所謂勵磁調(diào)節(jié)，就是通過調(diào)節(jié)流過牽引電動機主極繞組的勵磁電流，從而改變牽引電動機主極磁通的方法來進行調(diào)速，亦稱磁場削弱調(diào)速。

　　一般情況下，要進行磁場削弱調(diào)速，是在牽引電動機端電壓已達到額定電壓，而牽引電動機電流尚未達到額定時實施。磁場削弱的目的是擴大機車的運行范圍，充分利用機車功率。

　　本節(jié)主要討論磁場削弱系數(shù)的確定，磁場削弱的方法以及磁場削弱時的機車特性。

　　一、磁場削弱系數(shù)

　　磁場削弱系數(shù)用β表示，磁場削弱系數(shù)定義如下：

　　在同一牽引電動機電樞電流下，磁場削弱后(削弱磁場)牽引電動機磁勢與磁場削弱前(滿磁場)牽引電動機磁勢之比。其表達式為：

　　(2-2)

　　式中 (IW)β——磁場削弱后磁勢;

　　(IW)m——磁場削弱前(滿磁場)磁勢。

　　它表明了牽引電動機主極磁勢削弱的程度。例如β=40%即表示削弱后電機主極磁勢僅為削弱前電機主極磁勢的40%，其余60%被削弱掉了。β愈小，則表明磁場削弱愈深。當電機磁路不飽和時，可以用磁通代替磁勢，當電機磁路飽和后，不能用磁通代替磁勢，兩者的差別較大。

　　二、磁場削弱的方法

　　根據(jù)式(2-2)，磁場削弱的方法可以有以下兩種：

　　1.改變勵磁繞組匝數(shù)

　　可將牽引電動機勵磁繞組分段，通過改變牽引電動機勵磁繞組的有效匝數(shù)，使牽引電動機電樞電流只通過一部分勵磁繞組(有效匝數(shù))，來進行磁場削弱，此時磁場削弱系數(shù)β的表達式為：

　　式中 Im=Ia——牽引電動機電樞電流;

　　Wβ——牽引電動機磁場削弱后勵磁繞組匝數(shù)(有效匝數(shù));

　　Wm——牽引電動機滿磁場時勵磁繞組匝數(shù)。

　　由上式可以看出，采用勵磁繞組分段進行磁場削弱時，磁場削弱系數(shù)β僅與繞組分段的匝數(shù)比有關(guān)，與電流值無關(guān)。

　　通常直流電力機車可以利用牽引電動機勵磁繞組分段法進行磁場削弱調(diào)速。采用勵磁繞組分段法的優(yōu)點是磁場削弱系數(shù)精確，但使電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一般采用電機串­-并聯(lián)轉(zhuǎn)換法獲得，但用此法獲得的磁場削弱級數(shù)有限，并要求各電機勵磁繞組的電阻值精確，否則，電機勵磁繞組電阻值的微小差別，都將引起電機磁場削弱系數(shù)不一致。

　　采用勵磁繞組分段法進行磁場削弱的原理如圖2-1所示。

　　圖2-1　勵磁繞組分段法原理圖

　　圖中W1+W2為勵磁繞組，K1、K2為分段開關(guān)

　　2.改變勵磁繞組的電流

　　改變勵磁繞組的電流，也就是使牽引電動機電樞電流中的一部分流過牽引電動機的勵磁繞組，從而完成磁場削弱。此時磁場削弱系數(shù)β的表達式為：

　　式中 Iβ——牽引電動機磁場削弱后流過勵磁繞組的電流;

　　Im——牽引電動機滿磁場時流過勵磁繞組的電流，即電樞電流。

　　改變勵磁繞組的電流可以用以下幾種方法：

　　(1)電阻分路法(磁場分路法)

　　電阻分路法就是在勵磁繞組的兩端并聯(lián)電阻進行分路，從而達到削弱磁場的目的，原理如圖2-2所示。

　　滿磁場時，接觸器K未閉合，此時牽引電動機電樞電流Ia全部流過勵磁繞組，ILm=Ia，其磁勢為IaW;削弱磁場時，接觸器K閉合，磁場削弱電阻R1并在勵磁繞組兩端，對勵磁繞組起分流作用。此時電樞電流分為兩路，一路流過電阻R1的電流IR，另一路流過勵磁繞組的電流IL，此時Ia=IR+ILβ，磁勢為ILβW，此時磁場削弱系數(shù)β的表達式為：

　　上式說明，β值的大小僅與兩支路中電流分配有關(guān)，而與電機勵磁繞組匝數(shù)無關(guān)。若設(shè)勵磁繞組電阻為R，因為ILR=IRR1，且Ia=IL+IR，所以導(dǎo)出下式：

　　(2-3)

　　式(2-3)說明β值取于勵磁繞組阻值與分路電阻阻值。對確定的牽引電動機來說，勵磁繞組阻值為定值，因此，分路電阻值R1的數(shù)值就決定了磁場削弱系數(shù)β的大小。要改變磁場削弱系數(shù)，只須改變分路電阻阻值即可。

　　圖2-2　電阻分路法原理圖

　　電阻分路法因為電路結(jié)構(gòu)簡單，磁削系數(shù)調(diào)節(jié)非常方便，同時附加電能損耗很小，調(diào)速后的效率不致降低，是一種經(jīng)濟的調(diào)速方法，因而在電力機車上得到廣泛的應(yīng)用。應(yīng)當指出，電阻分路法要求各電機的分路電阻值必須精確一致，否則會造成各電機的β值不同，磁場削弱程度不一致。同時應(yīng)當特別注意的是上述關(guān)于磁場削弱系數(shù)β的討論是在電路穩(wěn)定工作狀態(tài)下進行的，當電路處在過渡過程時，應(yīng)充分考慮勵磁繞組的電感值。例如，當網(wǎng)壓波動時，如網(wǎng)壓突然上升造成機車工作電流突增，使電機電樞電流增加，勵磁繞組的自感電勢將阻止流過繞組的電流增長，而分路電阻支路沒有電感元件，故電機中增加的電流大部分從分路電阻R1中流過。這樣主極磁場便不能很快加強，造成反電勢不足，致使電機嚴重過載，電樞電流過大，還有可能引起牽引電機環(huán)火。

　　(2)磁感應(yīng)分路法

　　為了彌補電阻分路法的不足，采用在分路電阻支路串入適當?shù)碾姼芯€圈，使磁削時分路支路的電路性質(zhì)與勵磁繞組的屬性一致，便能順利度過過渡過程。這種磁場削弱方法稱為磁感應(yīng)分路法，其原理如圖2-3所示。目前，SS6B型電力機車就采用這種方法。

　　無論采用勵磁繞組分段法或電阻(磁感應(yīng))分路法磁削，通過改變勵磁繞組的段數(shù)或改變分路電阻值，均可得到不同的削弱系數(shù)，獲得不同程度的磁場削弱，但是若磁場削弱時由滿磁場一次過渡到最深度的削弱磁場，就會產(chǎn)生很大的電流沖擊和牽引力沖擊。因此，通常采用分級磁削。級數(shù)越多，磁場削弱時電流和牽引力的沖擊越小;但是級數(shù)過多會造成控制線路復(fù)雜，附加設(shè)備增多，故一般磁場削弱取三級左右。從充分利用機車粘著的角度看，即使分級磁場削弱仍會造成負載電流的沖擊，使機車特性不連續(xù)，對牽引電機運行帶來不利影響，同時影響機車粘著的充分利用。

　　圖2-3　磁感應(yīng)分路法原理圖

　　(3)無級磁場削弱法

　　無級磁場削弱就是利用晶閘管元件的連續(xù)、實時、可控，對牽引電動機的勵磁電流根據(jù)要求的β值進行分路，從而達到無級削弱磁場的目的，此種方法也稱晶閘管分路法。利用晶閘管分路法可以使牽引電動機進行平滑無級的磁場削弱。法國的8K型機車，國產(chǎn)的SS5、SS8、SS9型準高速機車均采用無級磁場削弱，原理如圖2-4所示。

　　圖中變壓器副邊繞組為a2x2，整流電路T1、T2、D1、D2、D3、D4采用半控橋，分路晶閘管為T3、T4，平波電抗器為L，牽引電機M的勵磁繞組為C1C2，電樞繞組為A1A2，固定分路電阻為RSH，其工作原理以交流電壓一個周波為例，分析如下：

　　圖(a)為滿磁場、半控橋滿開放時的工作情況。

　　正半周a2為高電位時，半控橋T1、D2、D3導(dǎo)通;負半周x2為高電位時，半控橋T2、D4、D1導(dǎo)通，分路晶閘管T3、T4均不參與工作，此時半控橋整流輸出的電壓全部施加于平波電抗器L、電機的電樞繞組、電機勵磁繞組和固定分路電阻RSH上。見圖(a)。

　　圖(b)、(c)為磁場削弱、半控橋滿開放時的工作情況。

　　正半周a2為高電位時，見圖(b)，半控橋仍為T1、D2、D3導(dǎo)通，分路晶閘管T4在ωt=α時刻觸發(fā)，由于T4加有正向電壓，其值等于磁場繞組兩端電壓，故觸發(fā)T4導(dǎo)通。而半控橋中的二極管D3由于T4的導(dǎo)通而承受反向電壓迅速截止。在ωt=α～π之間，T4一直導(dǎo)通，導(dǎo)通角為θ。此時，電樞電流Ia經(jīng)分路晶閘管T4，半控橋的T1、D2，變壓器副邊繞組a2、x2構(gòu)成回路。不經(jīng)過勵磁繞組和固定分路電阻。勵磁電流iF僅靠勵磁繞組中的電感作用與固定分路電阻RSH構(gòu)成續(xù)流電路。

　　圖2-4　晶閘管分路法原理圖

　　負半周x2為高電位時，見圖(c)，因為半控橋工作在滿開放狀態(tài)，所以當ωt=π時，T2觸發(fā)，T2、D1、D4導(dǎo)通，T1、D2自然關(guān)斷。當ωt=π+a時，T3觸發(fā)導(dǎo)通，T4關(guān)斷。在ωt=(π+a)～2π之間，電樞電流Ia經(jīng)T3短路，勵磁繞組仍與固定分路電阻自成續(xù)流回路。

　　磁場削弱系數(shù)

　　(2-4)

　　上式說明只要調(diào)節(jié)分路晶閘管的導(dǎo)通角θ就可以連續(xù)調(diào)節(jié)磁場削弱系數(shù)，由于分路晶閘管靠電源電壓過零點自然換流，為了獲得磁場削弱系數(shù)，就要求半控橋必須滿開放工作。

　　使用勵磁調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)機車速度是以牽引電機主極磁場的減少來獲得機車的高速運行的，并且磁場削弱越深，機車的速度越高。但是磁場削弱深度是有限的，否則由于牽引電機主極磁通過分削弱，在機車高速運行、大電流情況下會使牽引電機的換向惡化，容易發(fā)生電機的環(huán)火。因此，一般情況下脈流牽引電機的最小磁場削弱系數(shù)βmin應(yīng)該在0.35～0.40之間。實用值為0.44～0.50，保留一定的裕量。

　　三、磁場削弱下的機車特性及其應(yīng)用

　　電力機車的牽引電動機在額定電壓下和滿磁場時的機車速度特性、牽引力特性和牽引特性前面已經(jīng)做過介紹。牽引電動機實施磁場削弱后的機車基本特性與滿磁場時不同。下面分析牽引電機磁場削弱時的機車特性，以及與滿磁場時的機車特性之間的關(guān)系。

　　1.磁場削弱時機車的速度特性

　　已知機車滿磁場時速度特性為：

　　(2-5)

　　磁場削弱時機車速度特性為

　　(2-6)

　　上兩式中 Vm、Vβ­­­——分別為牽引電動機滿磁場、磁場削弱時的機車運行速度;

　　Um、Uβ­——分別為牽引電動機滿磁場、磁場削弱時的端電壓;

　　Im、Iβ——分別為牽引電動機滿磁場、磁場削弱時的電樞電流;

　　φm、φβ——分別為牽引電動機滿磁場、磁場削弱時的主極磁通量。

　　假設(shè)磁場削弱前后電機主極磁通φβ=φm，若牽引電動機端電壓恒定，即UD=常數(shù)，如果φβ=φm，則Vβ=Vm，根據(jù)公式(2-5)、式(2-6)得出：

　　(2-7)

　　若牽引電動機端電壓隨負載變化，即UD=f(Ia)，如果φβ=φm，則根據(jù)公式(2-5)、式(2-6)得出：

　　(2-8)

　　式(2-7)表明了，在繪制特性曲線時，只要把恒電壓下滿磁場時機車速度特性曲線各點的橫坐標加大1/β倍，就可以得到恒電壓下磁場削弱系數(shù)為β時的機車速度特性曲線。有幾個磁場削弱級就有幾條速度特性曲線。具體作圖方法、步驟如圖2-5(a)箭頭所示。圖中已知恒電壓下滿磁場時機車速度特性曲線1，OC為輔助線，并且。 。

　　圖2-5　磁場削弱下的機車速度特性

　　(a)UD=C;　　　　　(b)UD=f(Ia)

　　若用式(2-8)中公式計算法，求牽引電動機端電壓隨負載變化時磁削系數(shù)為β的機車速度特性是比較復(fù)雜的，并且必須應(yīng)用牽引電動機外電壓特性UD=f(Ia)，如果用作圖法，就要方便得多，見圖2-5(b)。圖中已知牽引電動機外電壓特性UD=f(Ia)，滿磁場時機車速度特性曲線1，OC為輔助線。

　　2.磁場削弱時機車的牽引力特性

　　滿磁場時機車牽引力特性為

　　(2-9)

　　磁場削弱時

　　(2-10)

　　假設(shè)磁場削弱前后電機主極磁通φβ=φm，則

　　(2-11)

　　圖2-6　磁場削弱下的機車牽引力特性

　　因為機車牽引力特性與電機端電壓無關(guān)，故在前述恒電壓和變電壓兩種情況下牽引力特性均由式(2-11)求得。圖2-6用箭頭清楚地表示了磁場削弱時機車牽引力特性曲線的作圖方法。圖中曲線1為滿磁場時機車的牽引力特性曲線，曲線2為所求出的磁場削弱時機車牽引力特性曲線。注意：求取特性曲線前，應(yīng)首先作出輔助線OB、OD，且 ， 。

　　3.磁場削弱時機車的牽引特性

　　由滿磁場機車牽引特性曲線求磁場削弱時機車牽引特性曲線時也分兩種情況。

　　(1)牽引電動機端電壓恒定時(UD=C)，假設(shè)磁場削弱前后電機主極磁通量相等，則下述四式成立。

　　(2-12)

　　(2)牽引電動機端電壓隨負載變化時UD=f(Ia)

　　假設(shè)磁場削弱前后電機主極磁通量相等，則下述四式成立;

　　(2-13)

　　圖2-7　磁場削弱下的機車牽引特性

　　(a)UD=C　　　　　　　　　　(b)UD=f(Ia)

　　依據(jù)式(2-12)、式(2-13)，可按圖2-7所示箭頭順序求出磁場削弱級機車牽引特性曲線，圖2-7(a)中已知1為滿磁場時機車的牽引特性曲線，OD為輔助線，3即為恒電壓下磁場削弱時機車的牽引特性曲線。圖2-7(b)中已知1為滿磁場時機車牽引特性曲線和牽引力特性曲線，2為磁場削弱時機車的牽引力特性曲線，3為磁場削弱時機車的速度特性曲線，OC、OD為輔助線。在此需注意，為了作圖求取機車牽引電動機端電壓隨負載變化時的牽引特性曲線，需用到磁場削弱前后的機車速度特性曲線。為此，在求出速度特性曲線3后，可在第二象限作出機車的牽引特性曲線4。

　　圖2-5、圖2-6、圖2-7示出了在恒電壓以及變電壓條件下，機車在磁削前后的速度特性、牽引力特性、牽引特性。應(yīng)當指出，由滿磁場機車特性曲線運用作圖法求取磁場削弱時機車特性曲線的方法雖然簡便，但卻是近似的，只有在β大于0.5時比較準確。因為在數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程中，我們忽略了電阻壓降，牽引力損失以及電樞反應(yīng)等因素的影響。如果要求作出比較精確的機車特性曲線，應(yīng)根據(jù)電機的磁化曲線φ=f(Ia)，按照磁場削弱時機車的特性公式逐步計算，然后得出機車的特性曲線。

　　從圖2-5可以看出，磁削后機車的速度特性曲線，是在滿磁場速度特性曲線的上方，它們的曲線形狀基本相似，而且磁場削弱愈深，則曲線位置愈高。這從公式 中顯然可以看出，因為當UD，Ia不變時，φ愈小，則V愈高。

　　圖2-6可以看出，磁場削弱后的牽引力特性在滿磁場曲線的下方。

　　下面參閱圖1-5說明特性曲線的應(yīng)用。假定機車在a點穩(wěn)定運行，這時對機車實施一級磁場削弱。在磁削后的很短時間內(nèi)，機車速度由于慣性而基本保持不變，所以工作點平移至一級磁削后的速度特性β1曲線上b點，電機電流由Ia突增至Ib。在磁場削弱后的瞬間，一般要求Ib不大于牽引電動機的持續(xù)電流IN∞,以免電機過熱。通常根據(jù)這一條件來限制β1的值。因為若磁削加深(β1減小)，則β1曲線大致向上平移，Ib也就可能增大至超過IN∞值。

　　一級磁削后，若運行阻力不變，機車會自動加速。電樞電流下降，工作點將沿β1曲線由b點向左移動，直至機車牽引力與阻力相等，達到新的穩(wěn)定工作點c，機車維持在更高的速度上穩(wěn)定運行。

　　綜上可知，當機車牽引電動機由滿磁場運行轉(zhuǎn)換為磁場削弱級運行時，這個過程是很短暫的。而此時機車由于巨大的慣性速度來不及變化，因此磁場削弱后電機的反電勢減小，電樞電流將增加，機車的輸出功率和牽引力均有所提高，對應(yīng)圖2-7。這時若列車運行阻力不變，則機車牽引力不變，機車速度便可提高，如在平道運行實施磁場削弱可提高運行速度。若在上坡道實施磁場削弱，則機車可增大牽引力而保持牽引速度不變，即所謂恒速爬坡。因此，使用磁場削弱法調(diào)節(jié)機車速度，不僅可提高機車運行速度，機車功率將發(fā)揮得更加充分，并且磁場削弱越深，機車功率提高越多。