异步牵引电动机
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城轨车辆用异步牵引电机的轴承寿命分析与改进引言:城轨交通系统是现代城市中重要的公共交通工具之一,对于人们出行、减少交通拥堵、改善环境质量等方面具有重要作用。
而城轨车辆的牵引系统中,异步牵引电机是至关重要的组成部分之一。
然而,由于长时间运行和频繁操作,城轨车辆用异步牵引电机的轴承寿命存在一定的问题,需要进行深入的分析和改进。
1. 异步牵引电机轴承寿命的重要性及现状分析异步牵引电机轴承的寿命直接关系到城轨车辆的安全性、可靠性以及运行成本。
目前存在的问题主要体现在以下几个方面:(1)轴承故障率高:由于城轨车辆的长时间运行和大负荷工况,牵引电机的轴承容易出现疲劳、磨损、断裂等故障。
(2)维修成本高:轴承故障引发的维修成本高,包括零件更换、工时费等费用,给城轨运营企业造成了不小的经济压力。
(3)运行安全性低:轴承故障可能导致列车失去动力或轨道交通事故,对乘客安全构成潜在威胁。
2. 异步牵引电机轴承寿命分析为了分析异步牵引电机轴承寿命,需要考虑以下几个因素:(1)负荷特性:城轨车辆的负荷特性复杂,包括启动、加速、制动等工况。
牵引电机在不同负荷下工作,轴承所受力有所不同,从而影响了寿命。
(2)润滑方式:润滑方式对轴承寿命也有一定的影响。
目前的润滑方式主要有油润滑和脂润滑两种,各自有其优劣之处。
(3)安装结构:轴承的安装结构、轴承盖结构等因素也会影响轴承的使用寿命。
3. 改进措施(1)负荷分析:通过对城轨车辆运行过程中的负荷特性进行监测与分析,找出负载状况变化较大的区间,并根据不同区间调整电机控制策略,减小轴承受力。
(2)润滑改进:在润滑方式上,可以考虑使用更先进的润滑材料,如纳米润滑材料、润滑膜等,以提高润滑效果。
此外,定期检查润滑系统,确保润滑油或脂的质量和量符合要求。
(3)结构改良:改良轴承的安装结构,或使用更耐磨、耐腐蚀性能更好的材料,以增加轴承的使用寿命。
4. 寿命监测与维护为了保障城轨车辆用异步牵引电机的轴承寿命,需要建立相应的寿命监测与维护机制:(1)轴承寿命监测:通过对城轨车辆异步牵引电机轴承的工况、振动、噪声等参数进行实时监测,并结合专业的寿命模型,预测轴承的使用寿命,及时采取措施进行维护。
异步牵引电机在动车组列车加速过程中的动力学分析动车组(EMU)列车在现代铁路交通中具有重要的地位和作用。
作为一种高速电力牵引车辆,动车组列车的加速性能直接影响着行车的效率和乘客的舒适度。
在动车组列车中,异步牵引电机是常用的驱动装置之一。
本文将重点对异步牵引电机在动车组列车加速过程中的动力学进行分析。
在动车组列车的加速过程中,异步牵引电机扮演着至关重要的角色。
该电机通过电力系统获取电能并将其转化为机械能,为列车提供牵引力。
异步牵引电机原理简单、性能可靠,适用于多种运行条件。
在列车加速阶段,异步牵引电机承担着输出高功率、提供牵引力的重要任务。
动车组列车的加速过程可以视为一个控制系统的闭环过程,其中包括牵引系统、传动系统和车辆动力学等多个组成部分。
牵引系统由异步牵引电机、电力电子变流器和控制器等组成。
传动系统包括齿轮箱、联轴器和驱动轴等组件。
车辆动力学考虑了列车自身的负载特性和行车环境等因素。
在这个闭环系统中,异步牵引电机是整个加速过程的核心。
在动车组列车的加速过程中,异步牵引电机需要具备较高的输出功率和扭矩。
为了提高电机的功率密度和转矩密度,通常采用了数字控制技术、高效冷却系统和空气动力设计等手段。
电力电子变流器作为连接电网和异步牵引电机的桥梁,对电机的性能有着重要影响。
电力电子变流器通过变频控制实现对电机电流和电压的精确控制,以适应不同工况下的牵引需求。
控制器则负责协调牵引力和车辆速度之间的关系,以实现平稳加速和舒适行车。
在动车组列车加速过程中,异步牵引电机的动力学表现决定着列车的性能。
在电机的起动阶段,电机会产生较大的启动转矩,以克服列车的静摩擦力和惯性阻力。
随着速度的增加,电机输出的扭矩逐渐减小,但仍需要保持一定的功率输出,以克服列车的滚动摩擦力和空气阻力。
在设计和控制异步牵引电机时,需要综合考虑起动特性、功率密度、转矩波动等因素,以实现动车组列车的高效加速和平稳运行。
在动车组列车加速过程中,异步牵引电机还需要具备较好的过载能力和运行稳定性。
动车组异步牵引电机的结构优化设计与磁路分析动车组异步牵引电机是现代列车牵引系统中的关键部件,其结构设计的优化和磁路分析对于提高动车组的性能和效率至关重要。
本文将着重探讨动车组异步牵引电机的结构优化设计和磁路分析的相关内容。
首先,我们需要了解异步牵引电机的基本结构。
动车组异步牵引电机通常由定子、转子、轴承、绝缘材料等组成。
定子是电机的固定部分,由铸铁制成,其主要功用是产生旋转磁场。
转子是电机的旋转部分,通常由导体与屏蔽层构成,其主要功能是产生电磁感应力。
在进行结构优化设计时,需要考虑的因素有很多。
首先,我们需要考虑电机的功率输出和效率。
最大功率输出和效率可以通过调整电机的磁路设计和铁芯材料来实现。
其次,电机的负载特性也需要被考虑进去。
负载特性是指电机在实际工作环境中所受到的负载变化情况,例如启动负载和工作负载的变化。
通过优化电机的结构设计,可以实现电机在不同负载情况下的稳定运行。
另外,电机的体积和重量也是需要优化的因素。
随着现代列车的发展,对于电机的体积和重量要求越来越高。
因此,在设计过程中需要通过合理的结构设计和材料选择来降低电机的体积和重量,进而提高动车组的整体性能。
在进行磁路分析时,我们需要关注电机的磁场分布和磁通密度。
磁场分布是指电机内部磁力线分布的情况,而磁通密度则是指单位面积内的磁通量。
通过磁路分析,我们可以评估电机的磁场分布是否均匀,以及磁通密度是否过高。
如果磁场分布不均匀或磁通密度过高,可能会导致电机在运行时产生过多的热量,影响其性能和寿命。
为了进行结构优化设计和磁路分析,我们可以利用计算机辅助设计(CAD)和有限元分析(FEA)等工具。
这些工具可以帮助我们建立精确的模型,并进行仿真和分析。
通过对模型进行优化,可以得到最佳的结构设计和磁路分布。
综上所述,动车组异步牵引电机的结构优化设计和磁路分析是提高动车组性能和效率的重要环节。
通过合理的设计和分析,可以实现电机的最佳结构和磁路分布,进而提升动车组的性能和效率。
异步牵引电机在城轨车辆中的振动与故障检测引言:随着城市交通的不断发展,城轨交通系统作为城市公共交通的重要组成部分,承载着越来越多的乘客出行需求。
而在城轨车辆的运行中,异步牵引电机作为主要动力源之一,起着关键作用。
然而,由于工作环境复杂、运行负荷大、运行时间长等因素,城轨车辆中的异步牵引电机常常面临振动与故障问题。
因此,本文将就异步牵引电机在城轨车辆中的振动与故障检测进行探讨。
一、异步牵引电机的工作原理异步牵引电机是一种常用的城轨车辆动力源,其工作原理主要基于电磁感应。
当电机输入电源后,电流通过定子线圈,形成磁场。
由于感应与转子的相对运动,感应到的磁场将产生电流,从而形成转子磁场。
转子磁场与定子的磁场交互作用,产生转矩,带动车辆运行。
二、异步牵引电机的振动问题1. 振动来源城轨车辆运行过程中,异步牵引电机的振动主要来源于以下几个方面:(1)电机内部的非线性磁路导致的电磁力变化;(2)电机运行时产生的电磁振动;(3)电机系统结构、零部件的松动、变形等机械因素;(4)电机与车辆轴的传动系统的不平衡。
2. 振动影响异步牵引电机的振动问题不仅会影响车辆的舒适性,还会对车辆的安全性和持久性造成威胁。
强烈的振动不仅会导致乘客的不适,还可能加速车辆结构的疲劳破坏,甚至引发故障。
三、异步牵引电机振动的故障检测方法为了及时发现异步牵引电机的振动问题,提前做出维修和保养,需要采用有效的故障检测方法。
以下是几种常用的振动故障检测方法。
1. 加速度传感器检测法利用加速度传感器安装在电机或车辆上,实时检测电机振动信号,并通过信号处理和分析来判断电机振动是否异常。
这种方法可以实时监测振动情况,并通过与预设阈值进行比较来判断是否存在故障。
2. 频谱分析法频谱分析法是一种通过分析振动信号的频谱来判断是否存在故障的方法。
通过采集振动信号,并将其转换为频谱图,可以清晰地看到信号中各个频率成分的特征。
通过对比正常和异常状态下的频谱图,可以发现异常频率分量,进而判断电机是否存在故障。
异步牵引电机在城轨车辆中的冷却系统设计随着城市交通的发展和城市人口的不断增加,城轨交通系统在城市交通中扮演着越来越重要的角色。
异步牵引电机作为城轨车辆的关键部件之一,在提供动力和牵引力方面起着举足轻重的作用。
然而,由于其工作过程中产生的热量较高,必须设计合理的冷却系统来确保其正常运行和延长使用寿命。
在城轨车辆中,异步牵引电机通常安装在车辆的车轴上,直接与动力传动装置相连。
电机通过电力系统提供的能量将车辆推动或制动。
在工作过程中,电机内部会产生大量热量。
如果不进行冷却处理,电机温度升高可能会导致电机故障,甚至引发严重事故。
为了解决这一问题,必须设计一个有效的冷却系统来降低电机的温度。
冷却系统的设计应该满足以下几个关键要求。
首先,冷却系统必须能够有效地降低电机的温度,并保持在可接受的范围内。
过高的温度将导致电机绕组的绝缘老化和电机零部件的损坏,从而影响电机的性能和寿命。
因此,设计冷却系统时需要考虑电机的功率、转速和负载等因素,以确定所需的冷却量和冷却方式。
其次,冷却系统的设计应具有高效性和可靠性。
城轨车辆的牵引电机通常需要长时间连续工作,甚至在高温环境下运行。
因此,冷却系统必须能够在各种工况下稳定可靠地工作,确保电机的冷却效果不受外界环境和工况的影响。
同时,冷却系统设计还应考虑到城轨车辆的安全性和舒适性。
冷却系统应当采用无噪音、无振动和无污染的方式来降低电机温度,以确保乘客乘坐过程的舒适性和安全性。
根据以上要求,设计冷却系统可以采用多种方式。
首先,可以采用风冷方式。
通过在电机的外壳和转子上设立风道,利用风扇将空气引入电机内部,通过自然对流或强制对流的方式进行散热。
这种方式简单、成本低、易于维护,并且可以在各种工况下保持稳定的冷却效果。
然而,风冷方式在散热效果和冷却能力上可能存在一定限制。
其次,可以采用水冷方式。
水冷方式利用水循环系统将冷却剂引入电机内部,通过换热器对电机进行冷却。
水冷方式具有散热效果好、冷却能力强的特点,可以应对高温环境下的长时间工作。
交流异步牵引电机控制策略一、背景介绍异步牵引电机广泛应用于轨道交通领域,其控制策略的研究一直是轨道交通研究的重点之一。
传统的控制策略主要采用定转子电压/定转子电流控制方式,但存在效率低、调速范围窄等问题。
为了克服这些问题,近年来出现了许多新型控制策略,其中异步牵引电机的异步矢量控制策略和直接转矩控制策略得到了广泛应用。
二、异步矢量控制策略1. 控制原理异步矢量控制是基于电机空间矢量理论的一种高级控制技术。
该技术通过对电机空间矢量进行精确测量和计算,并根据所得到的结果对电机进行精确的调节,从而实现对电机运动状态的精确控制。
2. 控制方法(1)转速闭环调节法该方法通过对电机转速进行闭环调节,使得输出扭矩达到期望值,并保证输出功率不变。
具体实现过程为:首先通过测量电机输出功率和功率因数,计算出电机的转速和扭矩;然后将所得到的转速和扭矩值与期望值进行比较,从而得到误差信号;最后通过闭环控制器对误差信号进行处理,调节电机控制信号,从而实现对电机输出扭矩的精确控制。
(2)直接转矩控制法该方法是一种基于空间矢量理论的高级控制技术,通过对电机空间矢量进行精确测量和计算,并根据所得到的结果对电机进行精确的调节,从而实现对电机运动状态的精确控制。
具体实现过程为:首先通过测量电机输出功率和功率因数,计算出电机的转速和扭矩;然后将所得到的转速和扭矩值与期望值进行比较,从而得到误差信号;最后通过闭环控制器对误差信号进行处理,调节电机控制信号,从而实现对电机输出扭矩的精确控制。
三、直接转矩控制策略1. 控制原理直接转矩控制是一种基于空间矢量理论的高级控制技术。
该技术通过对电机空间矢量进行精确测量和计算,并根据所得到的结果对电机进行精确的调节,从而实现对电机运动状态的精确控制。
2. 控制方法(1)矢量控制法该方法通过对电机空间矢量进行精确测量和计算,并根据所得到的结果对电机进行精确的调节,从而实现对电机运动状态的精确控制。
具体实现过程为:首先通过测量电机输出功率和功率因数,计算出电机的转速和扭矩;然后将所得到的转速和扭矩值与期望值进行比较,从而得到误差信号;最后通过闭环控制器对误差信号进行处理,调节电机控制信号,从而实现对电机输出扭矩的精确控制。
CRH型动车组牵引电动机概述CRH型动车组采用的牵引电动机是三相异步电动机,其结构由定子和转子两部分组成,定子上绕有三组对称的绕组,通过滚动轴承支撑并安装在车底的电头上。
牵引电动机的主要功能是转换电能为机械能,提供牵引力,驱动列车行驶。
在CRH型动车组中,每节车厢通常装配有两个电动机,通过在车轴上的连轴器与车出传动装置相连。
每个电动机由一个交流电源供电,通过牵引变流器将交流电转换为直流电,并通过直流电控制器进行控制。
当列车需要加速时,电动机输出最大功率,提供最大的牵引力。
当列车需要减速或停止时,电动机转为发电制动模式,将储存在电动机中的动能通过逆变器送回给电网,实现能量回收,提高能源利用效率。
牵引电动机采用了先进的无刷电机技术,具有高效率、高性能和可靠性等优点。
与传统的刷式电机相比,无刷电机无刷片和刷环,减少了摩擦和磨损,提高了寿命。
同时,无刷电机的转子是由永磁体和铁芯组成,具有较高的磁感应强度,使得电动机的功率密度更高,能够在较小的空间内提供更大的输出功率。
此外,无刷电机还具有快速响应的特点,可以迅速调整转速和扭矩,满足列车启动、加速、减速等不同工况的需求。
CRH型动车组的牵引电动机还配备了高性能的控制系统,实现对电动机的精确控制和调节。
电动机控制系统采用了现代化的控制算法和高灵敏度的传感器,通过检测列车运行状态、速度、负载等参数,实时调整电动机的转速和转矩,使动车组在不同的路况下保持平稳、高效的运行。
此外,控制系统还具备故障检测和保护功能,一旦发现异常情况,可以通过自动切除电源、发出警报等措施,保证列车和乘客的安全。
总之,CRH型动车组的牵引电动机是一种高性能、高效率、可靠性和安全性俱佳的装置。
它通过转换电能提供牵引力,驱动列车行驶,并在列车减速和停止时实现能量回收。
牵引电动机采用了无刷电机技术和先进的控制系统,使得动车组在不同的工况下保持稳定和高效的运行。
这些先进的技术和装置的应用,为CRH型动车组提供了卓越的性能和舒适的乘坐体验。
动车组异步牵引电机的采用与安装要点分析近年来,随着中国高铁网络的迅速发展,动车组异步牵引电机在高速铁路应用中扮演着至关重要的角色。
本文将对动车组异步牵引电机的采用与安装要点进行分析,并探讨其在高速铁路系统中的作用。
在高速铁路系统中,动车组异步牵引电机是提供高速列车运行动力的核心装置。
采用异步牵引电机的主要原因是其具备高效、稳定的性能特点,适应高速列车的运行要求。
异步牵引电机的工作原理是通过电磁感应来实现能量转换,将电能转化为机械能。
因此,动车组异步牵引电机的采用成为高速列车可靠运行的重要前提。
对于动车组异步牵引电机的选择,首先要考虑的是其功率和性能参数。
根据列车的设计速度和牵引负荷需求,选择适当的电机功率是至关重要的。
同时,还要考虑电机的效率、转矩特性以及响应速度等指标,以确保其能够满足高速列车的动力需求。
在安装方面,动车组异步牵引电机的安装位置和方式会影响其性能和运行效果。
一般来说,电机会安装在车厢的转向架上,通过齿轮传动与车轮相连。
这种安装方式可以最大程度地减小电机与车轮之间的传递损耗,提高动力传递效率。
另外,为了避免电机在运行过程中产生过多的振动和噪音,可以采用减振隔振措施,如采用橡胶垫、减震悬挂等。
同时,在电机的冷却方面也需要重视。
高速列车的运行工况要求电机能够长时间稳定工作,因此要保证电机的散热效果。
一种常见的做法是将电机与车辆的空调系统结合起来,利用车辆的空气流动来进行电机的冷却。
此外,还可以通过在电机周围设置散热片或风扇等冷却装置来提高散热效果,确保电机的温度不过高,以避免损坏和影响运行。
除了采用与安装要点外,维护和保养动车组异步牵引电机也是至关重要的。
定期检查电机的绝缘状况、轴承的润滑情况以及齿轮的磨损情况,对于提前发现和解决潜在问题具有重要意义。
在电机出现故障时,要及时进行维修或更换,以保证其正常运行,并避免对列车运营造成不必要的延误。
综上所述,动车组异步牵引电机的采用与安装要点分析是确保高速列车运行安全、高效的重要环节。
异步牵引电动机工作原理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=4K1f NsKdp1φ电磁转矩 Tem =CφIrCOS?n 1: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;Kdp1:绕组系数;φ:磁通;Tem:电磁转矩; C:常数;Ir: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。
异步牵引电动机工作原理异步牵引电动机,也称为交流电动机,是一种常见的电动机类型,广泛应用于工业领域中的电力驱动系统。
它的工作原理是利用电动机中的异步转子和同步转子之间的相对运动产生扭矩,从而使电机能够进行工作。
1. 电动机结构异步牵引电动机由定子和转子两部分组成。
定子是电动机的外部部分,通常采用三相绕组,它通过定子绕组的磁场来与转子进行耦合。
转子则是电动机的内部部分,通常由铁芯和绕组组成,转子的绕组与定子的磁场产生相互作用,从而实现电动机的工作。
2. 工作原理异步牵引电动机的工作原理是基于电磁感应和磁场耦合的原理。
当电动机接通电源后,定子绕组中流过交流电,产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场由三相电流产生,每个相位之间存在120度的位移,形成一个旋转磁场。
在电动机的转子中,由于定子磁场的旋转,转子会受到旋转磁场的影响而转动。
但由于转子中的绕组是闭环的,所以有自感电动势,使得转子绕组中产生了电流。
这个电流产生了一个与旋转磁场相反的磁场,从而与定子的磁场进行抵消。
由于反向磁场的存在,转子无法跟随旋转磁场的运动,而产生一个滑转。
滑转是异步牵引电动机工作的关键,它产生了负载扭矩。
当负载扭矩存在时,转子的转速将慢于旋转磁场的速度,从而保持磁场之间的相对运动。
这种相对运动使得转子受到旋转磁场的推动,产生了扭矩,驱动机械设备进行工作。
3. 特点与应用异步牵引电动机具有以下几个特点:(1)启动转矩大:由于滑转和磁场互作用的原因,异步牵引电动机在启动时能产生较大的转矩,可以启动和驱动较重的负载。
(2)结构简单:相比于其他类型的电动机,异步牵引电动机的结构相对简单,制造成本较低,维护和保养也相对容易。
(3)效率高:异步牵引电动机的效率通常较高,能够将电能有效地转化为机械能。
异步牵引电动机被广泛应用于许多领域,例如制造业、冶金工业、矿业以及交通运输等。
它在提供驱动力、运输物料和控制设备中起到至关重要的作用。
从起重机、电梯到工业生产线上的传动装置,异步牵引电动机都能够提供可靠的动力支持。
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 ns=f2/f1=(n1-n)/n1n=(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(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 11.5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):DA 2Lfe∝Mn1.7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P1=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 1P 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Ik =U/(kX1+kX2’)当输出电压为方波时:谐波电压:Uk =U1/kU1: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ZC ,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ULL 。
同时该电压在电机绕组内部分布不均匀,在前几匝的电压UK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;(2).由于开始几匝线圈的电压很高(比如:当某一电机由IGBT逆变器供电时,第一匝线圈的电压可到450V,而电机由正弦波供电时,只有36V),如此高的电压,会产生游离放电(电晕),对匝间绝缘产生很大的影响。
3.2.2.3轴电压轴电压产生的原因(1).由于电机在制造原因,电机磁路不对称(2).由于逆变器供电,电压本身不对称因此,在电机机座、端盖、轴承、转轴之间存在一电流回路,其间有轴电压存在。
即:在轴承上会有电流流过,对轴承产生电腐蚀,从而影响轴承寿命。
措施:采用绝缘轴承逆变器的输出对电机的容量、性能影响很大因此在IEC60349-2、IEC61287-1中规定:变流器设计者须将逆变器的输出特性通知电机设计者。
同时也规定:在进行试验时,所用逆变器的输出特性与实际所采用的逆变器的输出特性一致或相似。
变流器控制的一大努力方向是:减少变流器输出对电机的影响(b).转差率S控制系统电机转差率S越大,电机特性越硬,系统越稳定并联供电系统为了均衡并联的各电机之间的负荷,要求转差率较大但是P CU2=SP em过大的S使得转子损耗过大,由此造成转子和轴承温度过高,同时过大的S影响电机的效率。
(C).漏抗控制系统电机漏抗越高,系统越稳定,尖峰电流越小。
抑制电机谐波损耗I k=U/(kX1+kX2’) ∑P∝I k*I k电机漏抗越高,电机的谐波电流和谐波损耗越低。
但是在恒功最高转速处电机的最大转矩倍数为:T MAX=M MAX/M M∝U12/(Lσf1max2)因此当逆变器输出特性一定、车辆的牵引特性一定时,电机的漏抗就确定了。
进入方波频率对电机与逆变器的影响电机的恒功比K C =n max ‘/n N =K CM K CV恒功恒压比K CV =n max ‘/n V升压恒功比K CM =n V /n N电动机有效部分体积D a 2L a ∝M 1/(B δA 1)异步牵引电动机的折合转矩M 1= K CV M N逆变器的最大电流I MAX = K 1K CM M ST /M N P N /(U 1COS φη)逆变器的容积功率P i = K 1K CM M ST /M N P N / η其中:K1=0.8-0.9,为功率因数系数当K CV =1时,为最大逆变器最小电机方案。
当K CM =1时,为最小电机最大逆变器方案。
3.3 与机械部分相匹配特点1:安装空间和重量受到限制由于电机安装在转向架上,轴向尺寸受轨距及传动装置的限制径向尺寸受动轮直径及车体高度的限制传动比与中心距传动比:i=Z1/Z2中心距:D0=m(Z1+Z2)+m’电机的尺寸必须满足轴向和径向尺寸的限制要求与机械部分相匹配---传动和悬挂特点2:电机安装在车上,运行时电机处于严重的冲击及负荷频繁变化。
牵引力的传递方式和悬挂方式对电机的冲击和振动影响很大传动:牵引电动机的转矩如何传到车轮上悬挂:电动如何安装在车上与机械部分相匹配---悬挂一系悬挂二系悬挂与机械部分相匹配---悬挂抱轴悬挂(半悬挂)全悬挂z架承式z全体悬式z半体悬式抱轴悬挂牵引电机一侧通过抱轴抱合在车轴上,另一侧与构架弹性连接。
就垂向性能而言,大齿轮的全部重量以及牵引电机月一半重量为簧下重量。
就横向性能而言,整个驱动装置均为簧下重量。
优点:结构简单,检修方便,悬挂装置成本低。
缺点:簧下重量大,给轨道的冲击力大。
同时轨大所产生的冲击直接传到电机上。
SS7、DF4等采用该悬挂。
其最高运行速度为120km/h。
抱轴悬挂(半悬挂)架悬式与抱轴悬挂的区别为:抱轴承抱在轮对空心轴上。
牵引电机固定在转向架的构架上,牵引电机属于一系簧上重量。
牵引电机两边都是通过弹性支承悬挂的,轮对的冲击传递给电动机有所减小。
SS8、DF11、蓝箭、奥星采用该悬挂方式最高运行速度160-180km/h。
轮对空心轴传动(架悬式)轮对空心轴传动(架悬式SS8)架悬式——直接联轴节全悬挂牵引电机机座一侧上方伸出期限悬臂,下方有一支承,均通过螺钉弹性地固定在转向架的横梁上。
电机的转矩通过联轴器传递到齿轮箱。
优点:结构简单缺点:联轴器占用较大的轴向尺寸,联轴器传递的转矩有限。
主要用于地铁,动力分散的动车上。
中原之星、国产地铁列车采用这种传动方式。
全体悬牵引电动机安装在车体底架上,弹性元件多用万向轴代替。
驱动装置属于二系悬挂簧上重量。
运行速度200km/h以上。
其多用于高速动力车,如TGV。
半体悬半体悬驱动装置一侧吊在构架上,另一侧挂在车体上。
驱动装置的2/3属于二系簧上重量。
运行速度200km/h以上。
实例:ICE、中华之星轮对空心轴传动(体悬式---ICE)3.4并联供电z各电机参数不一致z轮径差各电机之间参数不一致定子电阻小定子电感小转子漏感较小转子电阻大轮径偏差对电机转矩、电流的影响大大小小轮径小小小大大轮径大转矩电流转矩电流制动工况牵引工况轮径偏差对电机温升的影响——在牵引工况与制动工况,轮径偏差对电流、转矩影响相反。
——轮径大的电流大→温升升高→转子电阻增大→同一转差率的转矩、电流减小→温升降低机车:牵引占主导,轮径偏差对电机温升影响较大s’=s+ΔD/D(n-1)/n (IEC61377)地铁车辆:牵引、制动所占比例相近,轮径偏差对电机温升影响较小4.异步牵引电动机牵引性能和主要技术经济指标4.1牵引性能指标最大转矩(最大电流)额定转矩额定转速额定功率恒功范围IEC60349-2、GB7554.2主要技术经济指标单位重量的转矩M N/G单位重量的计算转矩M1/G(1).最大功率:指电机在较短时间内所能发挥的功率(2).持续定额以及持续功率:在该工况下电机能长时运行。
主要取决于电机的散热能力,其与通风系统有很大的关系。
(3).小时功率定额以及小时功率,在该工况下电机能运行1小时。
除与散热能力外,还与电机的热容量有关。
持续功率与小时功率之比为通风系数K B =P ∞/P H对于自通风电机,K B =0.7-0.85。