第十五章传动装置 本章主要介绍了电力机车电器上常用的传动装置(电磁式、电空式)的作用 种类、组成、工作原理和特点、特性 电器传动装置是有触点开关电器用来驱使电器运动部分(触头、接点)按规 定进行动作的执行机构。在电力机车电器上采用的主要是电磁传动装置和电空传 动装置,其次还采用了手动、机械式传动装置,个别的还采用了电动机传动(如 调压开关) 电磁传动装置就是通过电磁铁把电磁能转变成机械能来驱动电器动作的机 构。电空传动装置是以电磁阀控制的压缩空气作为动力,驱使电器运动部分动作 的机构,前者主要用于小型电器,后者主要用于较大容量的电器中 第一节电磁传动装置 、电磁传动装置的基本组成和工作原理 电磁传动装置是一种通过电磁铁把电磁能变成机械能来驱使电器触头动作 的机构。电磁传动装置实际上就是一个电磁铁,它的形式很多,比如:螺管式、 直动式工形、U形等。但它们的基本组成和工作原理却是相同的。它主要由吸引 线圈和磁系统组成。以直流接触器所用的拍合式电磁铁为例,说明其组成和工作 原理。如图15-1所示: 图15-1拍合式电磁铁的结构 1一线圈:2—铁心:3一衔铁:一止档:5一反力弹簧: 6—工作气隙:7一常闭触头:8—常开触头 它主要由线圈、静铁心、动铁心(衔铁)、极靴、反力弹簧、调节螺钉(止
第十五章 传动装置 本章主要介绍了电力机车电器上常用的传动装置（电磁式、电空式）的作用、 种类、组成、工作原理和特点、特性。 电器传动装置是有触点开关电器用来驱使电器运动部分（触头、接点）按规 定进行动作的执行机构。在电力机车电器上采用的主要是电磁传动装置和电空传 动装置，其次还采用了手动、机械式传动装置，个别的还采用了电动机传动（如 调压开关）。 电磁传动装置就是通过电磁铁把电磁能转变成机械能来驱动电器动作的机 构。电空传动装置是以电磁阀控制的压缩空气作为动力，驱使电器运动部分动作 的机构，前者主要用于小型电器，后者主要用于较大容量的电器中。 第一节 电磁传动装置 一、电磁传动装置的基本组成和工作原理 电磁传动装置是一种通过电磁铁把电磁能变成机械能来驱使电器触头动作 的机构。电磁传动装置实际上就是一个电磁铁，它的形式很多，比如：螺管式、 直动式工形、U 形等。但它们的基本组成和工作原理却是相同的。它主要由吸引 线圈和磁系统组成。以直流接触器所用的拍合式电磁铁为例，说明其组成和工作 原理。如图 15—1 所示： 图 15—1 拍合式电磁铁的结构 1—线圈；2—铁心；3—衔铁；—止档；5—反力弹簧； 6—工作气隙；7—常闭触头；8—常开触头。 它主要由线圈、静铁心、动铁心（衔铁）、极靴、反力弹簧、调节螺钉（止
挡)、工作气隙等组成。 其工作原理是:当线圈接通电流后,线圈中产生磁势IW,在磁系统和工作 气隙所构成的回路中,产生碰通Φ,其流向用右手螺线管法则确定。在工作气隙 两端的衔铁和极靴上产生异性磁极(N、S),衔铁受到电磁吸力,当这个吸力产 生的转矩大于反力弹簧产生的转矩后,则衔铁将吸合,并带动触头动作(常开触 头闭合,常闹触头打开)。当线圈电流减小时,磁势减小,吸力也减小,如果吸 力小于弹簧反力(归算后),衔铁在反力弹簧的作用下将打开,带动触头将处于 另一工作位置(常开触头打开,常闭触头闭合)。由此可见,只要控制电磁铁吸 引线圈电流(或电压)就能通过触头来控制其他电器 我们规定:当线圈失电时,触头若是打开的,称为常开触头(也称动合触 头);触头若是闭合的,则称为常闹触头(也称动断触头)。 电磁铁(电磁传动装置)的分类 为了认识和选用电磁铁,通常电磁铁按以下方法分类: 1.按吸引线圈通电的性质,分为直流电磁铁和交流电磁铁。 直流电磁铁线圈通的是直流电,可以认为匝数W、电流Ⅰ均不变,故其为恒 磁势(W)系统,磁通不交变,在铁心中没有涡流和磁滞损耗,铁心可用整块 钢或工程纯铁制造。为加工方便,套线圈部分的铁心常做成圆柱形。交流电磁铁 的吸引线圈通的是交流电,可以认为匝数为W和磁通有效值Φ不变,故其为恒 磁链(屮〓ΦW)系统。但总磁通Φz交变,在铁心中有涡流和磁滞损耗,铁心 是用电工钢片叠制而成,为加工方便,铁心做成方形的。 2.按吸引线圈与电路的连接方式,分为并联电磁铁和串联电磁铁, 并联电磁铁的线圈与电源并联,输人电量是电压,其线圈称并联线圈或电压 线圈,其阻抗要求大,电流小,故其匝数多且导线细,这种电磁铁应用较为广泛。 串联电磁铁的线圈与负载串联,反应的是电流量,其线圈称为串联线圈或电 流线圈。其阻抗要求小,故其匝数少且导线粗,应用较少。 3.按衔铁的运动方式,分为直动式和转动式电磁铁。 4.按磁路的形状,分为开路磁系统和闭路磁系统
挡）、工作气隙等组成。 其工作原理是：当线圈接通电流后，线圈中产生磁势 IW，在磁系统和工作 气隙所构成的回路中，产生碰通 ，其流向用右手螺线管法则确定。在工作气隙 两端的衔铁和极靴上产生异性磁极（N、S），衔铁受到电磁吸力，当这个吸力产 生的转矩大于反力弹簧产生的转矩后，则衔铁将吸合，并带动触头动作（常开触 头闭合，常闹触头打开）。当线圈电流减小时，磁势减小，吸力也减小，如果吸 力小于弹簧反力（归算后），衔铁在反力弹簧的作用下将打开，带动触头将处于 另一工作位置（常开触头打开，常闭触头闭合）。由此可见，只要控制电磁铁吸 引线圈电流（或电压）就能通过触头来控制其他电器。 我们规定：当线圈失电时，触头若是打开的，称为常 开触头（也称动合触 头）；触头若是闭合的，则称为常闹触头（也称动断触头）。 二、电磁铁（电磁传动装置）的分类 为了认识和选用电磁铁，通常电磁铁按以下方法分类： 1．按吸引线圈通电的性质，分为直流电磁铁和交流电磁铁。 直流电磁铁线圈通的是直流电，可以认为匝数 W 、电流 I 均不变，故其为恒 磁势（ IW ）系统，磁通不交变，在铁心中没有涡流和磁滞损耗，铁心可用整块 钢或工程纯铁制造。为加工方便，套线圈部分的铁心常做成圆柱形。交流电磁铁 的吸引线圈通的是交流电，可以认为匝数为 W 和磁通有效值 不变，故其为恒 磁链（ = W ）系统。但总磁通 z 交变，在铁心中有涡流和磁滞损耗，铁心 是用电工钢片叠制而成，为加工方便，铁心做成方形的。 2．按吸引线圈与电路的连接方式，分为并联电磁铁和串联电磁铁。 并联电磁铁的线圈与电源并联，输人电量是电压，其线圈称并联线圈或电压 线圈，其阻抗要求大，电流小，故其匝数多且导线细，这种电磁铁应用较为广泛。 串联电磁铁的线圈与负载串联，反应的是电流量，其线圈称为串联线圈或电 流线圈。其阻抗要求小，故其匝数少且导线粗，应用较少。 3．按衔铁的运动方式，分为直动式和转动式电磁铁。 4．按磁路的形状，分为开路磁系统和闭路磁系统
第二节电磁铁的吸力与特性 电磁铁的吸力计算基本公式 这里只给出电磁铁吸力计算的基本公式,以便做简单的定性分析。 (一)直流电磁铁的吸力计算基本公式 根据物理学推导,我们可以得到计算电磁铁衔铁吸力F的基本计算公式 5000S (15-1) 式中Φ——磁极端面磁通(Wb); S—一磁极的面积(cm2)。 这个公式是在假定磁极端面下的磁力线均匀分布的情况下得出的,适合工作 气隙δ较小时的分析 (二)交流电磁铁的吸力计算及分析 交流电磁铁的吸力计算公式可以在直流电磁铁计算公式的基础上得到 设交流电磁铁中的交变磁通为: =g sin ot Φn代表磁通的幅值,将Φ,代人式(15-1)得: F sino= F 5000)S(5000)S F( F--F Fo-F 式中F=(①n).1—一最大吸力 F Fm一平均吸力 F1=( F cOs2o)/2——吸力中的交变分量。若磁通有效值用Φ。表示, 则 Fo 5000S
第二节 电磁铁的吸力与特性 一、电磁铁的吸力计算基本公式 这里只给出电磁铁吸力计算的基本公式，以便做简单的定性分析。 （一）直流电磁铁的吸力计算基本公式 根据物理学推导，我们可以得到计算电磁铁衔铁吸力 F 的基本计算公式： S F 1 5000 2 = (15—1) 式中 ——磁极端面磁通（ Wb ）； S ——磁极的面积（ 2 cm ）。 这个公式是在假定磁极端面下的磁力线均匀分布的情况下得出的，适合工作 气隙 较小时的分析。 （二）交流电磁铁的吸力计算及分析 交流电磁铁的吸力计算公式可以在直流电磁铁计算公式的基础上得到。 设交流电磁铁中的交变磁通为： t t = m sin m 代表磁通的幅值，将 t 代人式（15—1）得： (1 cos 2 ) 2 1 sin sin 1 5000 1 5000 2 2 2 2 t F t F t S S F m m t m t = = − = = m m F FJ = F − F cos 2 t = 0 − 2 1 2 1 式中 S F m m 1 5000 2 = ——最大吸力； 2 0 Fm F = ——平均吸力； Fj = (Fm cos 2t)/ 2——吸力中的交变分量。若磁通有效值用 0 表示， 2 0 m = 则： S F 1 5000 2 0 0 =
交流电磁铁磁通与吸力波形如图15-2所示: F 图15-2交流电磁铁的磁通与吸力波形 通过以上可知交流电磁铁的吸力有以下两个特点 吸力由一个不变分量的平均吸力F和一个交变分量的脉动吸力F组成 2.总的吸力虽然也随时间周期变化,但总是大于或等于零。 在电磁铁工作过程中,决定其能否将衔铁吸合的是平均吸力的大小,即通常 所说的交流电磁铁吸力。由于单相交变磁通所产生的吸力在每一周期内有两次经 过零点,所以在工频电路上,每秒钟内有100次经过零点。当吸力为零时,衔铁 因失去吸力而开始返回,还没有离开多远时,又被吸住,如此往复,形成振动, 产生噪音,损坏零件。一般用分磁环(一般为闭合的铜环)套在部分铁心上就可 减小振动,它是利用通过环内和端面的磁通不同时为零,即总磁通任何时刻都不 为零,所以总吸力任何时刻都不为零。对于三相交流电磁铁一般不需加分磁环 对于交流并联电磁铁,其线圈可以看成感抗很大,内阻很小的电压源,则有 U≈444fn·10°() 式中f一一电源频率(H) W一一线圈匝数 磁通最大值(W)
交流电磁铁磁通与吸力波形如图 15—2 所示： 图 15—2 交流电磁铁的磁通与吸力波形 通过以上可知交流电磁铁的吸力有以下两个特点： 1．吸力由一个不变分量的平均吸力 F0 和一个交变分量的脉动吸力 Fj 组成。 2．总的吸力虽然也随时间周期变化，但总是大于或等于零。 在电磁铁工作过程中，决定其能否将衔铁吸合的是平均吸力的大小，即通常 所说的交流电磁铁吸力。由于单相交变磁通所产生的吸力在每一周期内有两次经 过零点，所以在工频电路上，每秒钟内有 100 次经过零点。当吸力为零时，衔铁 因失去吸力而开始返回，还没有离开多远时，又被吸住，如此往复，形成振动， 产生噪音，损坏零件。一般用分磁环（一般为闭合的铜环）套在部分铁心上就可 减小振动，它是利用通过环内和端面的磁通不同时为零，即总磁通任何时刻都不 为零，所以总吸力任何时刻都不为零。对于三相交流电磁铁一般不需加分磁环。 对于交流并联电磁铁，其线圈可以看成感抗很大，内阻很小的电压源，则有 4.44 10 ( ) 8 U fW m V − 式中 f 一一电源频率（ Hz ）； W ——线圈匝数； m——磁通最大值（ Wb ）
整理得: ΦbnW≈U·108 444f 说明交流电磁铁为恒磁链系统。 若将铁心磁阻忽略,而气隙磁导为G。,则对磁路有: 2 将式(15-4)带人式(15-5)有: 1=24m2G (15-6) 该式说明交流电磁铁线圈中电流与气隙磁导成反比,即与工作气隙大小成正 比,电磁铁在刚要吸合时电流很大,若因某种原因衔铁卡住,则线圈将被烧毁 二、电磁铁的特性 (一)电磁铁的吸力特性 吸力特性是指电磁铁的吸力与工作气隙的关系,即F=f(δ)。根据电磁铁 的吸力计算公式分析:工作气隙δ小时,磁路磁阻小,衔铁上的电磁吸力F大; 当工作气隙δ大时,衔铁上的电磁吸力F小。所以吸力特性近似于双曲线,如图 15一3(a)所示。对于直流电磁铁来说,由于其为恒磁势系统,即IW基本不变, 当工作气隙δ变化时,磁阻变化,磁通也变化,所以吸力也随着工作气隙变化 故其特性陡峭。对于交流电磁铁来说,由于其为恒磁链系统,其磁通有效值基本 不变,所以吸力随工作气隙变化较小,故其特性相对平坦 直) (a)交直流电磁铁吸力比较 (b)有无极配的吸力比较 图15-3电磁铁的吸力比较 有时为了改变直流电磁铁的吸力特性,使其较平坦些,以减少闭合时机械冲
整理得： f U mW 4.44 108 (15—4) 说明交流电磁铁为恒磁链系统。 若将铁心磁阻忽略，而气隙磁导为 G ，则对磁路有： 8 2 10− = G IW m （15—5） 将式（15—4）带人式（15—5）有： G fW U I = 2 2 4.44 （15—6） 该式说明交流电磁铁线圈中电流与气隙磁导成反比，即与工作气隙大小成正 比，电磁铁在刚要吸合时电流很大，若因某种原因衔铁卡住，则线圈将被烧毁。 二、电磁铁的特性 （一）电磁铁的吸力特性 吸力特性是指电磁铁的吸力与工作气隙的关系，即 F = f ( ) 。根据电磁铁 的吸力计算公式分析：工作气隙 小时，磁路磁阻小，衔铁上的电磁吸力 F 大； 当工作气隙 大时，衔铁上的电磁吸力 F 小。所以吸力特性近似于双曲线，如图 15—3（a）所示。对于直流电磁铁来说，由于其为恒磁势系统，即 IW 基本不变， 当工作气隙 变化时，磁阻变化，磁通也变化，所以吸力也随着工作气隙变化， 故其特性陡峭。对于交流电磁铁来说，由于其为恒磁链系统，其磁通有效值基本 不变，所以吸力随工作气隙变化较小，故其特性相对平坦。 图 15—3 电磁铁的吸力比较 有时为了改变直流电磁铁的吸力特性，使其较平坦些，以减少闭合时机械冲