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1、交流牵引电机的结构性能分析学 生 姓 名： 张 佩学 号： 0 9 3 0 8 1 8专 业 班 级： 铁道机车车辆培训2班指 导 教 师： 王 易 平 毕业设计（论文）摘 要本文主要介绍了交流牵引电机的结构与性能，通过对牵引电机的结构剖析， 对各个组成部件的介绍，反映出不同结构电机的主要性能。交流变频牵引电机作为车辆驱动的原动机是国际上二十世纪八十年代发展起来的先进牵引技术。 它以十分显著的优良特性在德、日、法等经济发达国家迅速发展，很快取代了传统的直流牵引电机。随着交流变频调速技术的日益成熟，可以对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调速，调速范围可达1：1000，比直流调速范围更大，尤其是没有
2、了直流电机换向器的存在，因而克服了直流电机的许多弊端，交流牵引电机与直流电机相比，结构简单可靠、体积小、重量轻，更适合车辆对电机的安装空间和重量等方面的要求，更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能力强、噪声小、调速范围宽(05000r/min左右)、再生制动力巨大、可防止车轮打滑、可靠性高、维护方便、平稳舒适、节电2030%等优点，成为现代城市轨道交通牵引机车驱动电机的首选产品。为了解决直流和脉流牵引电动机的“转向”问题，有些国家已在使用晶闸管无换向器式牵引电动机和三相交流异步变频牵引电动机，并在试验以直线异步电动机为动力的磁悬浮高速车辆。晶闸管无换向器式牵引电动机是由一台同步电动机和一组
3、晶闸管逆变器组成，用晶闸管和转子位置检测器来代替直流牵引电动机的换向器和炭刷结构。这种电动机具有直流电机的优点而没有困难的“换向”问题。但晶闸管及其控制系统相当复杂，所以电子元件直接影响电动机的运行可靠性。三相交流异步变频牵引电动机结构简单，工作可靠，成本低廉，是比较理想的牵引电动机。但由于需用变频调速，它的发展和应用一度受到限制。60年代，大功率晶闸管变频装置的发展使异步电动机能够实现变频调速。现在各国已有较多机车和动车采用三相交流异步变频牵引电动机。联邦德国和日本在试验的磁悬浮高速车辆上采用直线异步电动机。它的初级绕组敷设在地面导轨上，由地面的变频电源供电以产生行波磁场，调节供电电源频率就
4、可改变磁悬浮高速车辆的速度。次级绕组就是反应板，装在车辆的构架上。初级行波磁场和次级感应电流的相互作用，不仅产生使车辆前进的推力，而且还产生磁拉力以悬浮车辆，并在制动工况时起着动力制动的作用。关键词：交流牵引电机；结构；性能- I -目 录摘 要I引 言11 交流牵引电机的结构21.1 牵引电机的简介21.2 结构特点31.3 牵引电动机的应用原理31.4 工作特性42 交流电机的结构组成52.1 定子52.2 转子62.3 轴承72.4 端盖82.5 传感器82.6 接线盒83 三交流牵引电动机103.1 三相异步电机种类103.2 三相异步电动机的工作原理103.3 旋转磁场113.5 三
5、相交流异步电动机机械特性123.6 三相异步电动机型号字母表示的含义133.7 使用133.8 优点133.9 三相异步电动机输出功率与牵引力的关系134 发展趋势15结 论17致 谢18参考文献19- II -毕业设计（论文）引 言铁路是国民经济大动脉，对巩固工农联盟，沟通城乡文化和物资交流，促进工、农业生产的发展，起着越来越重要的作用。作为现代化交通手段的铁路运输，安全正点，平稳运行，是铁路运输事业的高质量的集中体现；是“人民铁路为人民”、优质服务、铁路文明建设的重要标志；是反映路风好坏的一个重要窗口。因此，做好此项工作，是全体铁路职工的神圣职责。尤其是电力机车牵引的列车，运行速度和牵引重
6、量日益提高，确保列车的安全，具有特别重要的意义，一旦发生行车事故，不仅经济损失是巨大的，甚至可能造成不良的政治影响。铁路运输是一个高度集中的大系统，为了不断提高运输能力，防止各类事故的发生，要求铁路的各个部门，必须协调一致。只有保证这个大系统的有机统一，才能保证铁路运输的畅通无阻。事实清楚的告诉我们：一趟列车晚点，将会打乱一个区段甚至几个区段的运行秩序。这也是铁路运输事业的一个重要特点。作为机车车辆的专业学员，是铁路运输的主要技术工作人员，铁路运输任务完成质量的好坏，与我们技术要求水平的高低关系极大，因此，如何科学地使用好电力机车，充分发挥它的效能，掌握它的运行规律，以提高列车牵引重量和运行速
7、度，多拉快跑，安全正点的完成运输任务，是我们必须研究的课题。只有了解和掌握了机车的牵引性能，列车运行的一般规律和有关运用知识，才能正确操纵机车，爱护机车，合理运用机车功率，安全正点，多快好省地完成运输任务。列车操纵技术是以牵引理论为依据，在列车不同的运行条件下，因地制宜的采取合理的手柄操纵方法以及制动机的使用方法，达到安全，迅速，经济的效果。机车乘务员是直接操纵列车运行的人员。工作中稍有疏忽，就可能造成极其严重的后果。1 交流牵引电机的结构1.1 牵引电机的简介铁路干线电力机车、工矿电力机车、电力传动内燃机车和各种电动车辆（如蓄电池车、城市电车、地下铁道电动车辆）上用于牵引的电机。牵引电机包括
8、牵引电动机、牵引发电机、辅助电机等。牵引电动机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，获得广泛应用。 牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作条件：空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动;在恶劣环境中运用，雨、雪、灰沙容易侵入等。因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较
9、高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。 牵引电动机有两种悬挂方式。一种是牵引电动机和动轮轴连接的悬挂方式，称为抱轴式悬挂或半悬挂。采用这种悬挂方式时，动轮通过轨缝和道岔所产生的冲击振动会直接传给牵引电动机。抱轴式悬挂适用于结构速度低于120公里/小时的机车车辆。另一种是架承式悬挂(或称全悬挂)。采用这种悬挂方式时牵引电动机固定悬挂在转向架构架上，在牵引电动机轴端和小、大齿轮之间加入各种弹性连接元件，以减小冲击振动的影响。架承式悬挂适用于结构速度高于120公里/小时
10、的机车车辆。 在用牵引变压器降压经硅整流器或大功率晶闸管整流后供电给直流串励牵引电动机时，加在牵引电动机上的电压为脉动电压，因此这种牵引电动机称为脉流牵引电动机。大功率脉流牵引电动机的“换向”条件更加困难。此外，电动机内部还有一些附加损耗，从而引起电动机温升，因此，脉流牵引电动机在设计和结构上还要采取一定的特殊措施，以解决“换向”和温升两个突出的问题。 牵引发电机专用于电力传动内燃机车，以供给牵引电动机电力的发电机，又称主发电机。牵引发电机有直流和交流两种。直流牵引发电机直接向直流牵引电动机供电。交流牵引发电机发出的三相交流电经硅整流器整流后再向直流牵引电动机供电。交流整流电路是三相的，整流电
11、压虽然有脉动，但脉动量比较小，因此牵引电动机还被认为是一般的直流电动机。辅助电机电力机车上的辅助电机可用直流电动机，也可用三相交流异步电动机。用直流电动机作为辅助电机时，须由专用的硅整流器供电。用三相交流异步辅助电动机时，须由静止变相、变频装置或专用的旋转电机供给三相电源。这种专用的旋转电机称为劈相机，可以把单相交流电变为三相交流电。 1.2 结构特点交流牵引电机的基本结构由定子、转子、轴承、端盖，传感器、接线盒等构成。交流变频牵引电机作为车辆驱动的原动机是国际上二十世纪八十年代发展起来的先进牵引技术。 它以十分显著的优良特性在德、日、法等经济发达国家迅速发展，很快取代了传统的直流牵引电机。随
12、着交流变频调速技术的日益成熟，可以对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调速，调速范围可达1：1000，比直流调速范围更大，尤其是没有了直流电机换向器的存在，因而克服了直流电机的许多弊端，交流牵引电机与直流电机相比，结构简单可靠、体积小、重量轻，更适合车辆对电机的安装空间和重量等方面的要求，更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能力强、噪声小、调速范围宽(05000r/min左右)、再生制动力巨大、可防止车轮打滑、可靠性高、维护方便、平稳舒适、节电2030%等优点，成为现代城市轨道交通牵引机车驱动电机的首选产品。 1.3 牵引电动机的应用原理牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作
13、条件：空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动;在恶劣环境中运用，雨、雪、灰沙容易侵入等。因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。牵引电动机有两种悬挂方式。一种是牵引电动机和动轮轴连接的悬挂方式，称为抱轴式悬挂或半悬挂。采用这种悬挂方式时，动轮通过轨缝和道岔所产生的冲击振动会直接传给牵引电动机
14、。抱轴式悬挂适用于结构速度低于120公里/小时的机车车辆。另一种是架承式悬挂(或称全悬挂)。采用这种悬挂方式时牵引电动机固定悬挂在转向架构架上，在牵引电动机轴端和小、大齿轮之间加入各种弹性连接元件，以减小冲击振动的影响。架承式悬挂适用于结构速度高于120公里/小时的机车车辆。在用牵引变压器降压经硅整流器或大功率晶闸管整流后供电给直流串励牵引电动机时，加在牵引电动机上的电压为脉动电压，因此这种牵引电动机称为脉流牵引电动机。大功率脉流牵引电动机的“换向”条件更加困难。此外，电动机内部还有一些附加损耗，从而引起电动机温升，因此，脉流牵引电动机在设计和结构上还要采取一定的特殊措施，以解决“换向”和温升
15、两个突出的问题。辅助电机电力机车上的辅助电机可用直流电动机，也可用三相交流异步电动机。用直流电动机作为辅助电机时，须由专用的硅整流器供电。用三相交流异步辅助电动机时，须由静止变相、变频装置或专用的旋转电机供给三相电源。这种专用的旋转电机称为劈相机，可以把单相交流电变为三相交流电。1.4 工作特性牵引机主要与各种管材挤出生产线、焊管生产线配套，为整个机组提供夹持牵引力，并使生产线运行同步并保持平稳，应用范围广。 采用气动系统夹紧装置，夹紧压力可测、可调、可控、管材变形小；采用履带橡胶块/皮带/金属夹块，适应各种不同材料、直径和壁厚的管材；无级调速，变频控制，同步性好，运行平稳不打滑；牵引机结构简单、操作方便、使用寿命长。2 交流电机的结构组成交流电机的基本结构由定子、转子、轴承、端盖，传感器、接线盒等构成。如图2.1所示。图2.1交流电机的结构组成2.1 定子电机中固定的部分叫做定子，在其上面装设了成对的直流励磁的静止的主磁极，电动势充当旋转磁场，后产生电磁转矩进行能量转换，以定子绕组的形状与嵌装方式区分。 定子
