定冷却空气温度的标准值为25℃，采用不同等级绝缘材料的电机各部件的温升限制值见表4—2。 由于测温方法不同，对同一物体的温度可能测得不同的温度数值。因此在规定温升限值的同时，应规定具体的测温方法。牵引电动机常用的测温方法有温度计法、电阻法和埋置检温计法。 表4—2 电机绕组和换和换向器的温升限值(℃)  二、电机的发热和散热（*） 1.发热和稳定温升 电机运行时，由于电机内部几个热源同时发热，致使各部分的温度不同。为简化分析，可以将电机各部分看成是温度均匀的均质固体，即其内部没有温差，且该固体是表面均匀散热的理想发热体。 图4—36所示为均质固体的发热曲线，曲线表明物体发热时，其温升随时间按指数函数规律变化。开始发热时，物体与周围介质的温差较小，散发出的热量较少，产生的热量大部分用以升高物体本身的温度，温度上升得较快。随着电机温度的升高，温差的增大，散发的热量逐渐增加，用以升高物体本身的热量逐渐减少，温度上升速度减慢。当发热体经过较长时间，温度升高到一定数值后，产生的热量等于散发热量，物体的温度不再升高，达到热稳定状态。此时，物体的温升称为稳定温升，用表示。  图4—36 均质固体的发热曲线 根据能量守恒定律，当物体温升达到稳定温升时，在任一段短暂时间dt内，该物体所产生的热量全部由其表面散出，即： Qdt=aAdt 式中Q——发热体在单位时间内产生的热量，即电机的损耗（W）； a——表面散热系数，即每平方米表面积，每1℃的温度差，每秒时间内所散发的热量［w/（m2·℃）］； A——散热表面的面积（m2）。 由此可得  (4-20) 由式（4—20）可知，稳定温升取决于物体产生损耗的大小，物体散热表面面积和表面散热系数。电机的损耗和负载大小有关，所以电机各部分的温升也取决于负载。负载大时，损耗增大，稳定温升也越高。散热系数和散热面积的乘积（aA）称为电机的散热能力，散热能力越大，散发的热量越多，稳定温升就越低。因此，降低稳定温升有两种方法，一是降低电机的各种损耗，二是提高电机的散热能力。 图4—36中T称为发热时间常数，是假设发热体热量不散失时，物体达到稳定温升所需的时间。  (4-21) 式中G——物体的重量（kg）； C——比热，即1kg物质升高1℃时所吸收的热量［w/·s（m2·℃）］。 从理论上讲，物体要在无限长的时间后（t=）才能达到热稳定状态。实际上当t=4T时，＝0.982，可认为物体的温升已达到稳定温升。 实践证明，电机各部分的发热曲线和均质固体的发热曲线有相似的形状，因此，可根据式（4—20）来计算电机各部分的稳定温升。 2.散热 电机的损耗引起发热而使电机温度升高，当电机的温度高于周围介质温度时，热量开始向周围介质中散发，称为电机的散热。 电机的散热过程是：发热体（产生损耗处）的热量先通过内部的传导作用传导到部件表面，然后再经过辐射和对流作用散发到周围介质中去。不论是热传导作用还是热散发作用，都必须有温差才能进行。图4－37所示为电枢槽内导体铜耗产生的热量散出的情况，铜导体产生的热能先通过绝缘层传到散热表面，再由散热表面将热能散发到周围空气中。 （1）绝缘层的热传导作用 设一个厚度为的绝缘层，如图4－38所示，绝缘层两边温差为，通过绝缘层的热量为Q。根据热路欧姆定律，则：  图4－37 电枢槽内导体热能的传导和散发示意图  (4-22) 式中 ——绝缘层的热阻，可由下式计算：  （4—23） 其中——绝缘层的厚度(cm)； S——绝缘层的面积（cm2）； ——导热系数，当绝缘层两表面之间温度为1℃，经过1cm厚的绝缘层的单位面积(1cm2)的热量〔w／（cm·℃）〕。 将式（3—23）代人式（4—22），可得：  (4-24)  图4－38 绝缘层热传导示意图 显然，通过绝缘层热量的大小，取定于绝缘层两边的温差、绝缘层的厚度和面积及绝缘材料的导热系数。温差越大，面积越大，则通过的热量也越大；绝缘材料越厚，则热量越不容易通过。导热系数的大小，取定于材料。电机中常用材料和空气中的导热系数值列于表4—3中。 表4—3 电机常用材料的导热系数  绝缘材料的值范围多在0.002左右。在选择电机绝缘结构时，应在保证耐压允许的条件下尽量将绝缘层做得薄些，使其易于导热。空气是不良的导热体，静止薄空气的值仅为0.00025，约为一般绝缘材料的10％。因此，线圈绝缘层内应尽量消除空气层。在电机线圈外包几层绝缘时，要力求包紧并提高浸漆烘干质量，使线圈内及线圈与槽壁间尽量减小空气层，以提高导热效果。金属的导热系数一般为0.5～3.5左右，比绝缘材料要大几百倍，其热阻一般可忽略不计。 （2）表面层的热散发作用 电机内部的热量，经热传导作用传递到部件表面后，再以辐射和对流的方式由表面层向空气散热，其散发的热量Q与表面层对空气的温差之间的关系为： （W） （4—25） 散热量的大小，取定于散热表面积、散热表面与空气之间的温差及散热系数。散热系数与散热面的性质及周围空气的流动情况有关，空气的流动情况分为自然对流和强制对流两种 发热体在平静的大气中，热量主要以辐射和自然对流方式散发到周围介质中去，散热系数主要取定于发热体表面性质和周围介质的温差。强制对流是由于风扇等外力的鼓风作用使空气流动的。 电机采用通风冷却，可通过对发热电机的鼓风作用，增加散热系数，提高电机的散热能力。风速 v在4～45 m／s范围时，散热系数可按经验公式计算，即： a＝30－20「w／（m2·℃）」 （4－26） 由上式可见，通风作用越强，风速越大；散热系数就越大，在同样热量下，电机的温升就越低。 为了降低电机的温升，除了在设计电机时降低电机的电磁负载，减小电机损耗外，更重要的是提高电机的散热能力，即增强电机内部的传热能力和表面散热能力。 三、牵引电动机的通风冷却 1.牵引电动机的通风方式 （1）根据冷却空气进人电机内部所依靠的力量，分为： 自通风——由装在电机转轴上的离心式风扇鼓风。这种通风方式的优点是不需要附加设备，缺点是风量和风压随电机转速而变化。 独立通风——由单独设置的通风机给电机鼓风。这种通风方式的优点是送人电机的风量。风压与电机运行情况无关；缺点是需要增设通风机、拖动机械、管道等辅助设备。 （2）根据通风器（通风机、风扇）安装位置不同，分为： 强迫通风——通风器装在空气的人口端，由通风器将空气压人电机内部，如图4－39所示。这时，电机内部的空气压力一般大于大气压力。  图4－39 强迫通风示意图 图4—40 诱导通风示意图 （a）自通风；（b）独立通风。 （a）自通风；（b）独立通风。 诱导通风——通风器装在空气的出口端，由通风器将电机内部的空气抽出，如图4—40所示。 （3）根据冷却空气在电机中的主要流通方向，分为： 轴向通风——冷却空气由电机的一端进人，另一端排出，在电枢内部沿转子铁心的轴向通风道流通。这种通风方式的优点是铁心结构紧凑；缺点是通风损耗较大，沿电机轴向的温度不够均匀。 径向通风——空气进人电机内部，沿着电枢内的径向风道流通。这种径向风道是在压装电枢铁心时，每隔一定距离放置一片风道齿构成的。这种通风方式的优点是通风损耗小，散热面积较大，沿电机轴向的温度较均匀；缺点是径向通风槽使电机的轴向尺寸增大。 轴向一径向复合通风——电机既有轴向风道也有径向风道，结合二者的特点设计，具有良好的通风效果，但结构复杂。 牵引电动机根据其结构特点和运行特点，通常采用强迫式独立通风，风道沿轴向布置，其理由是： ①牵引电动机功率大，尺寸受限制，因而它的电磁负荷较高，发热严重。因此，必须用强压的冷却空气加强它的散热。 ②牵引电动机负载的性质是断续的。在机车牵引和电气制动时，电机的电流较大，使电机迅速发热；在机车情行和停站时，电机断电，是电机的散热间隙。独立通风可以充分利用断电间隙使电机冷却，为下一区间电机运行创造很好的条件。 ③牵引电动机的轴向长度受轨距的限制，采用径向通风会增加电机的轴向长度。 近年来，在干线电力机车上，采用自通风的牵引电动机也引起了人们的关注。因为根据机车的运行特点，牵引电动机的实际温度达不到极限温度，满风量并不是长期需要的。另外，随着绝缘材料等级的提高及绝缘结构的不断完善、换向器升高片采用氟弧焊工艺等，使电机承受热过载能力有所提高。所以，干线电力机车的牵引电动机采用自通风方式并非不可行。 2.牵引电动机的通风结构和通风参数 牵引电动机的通风系统如图4—41所示。冷却空气由换向器端上部进风口进人换向器室，然后分成两路：一路经换向器表面，电枢和磁极之间空气隙及主极、换向器之间的间隙，到非换向器端；另一路经换向器套筒的内孔道、电枢铁心内部通风孔道和电枢后支架到非换向器端。两路汇合后，由后端盖的排风孔排出。  图4—41 牵引电动机的通风系统示意图 这种通风结构，进风口开在换向器端，以利用换向器处的空间，使进人电机内部的平行气流分布均匀。但是，由电刷磨下的碳粉容易堆积在电机各线圈的缝隙里，使线圈的绝缘电阻降低。 采用强迫式独立通风的牵引电动机，内部的空气压力一般是大于大气压力的。电机工作时，电枢绕组后端接的“鼻部”起到了自通风的风扇作用，在靠近后端盖部轴承室附近的局部空间内的气压低于大气压，形成负压，此负压与转速的平方成正比。负压的产生可能使齿轮箱的润滑油吸人电机轴承室，并进一步窜人电机内部，损害电机绝缘并使轴承发热。为此，ZD105型牵引电动机除在后端盖外加装外油封外，并在后端盖上设有8个通大气孔，将产生负压的空间和大气相通，防止了窜油，提高了电机运行的可靠性。 牵引电动机采用强迫式独立通风时，为了使电机温升不超过允许值，必须引进一定的风量对电机进行冷却。引进风量太多，将大大增加通风辅助设备的容量；引进风量过小，又达不到预期的效果。冷却空气通过电机内各个风道时，均遇到阻力，要使一定的风量以一定的速度吹拂发热体的表面，必须在人风口处建立一定的风压，用来补偿电机内部风道中风阻引起的风压降。因此，风量、风压是牵引电动机的主要通风参数。 牵引电动机的通风风量和进风口风压，常常以制成的实际电机的风量和风压为参考加以确定。一般持续容量为600～800kw的牵引电动机，所需风量大致在105～120m3／min范围内，进风口压力约为1100Pa。 小 结 换向是指电枢绕组元件从一条支路进入另一条支路时，元件中电流改变方向的过程。换向不良时，将在直流和脉流牵引电动机的换向器与电刷之间产生有害火花。产生火花有电磁、 机械和化学等方面的原因，其中，电磁原因起着决定性的作用。而附加换向电流过大是产生火花的电磁原因。 改善换向的目的在于消除电刷下的火花。机械方面的原因可以通过改进制造工艺和加强日常维护保养来消除。消除电磁火花的实质，是设法限制附加换向电流。主要方法有：（1）设置换向极一换向元件切割其磁场产生换向电势以抵消电抗电势，使；(2）减小电抗电势——合理选择电机的参数；（2）增大换向回路的电阻——采用双分裂式电刷。 脉流牵引电动机的电压。电流和磁通中除存在直流分量外，还存在着以两倍电源频率按正弦规律变化的交流分量，使其换向更为复杂。在换向元件中，除直流电势外，还存交流电抗电势变压器电势；和交流换向电势。 改善脉流牵引电动机的换向，除采取使直侃下换向良好的一系列措施外，还必须针对交流电势采取相应的措施。（1）减小变压器电势或利用变压器电势抵消交流电抗电势。方法是在励磁绕组上并联固定分路电阻；（2）减小交流电抗电势。其实感是降低直流电抗电势；(3)改善交流换向电势的相位。为此，从电机结构方面采取了一系列可行的措施。 环火是指正负电刷之间被强烈的电弧所短路,是直流和脉流牵引电动机最严重的故障。 电视运行时，换向器表面上可能产生原始火花和电位火花，火花较大时形成电弧,该电弧能否维持甚至发展为环火，取定于电弧本身的能量、换向器上的电位和片间电压等。原始电弧电流越大、电位特性越陡、片间电压越高、产生环火的可能性就越大。 为了防止环火的发生，牵引电动机在参数和结构上必须采取必要的措施，最有效的措施是设置补偿绕组。利用补偿绕组消除由于电枢反应引起的气隙磁场畸变，减小片间电压的最大值，同时使得电位特性曲线较为平坦。 牵引电动机的功率大，尺寸又受到空间的限制，因而电机发热比较严重。温升过高，不仅直接关系到电机的使用寿命和安全运行，还决定了电机的额定容量，因此，温升是评价牵引电动机性能的重要指标。 电机内部的热量，是靠传导、对流、辐射作用散发出去的。为了增强电机内部的传热能力，牵引电动机在材料和工艺上采取了许多措施，并采用通风冷却增大散热系数，提高电机的散热能力。电力机车用脉流牵引电动机，根据其结构特点和运行特点，通常采用强迫式独立通风，风道沿轴向布置。 复习思考题 1、什么叫换向？直流牵引电动机的换向元件在换向过程中产生哪些电势？各由什么原因引起的？怎样判断某一电势是帮助换向还是阻碍换向？ 2、直流牵引电动机换向分几种情况？是由于什么原因造成的？画出换向元件中换向电流的变化规律。 3、换向器表面薄膜是怎样形成的？对换向有什么影响？ 4、换向器表面薄膜的正常状态是什么样的？若电机运行时，出现按槽节距分布的黑片可能是什么原因引起的？ 5、换向极的作用是什么？对换向极有哪些具体要求？ 6、牵引电动机在额定负载时换向良好，如发生下列改变时，会对换向产生什么影响（1）负载电流大幅度增加时；（2）转速升高时；（3）换向极绕组有一部分匝数短路时。 7、为什么要采用双分裂式电刷？ 8、画出脉流牵引电动机供电线路图，说明主要部件的名称和用途。 9、什么是电流脉动系数？其大小和哪些因素有关？ 10、分析脉流牵引电动机换向元件中各交流电势产生的原因、特点及对换向的影响。 11、为了改善交流换向电势的相位，在电机结构上采用哪些措施？ 12、脉流牵引电动机加固定磁场分路电阻的作用是什么？ 13、为什么换向极下空气隙比主极下空气隙大？换向极第二气隙有什么作用？某牵引电动机运行时后刷边产生火花，这时如何调整第二气隙才能消除火花？ 14、什么叫环火？电机环火的后果是什么？ 15、分析牵引电动机产生环火的原因。 16、牵引电动机为了防止环火，在参数和结构上采取了哪些措施？ 17、为什么用温升而不直接用温度表示电机的发热程度？发热部件的稳定温升与哪些因素有关？ 18、什么叫温升？牵引电动机的温升高低与哪些因素有关？温升过高对电机有哪些影响？是不是电机的温升越低越好？ 19、电机的散热能力指的是什么？散热能力与哪些因素有关？如何提高牵引电动机的散热能力？ 20、电机的通风方式有哪些种类？牵引电动机通常采用哪种方式？为什么？ 21、为什么脉流牵引电动机比直流牵引电动机有较高的温升？ZD105型脉流牵引电动机为了降低温升，在结构及工艺上采取了哪些措施？