异步牵引电动机
异步牵引电动机
目录
1.异步电机基本原理
2.变频调速
3. 异步牵引电动机与各相关部件之间的关系
4. 异步电动机的主要指标
5. 异步牵引电动机结构
6.试验
7.维护
1.异步电机的基本原理
1.1 等效电路
U 1=（R 1+jX 1）I 1-（R 2‘/S+jX 2’）I 2’jX m (I 1+I 2’)=-(R 2’/S+jX 2’)I 2’
f1=f2+f n
s=f2/f1=（n1-n)/n1
n=(1-s)n
1=60(1-s)f
1
/p
式中：n:电机实际转速（r/min) n1:电机同步转速(r/min)
f1:定子频率（Hz)
p:极对数
s:转差率
f2:转差频率（Hz)
1.4转矩公式
M=P e /Ω1=mpE 2’I 2’COS φ2/2πf 1
1.5转矩-转速特性
1.6电机主要尺寸关系
电机有效部分体积（重量）：
D
A 2L
fe
∝Mn
1.7调速基本原理
n=(1-s)n1=60(1-s)f1/p
式中：n:电机实际转速（r/min)
n1:电机同步转速(r/min)
f1:定子频率（供电频率）（Hz)
p:极对数
s:转差率
1.8异步电机能量关系
输入功率P
1=P em +P cu1+P fe
电磁功率P em =P mec +P cu2
机械功率P mec =P 2+P fw +P ad
转子铜耗P cu2=sP em
效率η=P 2/P 1
P cu1：定子铜耗P fe ：铁耗
P fw ：机械损耗P ad ：附加损耗
本部分主要参考资料
1.教材：电机学
2.西南交大：牵引电机
3.黄济荣：电力牵引交流传动与控制
2.1交-直-交变频调速系统分类——按中间回路分电压源逆变器——中间回路电压不变
电流源逆变器——
中间回路电流不变
2.变频调速
2.2变频调速系统分类
(a)直-交系统用直流斩波起器使电压恒定
(b) 直-交系统不用直流斩波起器使电压恒定，地铁系统
(c)交-直-交系统
(d)交-交系统
3 异步牵引电动机与相关部件之间的关系
3.1 满足车辆牵引制动特性要求
?
V=Dn/(5.3i)
F=2Mi η/D i:传动比D：动轮直径
η：传动效率
3.2与逆变器相匹配
?电动机与逆变器关系紧密，二者之间需进行信息交换
3.2.2逆变器输出对电机的影响
z非正弦供电
z绝缘系统
z轴电压
3.2.2.1非正弦供电
当电机由逆变器供电、逆变器电压中含有很丰富的谐波。比如：在方波阶段，电压中除基波分量外，还含有6k±1次谐波电压，这些谐波电压的存在，对电机造成如下影响：
(1).在电机中产生谐波电流→谐波损耗→温升增加、效率下降
(2).在电机中产生谐波磁通→谐波转矩（稳定谐波转矩和6k次脉动谐波转矩）→振动增大、噪升增大→电机机械应力增大（尤其是在转子中）
第k次谐波电流大小I
k =U/(kX
1
+kX
2
’)
当输出电压为方波时：
谐波电压：U
k =U
1
/k
U
1
：基波电压
3.2.2.2逆变器供电对电机绝缘系统的影响
电机与逆变器用电缆相连接，电缆本身
存在一电感与电容Z
C ，同时电机也存在一个
阻抗Zm ，逆变器端的输出电压，通过电缆的
反射放大作用，会在电机端产生一个可能到2
倍中间回路电压的电压U
LL 。同时该电压在电
机绕组内部分布不均匀，在前几匝的电压U
K
很高，该电压值与逆变器的开关频率以及
dv/dt 有关，开关频率以及dv/dt 越大，该电压
值也大。
由于这两种电压的作用，对绝缘会产生
以下影响：
（1).尽管对于中间回路电压Ud 在2800V 的
电机为低压电机，但是由于U LL 可到2倍Ud(约
5600V ），其属于高压电机的范围；
CRH2型动车组牵引电动机概述 CRH2型动车组采用MT205型三相鼠笼异步电动机，每辆动车配置4台牵引电动机(并联连接)，一个基本动力单元共8台，全列共汁16台。电动机额定功率为300kW。最高转速6120r/min.最高试验速度达7040r/min。 牵引电动机由定子、转子、轴承、通风系统等组成.绝缘等级为200级。牵引电动机采用转向架架悬方式，机械通风方式冷却，平行齿轮弯曲轴万向接头方式驱动。外形如图7.62。所有牵引电动机的外形尺寸、安装尺寸和电气特性相同，各动车的牵引电动机可以实现完全互换。牵引电动机在车体转向架上的安装位置见图7.63。 同直流电动机相比，三相异步电动机有着显著的优越性能和经济指标，其持续功率大而体积小、质量轻。具体地说有以下优点： (1)功率大、体积小、质量轻。由于没有换向器和电刷装置，可以充分利用空间，同时在高速范围内因不受换向器电动机中电抗电势及片间电压等换向条件的限制，可输出较
大的功率，再生制动时也能输出较大的电功率，这对于发展高速运输是十分重要的。 (2)结构简单、牢固，维修工作量少。三相交流牵引电动机没有换向器和电刷装置，无需检查换向器和更换电刷，电动机的故障大大降低。特别是鼠笼形异步电动机，转子无绝缘，除去轴承的润滑外，几乎不需要经常进行维护。 (3)良好的牵引特性。由于其机械特性较硬，有自然防空转的性能，使黏着利用率提高。另外，三相交流异步电动机对瞬时过电压和过电流不敏感(不存在换向器的环火问题)，它在起动时能在更长的时间内发出更大的起动转矩。合理设计三相交流牵引电动机的调频、调压特性，可以实现大范围的平滑调速，充分满足动车组运行需要。 (4)功率因数高，谐波干扰小。其电源侧可采用四象限变流器，可以在较广范围内保持动车组电网侧的功率因数接近于1，电流波形接近于正弦波，在再生制动时也是如此，从而减小电网的谐波电流，这对改善电网的供电条件、减小通信信号干扰、改善电网电能质量和延长牵引变电站之间的距离十分有利。 CRH2型动车组采用的牵引电动机除具有上述传统异步电动机的优点外，还有以下特点： 电动机整体机械强度很高，高速运行时能承受很大的轮轨冲击力；采用耐电晕、低介质损耗的绝缘系统以适应变频
柯以诺 1936年生, 1959年毕业于西安交 通大学电机专业,高级 工程师(教授级),国家有突出贡献的中青年科技专家,长期从事牵引电动机设计、试验研究。 回顾与展望 脉流牵引电动机的发展 株洲电力机车研究所(株洲412001) 柯以诺 摘 要:介绍了我国电力机车用脉流牵引电动机40年来的发展情况,从电机的材料、结构、工艺、设计方法等方面总结了其技术进步的过程,并探讨了今后的发展前景。 关键词:牵引电动机 脉流 电力传动 发展 D evelopm en t of pulsa ti ng curren t traction m otor Zhuzhou E lectric L ocom o tive R esearch In stitu te (Zhuzhou 412001) Ke Y i nuo Abstract :It is described the 40years developm en t of pu lsating cu rren t tracti on mo to r of Ch inese electric locomo tives .T he techn ical p rogress is concluded from aspects of m aterial ,structu re ,techn ique and design m ethod .Its fu tu re p ro spects are dis 2 cu ssed . Key words :tracti on mo to r ,pu lsating cu rren t ,electric drive ,developm en t . 1 引言 牵引电动机素有机车“心脏”之称,是电传动机车最关键的部件。机车的性能和可靠性与牵引电动机有着最直接的关系。 直流串励牵引电动机的启动性能好、调速范围宽、过载能力强、功率利用充分、控制简单,能最大限度地满足机车车辆的运用要求。直流牵引电动机用于牵引动力已有120年历史,是一种很成熟的电工产品。国产电力机车一直采用直(脉)流牵引电动机,已走过了40年的路程,虽然不象电工技术的某些新领域那样经常有突破性新技术出现,但通过不断的改进,所取得的进步仍然令人瞩目。 本文将介绍我国脉流牵引电动机的发展情况,并对它面临交流牵引电动机挑战的今后的发展前景谈点看法。 2 发展概况 随着我国国民经济的日益增长,铁路运输正向重载、高速的方向迈进,这就对电力机车的牵引电动机提出了越来越高的要求。首先是电动机的轴功率不断增 加(见图1)。目前货运电力机车的轴功率达800k W (持续制),客运机车达900k W 。最近,为200km h 列车的 动力车设计的电动机,其轴功率已达1000k W 。其次,电机的恒功率调速范围也在不断扩大。早期的电机,恒功速比K PV 仅1.25～1.35。最近,该值已达1.6～1.8。 K PV 的提高,表明机车在较高速度下仍保持满功率输 出,能更好地满足多拉快跑的运输要求。 图1 脉流牵引电动机功率增长曲线 电机设计功率逐年增长,但电机的体积及相应的质量并没有增加,反而稍有降低。这意味着代表电机水 平的一个技术经济指标(g )——电机单位质量发挥的设计功率在逐年增长(见图2)。 — 91—1998年第5-6期机 车 电 传 动 №5-6,1998 1998年11月10日EL ECTR I C DR I V E FOR LOCOM O T I V E N ov .10,1998
定子叠频法在异步牵引电机型式试验中的应用参考 文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
定子叠频法在异步牵引电机型式试验中 的应用参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 采用定子叠频法进行异步牵引电机热试验，介绍了定 子叠频法的基本工作原理，研究了合成磁场与主副电源参 数之间的函数关系，明确了采用定子叠频法进行电机加热 的调节规律并阐述了具体的试验调试方法，较好地解决了 采用传统试验方法进行温升试验难以满足异步牵引电机超 速试验要求的难题。 异步牵引电机超速试验需要在热状态下进行，目前在 工厂试验条件下的电机加热方法主要有直接负载法加热， 烘焙加热，等效负载法。使用直接负载法由于能耗类负载 耗能大、经济性差等因素现在已很少使用，被普遍采用的 热试验方式是通过联轴器将被试电机与陪试电机机械连接
实现对拖升温，但是对于已压装或热套联轴器的电机来说，在加热稳定后难以在极短时间内迅速将其拆除并脱离陪试电机，此外受陪试电机型号，转轴系同轴度以及转动惯量的影响，也无法让陪试电机实现同步超速。对电机进行整体烘焙容易造成轴承内油脂迅速稀释流失，若将电机解体只烘焙定子部分，则加热后的电机在装配后又会冷却，均难以达到超速试验要求。本文采用定子叠频法进行异步牵引电机加热试验，以满足热态下的超速试验要求。 试验原理分析 定子叠频法热试验主接线图如图1所示，其核心思想是将两种不同频率的主电源和副电源串联后作为被试电机M的供电电源，在被试电机绕组上产生类似于直接负载法的损耗从而达到加热的效果。一般主电源选择频率为50Hz 的工频交流电源，为确保被试电机在额定电压下的运行，主电源电压等级与被试电机相同，副电源频率一般低于主
2.三相交流牵引电动机的结构组成 2.1定子的组成 定子由铁心（电工硅钢片叠成）、定子绕组和机座组成。定子铁心内圆有许多形状相同的槽，用于嵌放定子绕组，机座用于固定和支撑定子铁心，要求有足够的机械强度和刚度。定子外部固定有端盖。 2.2转子的组成 转子由转子铁心（硅钢片叠成）、转子绕组和转轴组成。转子铁心安装在转轴上，表面开有槽，用于放置或浇注转子绕组。在转子的一端安装有风扇，用于转子高速转动时的降温散热。如图2.1所示。 图2.1三相交流电动机 2.3气隙 气隙大小对异步电动机性能有很大的影响。气隙大，则磁阻大，励磁电流（滞后的无功电流）大，功率因数降低。气隙过小，则装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加，起动性能变差。
图2.2 1-轴 10-转子 19-锥形油脂喷嘴 2-电机侧半联轴节 11-深沟球轴承（D端） 20-油脂喷嘴盖 3-进气口盖 12-电缆密封接头（10 Nm) 21-锥形油脂喷嘴 4-接线盒 13-盖板 22-连接线 5-出气口网罩 14-六角头螺钉（8 Nm) 23-接线盒盖 6-轴承保护罩 15-张力垫圈 24-六角头螺钉（8 Nm) 7-圆柱滚子轴承（N端） 16-盖板 25-张力垫圈 8-定子外壳 17-六角头螺钉（8 Nm) 9-定子 18-油脂喷嘴盖 上图所示为3相4极交流异步牵引电动机，在车辆上横向安装，D端为输出端。 此自通风型电机的冷却由安装在N端的内部风扇完成。进气口位于D端前部、进气口盖（3）的上部；出气口网罩（5）位于N端。 定子结构，由绝缘薄钢片叠层组成的定子（9）铁心总成通过热套方法安装在定子外壳内，从而形成了一个固定的定子单元。 定子铁心总成和定子外壳内有轴向通风风道。 定子绕组被嵌入定子铁心总成的槽内。槽上有盖子进行密封。线圈的绕组端部、定子线圈接头和接线条用铜焊连接。接线盒（4）铸造在定子外壳上，上面用接线盒盖盖住。连接线通过电缆接线片和接线条用螺栓连接在绝缘子上，并穿
第十一章三相交流牵引电动机简介无换向器的三相交流电动机在制造成本、单位功率重量、运行维修等方面、比有换向器的直流电动机有一系列优点，特别是三相异步电动机结构最为简单、工作最为可靠以及具有优越的防空转性能。近30年来，由于电子技术特别是大功率晶闸管变流技术的迅速发展，研制出体积小、重量轻、功率大、效率高的变流装置——静止逆变器，作为三相交流电动机的变频电源，使三相交流牵引电动机在铁路电力牵引中的应用取得了突破性进展。 由三相交流电动机的优点和直流电动机在牵引运用方面长期积累的经验以及电力交流技术的成就三者完美结合，而研制出来的新型三相交流电传动机车具有更大的牵引能力、更好的牵引特性和更高的经济技术指标。因此，从发展远景来看，它将在未来牵引传动中占据主导地位。 本章结合机车牵引特点，对三相异步牵引电动机和晶闸管同步牵引电动机的运行原理及结构特点作一些介绍。 第一节三相异步牵引电动机 一、异步电动机变频运行的机械特性 由异步电机原理可知：在一定的电压和频率下，异步电动机的机械特性如图11-1所示。 图11-1 一定频率和电压下异步电动机的机械特性 当异步电机作为电动机运行时，电机在0＜S＜1范围内运行，图中S m为电动机最大转距太时的临界转差率。其中：S=0-S m。一段是电动机的稳定运行范围；当S＞S m后，电动机的转矩将明显减少，使电动机转速越来越低，直到停转。所
以S=S m --1一段是电动机不稳定运行区。异步电动机在不同频率人下的机械特性 曲线形状都相似，但其机械特性稳定运行的调速范围和最大转矩值是不同的，这 种变化可用最大转矩和对应的临界转差率来表示。由第九章已推导出三相异步电动机最大转矩为： []22 1 2 1 1 1 2 1 ) ' ( 4 3 δ δ πx x r r f pU T m + + + =(11-1) 当 σ σ χ χ γ 2 1 1 ＋ ππ时忽略 1 γ，则： ()σ σ χ χ π2/ 1 1 2 1 4 3 + = f pU T m （11-2）对于结构一定的电机，式（11-2）可写为： 2 1 1 T?? ? ? ? ? = f U K T m （11-3）由式（11-3）可见，异步电动机的最大转矩与 2 1 1 ?? ? ? ? ? f U 成正比。若变频调速是在U1为常数条件下进行，则T m随f12成反比例变化，其机械特性变化如图11-2所示。 图11-2 一定电压、不同频率时异步电动机的机械性能 图11-3 一定气隙磁通、不同频率时异步电动机的机械性能
三相异步牵引电动机的效率计算 参照日本标准JEC-37-1979《感应电机》，以YQ-420型牵引电动机效率计算为例，介绍了三相异步牵引电动机的效率计算方法。 标签：三相异步牵引电动机；效率；计算。 0 引言 从节约能源，保护环境出发，高效异步电动机是目前国际发展的趋势。随着我国地铁和城市轻轨的快速发展，“绿色、节能、环保、安全”成为城轨车辆市场竞争的主题，而作为城轨车辆的心脏-电动机，也面临国际社会的巨大竞争压力和挑战。从国际和国内发展趋势来看，开发高性能异步电动机是必要的，而电动机的效率又是衡量电动机性能好坏的重要技术经济指标之一。效率计算作为电动机型式试验中重要试验之一，通常都是参照GB/T 1032-2005《三相异步电动机试验方法》中的方法进行计算，本文将以YQ-420型牵引电动机型式试验中效率计算为例，参照日本标准JEC-37-1979《感应电机》中的损耗分离法和圆线图法，介绍三相异步电动机的效率计算方法。 1 概述 YQ-420型异步牵引电动机是南车株洲电机有限公司生产的安装在动车组检测车上的4极鼠笼式三相感应电动机，它采用强迫通风冷却方式（28m3/min）， 额定功率是420 kW。正弦波电源供电型式试验采用代用额定电压880V，代用额定电流130A，代用额定频率50 Hz，代用额定转速1457r/min进行试验。要进行效率计算，首先需测量牵引电动机定子绕组的冷态电阻，再进行负载试验和空载试验，测试出相应的参数后，根据相应的公式进行效率计算。 2 计算方法 2.1 冷态电阻的测量 将YQ-420型电动机放置在室内并在稳定的环境温度中持续24小时以上，当绕组温度与环境温度之差不超过2K时，测量电机定子绕组的三相直流线电阻 值R UV=0.1446Ω、R VW=0.1447Ω、R UW=0.1446Ω，环境温度θ1=16.6℃。按式（1）和式（2）计算相电阻值R0。 R0=R med-R vw（1）
第四节、交流牵引电动机 三相交流牵引电动机（包括变频异步牵引电动机和自控同步牵引电动机）是随着现代大力率变流技术的迅速发展而发展起来的，除工业上应用以外，现已被成功地应用于铁道干线车和高速动车上。 异步牵引电动机转子上没有换向器及带绝缘的绕组，不存在换向火花和环火稳定性问题，因此，它结构简单、运行可靠，可以以更高的圆周速度运转，使机车具有很宽的调速范围。 1．交流牵引电动机的技术优越性 由于交流牵引电动机没有换向器工作面圆周速度的限制，因而可以选用高的转速和大的传动比，这样，能显著减轻电机的重量，以获得较大的单位重量功率。另外，交流电动机充分利用了原直流电机换向器所占的空间，热量能沿定子圆周均匀散发，改善了电机的冷却效果，明显地增长了电机的寿命。交流电机的优越性可由下表所示的德国电力机车用的两种电机参数比较中得到证实，也可由日本东洋电机公司制造的交流、直流牵引电机参数比较得到证明。 两种不同类型牵引电动机参数比较表1 电机种类 三相异步电动机 脉流电动机 型号 BQCA843 UZll6—64K 安装机车型号 BRl20 181.2 功率（kW） 1400 1360（5rnin） 持续功率（kW） 1400 810 电机电压（V） 2200
360（相） 830 最大转速（r/min） 3600 1860 转子直径（mm） 930 950 重量（kg） 2380 3630 单位重量功率（kW/kg） 0.588 0.375 由上表可以看出，对于中小型容量的电机，在大致相同的重量和外型尺寸情况下牵引电动机的功率一般比直流电动机的功率大30％。中、小容量交、直流电机参数比较表2 电机类型 交流异步电动机 直流牵引电动机 型号 TDK6200-A TDK8270-A 小时功率(kW) 165 130 小时转速（r/min） 1565 L450 绝缘等级 C
牵引电机的常见故障 与处理
目录 前言…………………………………………………………一牵引电机的主要特点……………………………………二牵引电机的结构…………………………………… 1定子………………………… 2转子………………………… 3电刷装置………………………… 4电枢轴承………………………… 三牵引电机的传动和悬挂方式……………………… 1个别传动 2组合传动 四牵引电机的工作原理……………………… 五牵引电动机的维护保养……………………… 六牵引电机的故障分析与处理……………………………… 参考文献……………………………………………………后语………………………………………………………
摘要： 本设计简要主要介绍了牵引电机的工作原理、基本结构、主要特点及维护保养，对ZD114型牵引电机在运用中的常见故障进行了分析，并提出了相应处理方法。 关键词： 牵引电机故障检修措施
前言 牵引电机是驱动机车车辆动轮轴的主电机，是电传动机车、车辆的主要部件之一。是在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。直流牵引电动机，尤其是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，因此获得广泛应用。 ZD114型牵引电机是SS6B型电力机车的重要部件之一，由于牵引电机在运用中受振动、摩擦、高温和自然老化等原因使机车电机性能总处于自然磨损状态，超过一定限度就会发生故障，影响机车的正常运用，所以，要采取一系列的计划预防修理措施，在电机各零部件损坏以前得到修理，从而减少和防止机车出现先期损坏的可能性，达到保证行车安全和延长机车使用寿命的目的。 一牵引电机的工作特点 1 使用环境恶劣 由于牵引电机安装在车体下面，直接受到雨、雪、潮气的影响，机车运行中掀起的尘土也容易侵入电机内部。此外，由于季节和负载的变化，还经常受到温度和湿度变化的影响。因此，电机绝缘容易受潮、受污，对其性能和寿命产生极为不良的影响。所以，牵引电机的绝缘材料和绝缘结构应具有较好的防潮，防尘性能及良好的通风、散热条件。 2 外形尺寸受限制 牵引电动机悬挂在车体下面，其安装空间受到很大的限制，轴向尺寸受轨距限制，径向尺寸受动轮直径的限制。为了获得尽可能大的功率，要求牵引电机结构必须紧凑，并采用较高等级的绝缘材料和性能较好的导电、导磁材料。 3 动作力大 机车运行通过钢轨不平顺处，因撞击而产生的动力作用会传递给牵引电动机，使牵引电动机承受很大的冲击和振动。 4 换向困难 直、脉流牵引电机换向困难的原因除了受机械振动力方面的影响外，还有电器方面的原因，如牵引电动机经常启动、制动，此时电流可达额定电流的两倍；当机车在长大坡道上运行时，电动机将长时间处于过电流状态；当机车高
交流牵引电机制造过程中线圈尺寸的调整方法 在进行交流牵引电机制造的时候，定子线圈的尺寸对后续定子的嵌线的效果影响是十分大的。为了更好的保证线圈的制造和嵌线的效果，在进行电机制造以前，可以使用计算机对线圈成形和嵌线的效果进行模拟分析，然后将模拟的数据同线圈的尺寸和嵌线的端部间隙进行对比，指导电机的制造。通过模拟出的数据可以在电机生产前进行准备的工作，同时对施工的工艺进行准备，对生产中可能出现的问题进行调整方案的制定。 标签：电机制造；线圈尺寸；调整 现在的工业生产中，电机是非常重要的生产设备，在进行电机制造的时候，制造的技术和质量是非常重要的。在进行交流牵引电机的制造时，定子线圈的制造非常重要，定子线圈制造以后不但要符合图纸的设计要求，同时还要保证后续施工中嵌线的制造。线圈在制造成形的时候，成形尺寸是非常重要的，线圈的尺寸一定要考虑到嵌线可能出现的变形情况和嵌线的排布情况。线圈的尺寸不当会增加嵌线为了整形的敲打次数，对嵌线进行过多的敲打会破坏其绝缘性，使得嵌线的下方出现擦伤，对嵌线的端部的间隙均匀性也会带来一定的影响。为了更好的保证线圈的尺寸，可以利用计算机的三围模拟技术对交流电机的定子线圈进行模拟实验，对线圈的尺寸进行计算，同时也可以对变形调整和嵌线过程进行模拟，使定子的线圈尺寸和后续的嵌线间隙的排布在数据上可以对应。在进行生产的时候，工程的技术人员可以根据模拟的数据对线圈的生产进行更好的制造，制定出更加合适的线圈制造工艺和调整方案。对制造的工艺进行理论和实际生产中的验证，这样可以更好的建设材料和人力的投入，使得电机在生产的时候成本可以更低。 1 制造技术方面的准备 在进行电机定子线圈的制造以前，工程的技术人员要对制造技术工艺进行准备。要使用计算机对制造的过程进行模拟，建立定子线圈制造的三维模型，然后对制造过程进行模拟，在模拟完成后对尺寸进行记录。在定子线圈尺寸成型以后，进行嵌线制造过程的模拟，对线圈的端部嵌线间隙进行计算，检验三维模拟出的线圈尺寸在嵌线施工中的效果，如果效果不好，要重新进行尺寸的计算，然后也要对间隙进行计算。通过重复的计算和调整一定可以得到最佳的尺寸，在尺寸确定以后，要结合实际的生产情况对制造的技术进行确定。在进行线圈尺寸的计算的时候，技术人员一定要对一下问题进行掌握。在进行实际生产中，定子线圈的尺寸对下个施工工序的嵌线影响到底有多大。在进行线圈尺寸计算的时候，如果遇到嵌线间隙过大的时候要如何进行处理；如果间隙过小就会导致嵌线的施工难度加大，这个时候要进行怎样的操作可以对成型的尺寸进行调整。 2 计算机三维模型的建立 在使用计算机对定子线圈的制造进行三维模拟实验的时候，首先要建立一个
异步牵引电动机工作原理 1.牵引电机的主要运行原理 定子通上三相交流电后，在气隙中产生旋转的磁场，该磁场切割转子导条后在转子导条中产生感应电流，带电的转子导条处于气隙旋转磁场中就要产生电动力，使转子朝定子旋转磁场的同一方向旋转。由于转子导条中的电流是因转子导条切割由定子绕组产生的气隙磁场才感应产生的，所以转子的转速只能低于气隙旋转磁场的转速，永远不可能与其同步，否则转子导条与气隙磁场同步旋转，转子导条不再切割磁场产生感应电流和产生电动力了，转子也不可能旋转了，所以称按这种原理运行的电机为异步电动机。 2.牵引电机的调速原理 现在机车用异步牵引电机调速普遍采用变频变压调速技术。异步电机转速、电动势和电磁转矩公式如下： 转差率s=（n1-n）/n 转速n=60f/p（1-s） 电动势E1=4K1 f N s K dp1φ 电磁转矩T em=CφI r COS? n1：同步转速（旋转磁场）n：转子转速；f：定子频率；s：转差率；p：电机极对数；E1：电动势；K1：波形系数； N s：每相串联匝数；K dp1：绕组系数；φ：磁通；T em：电磁转矩；C：常数；I r：转子电流；COS?：功率因数。 改变定子频率即可改变电机转速，随着定子频率的增加，电机转速相应增加，如果电压不增加，将导致电机磁场减弱，电机转矩将降低，电机磁场降到很低时，电机不能输出足够的转矩，不能满足负载要求；另一方面，低频起动时，如果电压很高，将导致电机过分饱和。因此异步电机变频时，电压也应在一定范围内保持一定比例的变化，这种调速方式称之为变频变压调速。异步牵引电机变频调速主要采用了恒转矩变频调速（恒磁通变频调速的一个区段，磁通和电流不变）、恒磁通变频调速、恒功率变频调速等调速方式。 3. 异步电机牵引与再生制动原理： 在1>s>0的范围内，电磁转矩与转子转向相同，它拖动转子旋转，电机从逆变器吸收电能转换为机械能，克服机车阻力驱动机车运行，处于电动机运行状态。 s=1为起动运行状态（启动瞬间，转子转速n=0，s=1）。
城轨车辆用牵引电机分析 学院：电气工程学院 班级：磁浮01 学号：20121485 姓名：孟振强
城轨车辆牵引—永磁同步电机 一．永磁同步电机的原理 在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩起的磁阻转矩和单轴转子磁路不对称,等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起动过程中，只有异步转矩是驱动性,电动机就是以这个转矩来得以加速的 , 其他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的转速由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，进而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下被牵入同步状态。 二．永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常的相似，主要是区别是转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，
在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。 面贴式的永磁同步电机在工业上是应用最广泛的，其最主要的原因是其拥有很多其他形式电机无法比拟的优点，例如其制造方便，转动惯性比较小以及结构很简单等。并且这种类型的永磁同步电机更加容易被设计师来进行对其的优化设计，其中最主要的方法是设计成近似正弦的分布把气隙磁链的分布结构，将其分布结构改成正弦分布后能够带来很多的优势，例如它所带来的负面效应，能减小磁场的谐波以及应用以上的方法能够很好的改善电机的运行性能。插入式结构的电机之所以能够跟面贴式的电机相比较有很大的改善是因为它充分的利 用了它设计出的磁链的结构有着不对称性所生成的独特的磁阻转矩 能大大的提高了电机的功率密度，并且在也能很方便的制造出来，所
YQ-190异步牵引电机电磁场有限元 分析 杨云峰李丽 (南车株洲电机有限公司湖南株洲 412001) 摘要：电机是一个由非线性、多变量、多物理场耦合关系构成的能量转换装置，铁路用异步牵引电机具有较复杂的运行特性，为了更好的分析异步牵引电机的运行特性以及不同环境下电机参数变化。本文借助Ansoft公司的Maxwell 2D模块，建立一种功率为190kW地铁车辆用异步牵引电机模型，通过电磁场有限元软件分析异步牵引电机在不同的运行状态下电机参数及磁密变化曲线，这就为异步牵引电机的优化设计提供了理论性依据。 关键词：牵引电机，运行特性，特性曲线，有限元 Finite Element Analysis on Electromagnetic Field of YQ-190 Traction Motor Yangyunfeng LiLi (CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co, Ltd., Hunan Zhuzhou 412001) Abstract: Motor is a nonlinear, multivariate, multi-physics coupling between composition, Especially with the more complex asynchronous traction motor operating characteristics. In order to better analyze the performance characteristics of asynchronous traction motor and the motor parameters under different operating characteristics, the internal field distribution. With this module Ansoft's Maxwell 2D, The establishment of a subway car with a power of 190kW asynchronous traction motor model, By finite element software, Analysis of asynchronous traction motors running at different magnetic flux density of the motor parameters and the characteristic curve, This is the optimal design of asynchronous traction motors to provide a theoretical basis. Key words: traction motor; operating performance; characteristic curve; finite element analysis 0 引言 地铁车辆用异步牵引电机具有频繁起动、制动的特点。在两站之间运行包括牵引、惰性、制动三个阶段[1]。牵引工况包括三个阶段：恒转矩、恒功、自然特性；惰性运行是在停止牵引或制动，只在阻力作用下运行的状态；制动运行状态电机运行过程与牵引运行时相反。 本文采用Ansoft公司推出的Maxwell 2D软件进行有限元仿真，就牵引电机在牵引工况下三个运行阶段进行分析。本文分析的异步牵引电机在额定网压1500V时牵引特性如图1。通过对比分析电机在恒转矩起始点、恒功起始点、自然特性起始点、最高速度点的电机参数及电磁场分布图形，并与试验结果进行对比，说明仿真结果的合理性。为今后牵引电机的研发制造提供一种比较适用的分析方法[2]。 1电机模型的建立
目录 前言………………………………………………………… 一牵引电机的主要特点……………………………………二牵引电机的结构…………………………………… 1定子………………………… 2转子………………………… 3电刷装置………………………… 4电枢轴承………………………… 三牵引电机的传动和悬挂方式……………………… 1个别传动 2组合传动 四牵引电机的工作原理……………………… 五牵引电动机的维护保养……………………… 六牵引电机的故障分析与处理………………………………参考文献…………………………………………………… 后语………………………………………………………
摘要： 本设计简要主要介绍了牵引电机的工作原理、基本结构、主要特点及维护保养，对ZD114型牵引电机在运用中的常见故障进行了分析，并提出了相应处理方法。 关键词： 牵引电机故障检修措施
前言 牵引电机是驱动机车车辆动轮轴的主电机，是电传动机车、车辆的主要部件之一。是在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。直流牵引电动机，尤其是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，因此获得广泛应用。 ZD114型牵引电机是SS6B型电力机车的重要部件之一，由于牵引电机在运用中受振动、摩擦、高温和自然老化等原因使机车电机性能总处于自然磨损状态，超过一定限度就会发生故障，影响机车的正常运用，所以，要采取一系列的计划预防修理措施，在电机各零部件损坏以前得到修理，从而减少和防止机车出现先期损坏的可能性，达到保证行车安全和延长机车使用寿命的目的。 一牵引电机的工作特点 1 使用环境恶劣 由于牵引电机安装在车体下面，直接受到雨、雪、潮气的影响，机车运行中掀起的尘土也容易侵入电机内部。此外，由于季节和负载的变化，还经常受到温度和湿度变化的影响。因此，电机绝缘容易受潮、受污，对其性能和寿命产生极为不良的影响。所以，牵引电机的绝缘材料和绝缘结构应具有较好的防潮，防尘性能及良好的通风、散热条件。 2 外形尺寸受限制 牵引电动机悬挂在车体下面，其安装空间受到很大的限制，轴向尺寸受轨距限制，径向尺寸受动轮直径的限制。为了获得尽可能大的功率，要求牵引电机结构必须紧凑，并采用较高等级的绝缘材料和性能较好的导电、导磁材料。 3 动作力大 机车运行通过钢轨不平顺处，因撞击而产生的动力作用会传递给牵引电动机，使牵引电动机承受很大的冲击和振动。 4 换向困难 直、脉流牵引电机换向困难的原因除了受机械振动力方面的影响外，还有电器方面的原因，如牵引电动机经常启动、制动，此时电流可达额定电流的两倍；当机车在长大坡道上运行时，电动机将长时间处于过电流状态；当机车高速运行时，采用深的磁场削弱使气隙磁场畸变增大；电网电压波动使电动机端电压升高等，这些都将造成牵引电动机换向困难。
HXD3机车牵引电机 1 牵引电机的特点及参数 1.1 概述 YJ85A型电机是逆变器供电的三相鼠笼式异步牵引电机，其整机图片见右图。该机为滚包结构，单端输出；采用 强迫外通风，冷却风从非传动端进 入，传动端排出；采用三轴承结构， 三个轴承均为绝缘轴承；在二端盖 处设有注油口，使用中可补充润滑 脂。 1.2 牵引电机的工作特点 牵引电机是机车的重要部件， 它安装在转向架上，通过齿轮与轮 对相连。机车在牵引运行状态时， 牵引电机将电能转化成机械能，通 过轮对驱动机车运行。机车在制动 状态运行时，牵引电机将机械能转 换成电能，此时机车处于发电状态。图1 YJ85A牵引电机整机图片牵引电机的工作条件十分恶劣：负载变化大，冲击和振动严重，恶劣的风沙、雨雪气候、受酸碱性气体影响侵蚀严重。对于交流变频调速异步牵引电机来说，还有一个特殊之处，就是要在PWM波调制、含有大量谐波和尖峰脉冲的、非标准的正弦波电源供电下工作。 机车在云相中，牵引电机要在启动、爬坡这样的大电流状态下运行；要在平之路上轻载高速下运行；要过弯道、过道岔这样的冲击和振动状态下运行；还要能适应沿海多雨潮湿、内地干燥风沙的环境。 1.3 牵引电机的设计要求 此处省略许多 ·外锥齿轮输出：由于电机的扭矩较大，采用锥柄齿轮将使转轴的内锥孔加工困难，本电机采用外准齿轮输出，该结构由德国的VOITH公司设计，在欧洲和美国有运行经验，证明轴与齿轮的强度是安全可靠的。 ·耐电晕绝缘材料的采用，是针对PWM波调制的供电电源下工作的交流变频调速异步电机，为仿制绝缘失效所采取的一项有效措施。这是经过实验室实验证明和其他多种电机的多年生产经验证明的。但是本机车的PWM波调制的电源由于开关频率较低，供电电源的谐波和尖峰脉冲含量较小，电机的主绝缘系统未
铁路机车异步牵引电动机的轴承结构 李进泽 （南车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001） 摘 要：对于结构简单、维护量少的铁路机车异步牵引电动机来说，作为其关键部件之一的轴承往往是其中一个薄弱点，其运转情况的好坏在很大程度上直接影响异步牵引电动机的运行可靠性，因此电机设计时，必须合理设计其轴承结构，包括选择合适的轴承、设计正确的润滑系统和可靠的密封结构。 关键词：铁路机车异步牵引电动机、轴承、轴承结构、润滑、密封 0 引言 三相交流传动机车首先必须满足的要求是，对于铁路重载货运机车，能连续产生较大的牵引力；对于铁路高速客运机车，一级齿轮传动装置能得到较高的机车速度，因此要求铁路机车异步牵引电动机转矩要大、转速要高。另一方面由于受到铁路机车车轮直径、两车轮内侧距离和机车下部限界的限制，要求异步牵引电动机体型相对地越来越小。同时，逆变器供电又会造成异步牵引电动机轴承强振动、高温升、轴承电蚀等不利影响。 因此，异步牵引电动机设计时，必须仔细分析其轴承常常需承受高转速、高负荷、高温升、强振动等苛刻运行条件的特殊性，有针对性地设计轴承结构，并采取相应措施。 1 轴承类型及其布置 为简化结构，降低成本，铁路机车牵引电机一般尽可能采用单侧传动，一般采用两轴承结构（如图1），传动端采用较大的NU 型圆柱滚子轴承，作为非定位轴承，仅承受径向负荷；而非传动端采用定位轴承，除承受径向负荷外，还承担电机轴的轴向定位和轴向负荷，一般采用NH 型、NUP 型、NUH 型圆柱滚子轴承，或向心球轴承，还可采用组合结构（如图2，TGV 异步牵引电机轴承结构）。 采用人字形小齿轮时，人字齿轮已轴向定位，两端轴承必须都为非定位轴承，如ICE 动车异步牵引电机BAZ7096。 图1 两轴承结构的异步牵引电动机 图2非传动端采用组合轴承结构 2 轴承转速 异步牵引电动机轴承选择除考虑轴承的受力负荷外，还要着重考虑高转速和轴承电蚀这两个不利因素。 异步牵引电动机转速的限制除取决于其自身（主要是转子）的强度和刚度外，在很大程度上取决于逆变器所能提供的最高频率以及轴承的许用速度。 一般异步牵引电动机的最高转速都比较高，不少都高于轴承样本中所列的极限转速（特别是传动端），如BR120机车异步牵引电机最高工作转速（4500r/min ）为其传动端轴承（NU322）脂润滑的极限转速（轴承样本推荐2000r/min ）的2倍多，超过该轴承油润滑的极限转速（2600r/min ）的70%，也超过非传动端轴承（NJ318带角环HJ318）脂润滑时的极限转速（2800r/min ）的60% [1]。 作者简介：李进泽（ 1967—），男，1990年毕业于浙江大学电机专业，高级 工程师，首席设计师，主要从事轨道交通异步牵引电动机、石油钻机变频电机、风力发电电机的研究开发。
机车交流传动技术 一、简要的历史回顾 人所共知，机车发展按其动力来分，最早出现的是蒸汽机车，以后由蒸汽机车发展到内燃机车和电力机车。在电传动内燃机车和电力机车中，开始是直-直传动，尔后是交-直传动，70年代以后又出现要交-直-交传动，即所谓的交流传动。这种传动型式被认为是现代机车的标志，日益风靡世界。这样的发展道路是由客观规律所决定的，是历史发展的必然，是机车由低级向高级逐渐演变的必然结果。每种机车的出现和存在都是与当时的技术发展相适应的。比如随着大功率硅整流技术的出现，直-直传动很必然地被更优越的交-直传动所取代。同样，随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管（GTO）的出现和微机控制技术等的发展，交直传动很自然地被交-直-交传动所取代。 二、交流传动技术的特点和优点 人们很早地认识到交流传动的优越性。交流传动技术是一门综合技术，但其本质的特点是牵引电动机采用了交流异步电动机，其一系列的优点都是由此而表现出来的。交流传动机车所以成为现代机车发展的方向，正是由异步电动机的特点和优点所决定的。和传统的串激直流电动机驱动系统相比，交流异步电动机驱动系统的优越之处表现在机械、绝缘、耐热、耐潮、粘着、维修、效率、重量尺寸等诸多方面。 1、构造简单 异步电动机是所有电机中结构最简单的电动机，除轴承外，没有其他机械接触部分。串激直流电动机则不然，结构复杂。定子、转子都有绝缘要求很高的绕组，有换向器装置和电刷机构，磨擦部分多，接线复杂，机械转速受换向条件和机械强度的限制，只能达到2500r/min左右。而交流异步电动机转速可达4000r/min 以上，试验转速甚至可达6000r/min，这是直流电机所忘尘莫急的。 2、粘着性能好 （1）异步电动机有很硬的机械特性，所以当某电机发生空转时，随着转速的升高，转矩很快降低，具有很强的恢复粘着的能力。空转发生时，转速上升值不大，即使是同步转速，与原工作点的转速差不会超出5%以上。串激电动机则不然，转矩变化一点，转速就有很大的变化。 （2）异步电动机的工作点可以很方便地进行平滑调节，以实现最大可能的粘着利用，不会出现粘着中断情况。根据检测有关粘着控制的信号，准确、迅速地改变逆变器输出的电压和频率，寻求最佳工作点，使驱动系统既不能发生空转，又能充分发挥最大的牵引力。 （3）可实现各轴单独控制。当某台电机发生空转时，可调节该台电机，这样能充分利用机车的粘着性能。在交—直传动系统中，某轴空转时，需要使所有各轴电机卸载，这样就大大降低了机车的牵引能力。 由于上述特性和良好的控制功能，交—直流传动系统的粘着系数可以利用得很高。1992年美国铁路协会（AAR）在向四家机车制造厂提出的26台交流传动机车投标建议书中提出的粘着指标是：起动粘着系数45%，全天候牵引粘着系数是32%（GE公司在交—直传动机车上，采用“SENTRY”粘着控制装置后，全天候粘着系数是0.25~0.30）。如此之高的粘着利用，正是针对交流机传动机车所具有的良好的粘着控制而提出的，这对于交—直传动系统是不可想象的。德国四轴120型机车，可满足以往六轴机车的全部要求。 3、功率大，牵引力大 这个概念是指在其它条件大致相同的前提下，在机车结构所提供的空间条件下，可以装更大功率的异步电动机。如加拿大改造的CP4744号机车，在给定的设计空间条件下，直流电动机的功率大约被限制在600~700kW/轴。装用BBC6FRA40B异步牵引电动机，其功率可达1492kW/轴以上。正因如此，才可使机车的牵引功率大大提高。牵引功率大导致牵引力大，而又由于粘着性能好，大的牵引力能充分发挥其牵引能力。我们可以比较一下ND5型交直流传动机车和SD60MAC交流传动机车的牵引力情况：ND5机车的柴油机的标定功率为2940kW，起动牵引力为533.6kN，持续速度为22.2km/h时的持续牵引力为359.8kN；SD60MAC机车的柴油
HXN5型内燃机车交流牵引电机横装工艺探讨 【摘要】HXN5型内燃机车的牵引电动机的型号是5GEB32，与与青藏线用内燃机车的配套电机5GEB32同属于一个系列。5GEB32交流牵引电动机为铸钢机座的6极异步电动机，悬挂为滚动抱轴承鼻式悬挂方式，采用齿轮轴单边直齿传动，传动轴承采用传动齿轮箱油润滑。此类交流牵引电机一般采用竖装方式完成电机定转子的装配，本文基于直流电机的横装工艺基础之上探讨带齿轮轴的交流牵引电机的横装工艺的可行性，并在HXN5机车两年检的工艺上得到了实施验证，取得了良好的效果。 【关键词】HXN5型内燃机车；交流牵引电机；横装 1 问题的提出 2011年初南车戚墅堰机车有限公司与GE公司合作的HXN5型内燃机车开始进入二年检修程，由电机电器公司承接交流牵引电机的二年检工作。随着机车两年检项目的逐步深入，必须对牵引电机进行拆检电枢转子、更换轴承等，并再次进行组装。由于5GEB32型牵引电机是由成都机车车辆有限公司引进消化，我公司采购装车使用，因此公司当时不具备交流牵引电机的拆装能力。美国GE公司和成都机车车辆有限公司都采用的竖拆、竖装工艺，所用工艺装备制作费用高、周期长，短时间内满足不了二年检的生产需求。如电机发回成都公司检修，期间运费高，检修周期长，同时需要增加电机互换品，大大增加了检修成本。于是公司提出设想：将直流电机横装工艺推广到交流电机组装工艺上。此方法成本低，周期短，大大提高了电机的检修效率。 2 工艺分析 由于此型号的交流牵引电机转子齿轮轴为一体式结构，与以往齿轮与轴分体结构不同，因此需要解决转子横吊时必须保持水平的问题；同时还需要解决转子与定子装配时不能发生擦碰，避免定转子受损。 由于采用横装，转子零部件热套时容易发生轴向定位不到位，竖装则不纯在此问题，竖装时由于部件本身的重力因素，在加热套装后不需任何固定装置及导向结构即可保证套装到位。因此横装时需要解决零部件的轴向定位问题和套装时的导向问题。 3 解决措施 3.1 为了解决转子横吊的水平问题，从工艺角度分析了电机转子结构：由于电机齿轮与轴一体，与普通的锥面轴不同，无法通过锥度配合保证水平度。针对此问题，利用齿轮段平面作为定位基准，领用齿轮轴中心螺孔作为紧固力的受力点。最终转子的水平吊装工装及吊装图见图1、图2。