交流异步电机原理与结构(钟幼康)

1、交流异步电机原理及结构 北车集团永济电机厂 钟幼康第一节：交流电机概术 交流异步电机是交流旋转电机的一种，另一种为交流同步电机。 按电机转子结构形式的不同，交流异步电机分为鼠笼式、绕线式和整流子式。交流同步电机分为凸极式和隐极式。 交流异步电机既可作为电动机使用也可作为发电机和电磁制动器使用。与同步电机不同，交流异步电机的定子磁场旋转速度与转子旋转的速度不同。 当电动机运行时，电机转子旋转速度小于定子旋转磁场的速度，即术语转差率为正； 当发电机运行时则相反，转子旋转速度大于定子磁场旋转速度，即转差率为负； 当制动机运行时，转子旋转方向与定子磁场旋转方向相反，即转差率大于1。 当异步电机定子旋转

2、磁场的速度与转子旋转速度相等时，即转差率为0时，由于转子感应不出电势将不产生力矩，也就不产生功率。 正因为这种电机在有功率产生时定子旋转磁场速度与转子旋转速度始终不一，故称其为异步电机。第二节：交流电机的基本原理 一、同步电机的基本工作原理 以发电机为例来说明。交流电机和直流电机相同，也由定子和转子两部分组成，定、转子之间由气隙。如图所示定子上有A、B、C三相绕组（绝大多数交流电机为三相，故我们的讲座均以定子为三相且相间在空间上彼此相差120°电角度来说）,每相绕组的匝数认为相同。转子磁极上装有通入直流电的励磁绕组，通电的励磁绕组产生磁通（根据电流流向不同，产生N极、S极）。在电机中

3、，磁通从转子N极流出，经过气隙、定子铁芯、气隙，进入转子S极而构成闭合回路。当用原动机拖动发电机的转子恒速旋转时，根据电磁感应原理，旋转的磁力线将切割定子绕组中的导体，从而在定子导体中就会感应出交变电势（交变是因为磁力线是由N最大0S最大0N最大交变），故感应的电势也就随着磁力线的强弱而出现高低变化。设磁极磁场的气隙磁密沿圆周按正弦规律分布，则导体感应的电势也就随着时间按正弦规律变化，即： 感应电势 eBa·l·v=Bm·l·v·Sint=Em·Sint 式中： Em=Bm·l·v 是导体电势的最大值； Ba 为导

4、体所在处的磁密； Bm 为正弦波磁密的最大值； l 为被磁力线切割的导体长度； v 为磁力线切割导体的线速度，即转子旋转速度； =2f 为感应的电势的交变角频率，其中：f为感应的电势频率(单位Hz)，fp·n/60。p：转子磁极对数；n：转子旋转速度 r/min。 前面所述，三相电机三相绕组在空间互差120°，则在磁力线切割时，三相绕组中感应的电势其幅值Em，角频率均相等，只是在初始时间相位上，顺差120°。前面的图感应电势的顺序为A、B、C。 设A相初始相位角为0，则三相电势表达式为： EAEmSint EBEmSin(t-120°) ECEmSin(

5、t-240°)将三相电势画在同一图上，见图。从电势图看，任何一个瞬间，三相电势叠加值为0，现我们分析计算式： EA+EB+EC=EmSint+Em(SintCos120°CostSin120°)+Em(SintCos240°Cost Sin240°) =EmSint+Em(-1/2*Sint/2*Cost )+Em(-1/2* Sint+/2* Cost ) 0 所以，当三相电机采用Y型（或称星型）连接时从中心点引出的中心线上电位为0，中心线上没有电流流过。二、异步电机的基本工作原理 异步电机定子与同步电机一样，在圆周均布嵌放定子绕组，但转子结

6、构不同。同步电机转子必须通电，且是直流电，异步电机就不同。 在鼠笼式异步电机中，转子槽内有导体，导体两端用短路环连接起来，形成一个闭合的绕组。这种转子无需（也无法）通入电流，转子中的电流是靠定子感应到转子上的电势，在闭合的导体回路中形成的。 在工程中，鼠笼式转子的闭合回路有两种形式，一种是传统的，也是一般民用电机所常用的，槽内导体与两端端环用铝铸为一体，由于铝的导电率低，而且耐热能力也差，所以不适用于要求结构紧凑，转子电流大的场合；另一种是槽内导体和两端端环均为铜或铜合金，两者之间用焊接方式将他们连在一起。 在绕线式异步电机中，转子绕组与定子绕组相似，也是嵌线式的。嵌线后联成三相，再根据需要联

7、成Y或。绕线式转子中通入的电流为三相交流电。 当定子绕组加上对称的三相交流电后，定子三相绕组中就有对称的三相电流通过，它们联合产生一个定子旋转磁场（如图所示）这个旋转磁场将以与输入的电源频率成正比的速度n1（称为同步转速）旋转，则它的磁力线切割转子导体而感应电势（左右手法则）。在该电势的作用下，转子导体内便有电流通过，电流的有功分量与电势同相位。于是，由电磁力定律可知，转子导体与旋转磁场相互作用使转子导体受到电磁力f，在该电磁力的作用下，电动机转子就转动起来，其转向与旋转磁场的方向相同。这时，如果在转子轴上加上机械负载，电动机就拖动机械负载旋转，输出机械功率。也就是说，电动机把电能转变成了机械

8、能。 换向器式电机是绕线式转子的特殊型式。它的转子也需要嵌线，嵌完线后联在换向器上。这是一种特殊用途的异步电动机。我们在此不作分析。第三节：交流电机绕组及电势形成 不论直流电机还是交流电机，在交流电机中不论是同步电机还是异步电机都需要有绕组。电机绕组是电能转换成机械能的电动机和机械能转换成电能的发电机的核心元件。 本节我们讲交流电机的绕组及电势形成 对交流绕组要求：1、在有限导体数下，获得较大的基波电势。 基波：感应电势波的频率与电源波的频率相等的波。由于定转子均有槽，制造过程中电机气隙也不可能完全相等，所以在感应的电势中，获得的波形不只有与电源频率相等的电势波，还有比此频率较高次的波，但由于

9、这些高次谐波不产生有用的转矩（或功率），只会产生脉振转矩和使电机发热等有害作用，故应抑制这些波。2、三相绕组的基波应对称，并且阻抗要求相等。 如上所述，只有基波能产生有用的转矩（或功率），所以要求对基波对称才能产生对称、稳定的转矩（或功率）。3、电势和磁势波形力求接近正弦。 如上所述，其他波不产生有用转矩。 4、用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠。 用铜少有利于降低成本，性能可靠是使用的必然要求。交流电机的绕组形式很多，最主要的是双层、每极每相整数槽、短距叠绕组。 双层：一个铁芯槽中有上下二层。二层线圈不属于同一绕组。 每极每相槽数：将一台电枢的槽数分成每极下的槽数，再分成每相下的槽数， 表达式

10、为：qZ1/（2·P·m） q：每极每相槽数 Z1：定子槽数 P：电机极对数，2P为极数。 m：绕组相数 因为每极每相槽数在电机设计中是一个很重要的参数，所以此数比较关键。希望此数为整数，不但使设计方便，对嵌线也很有利。 短距：根据绕组嵌放在定子铁芯槽内的位置，分为长距、整距和短距。将两个槽内的绕组产生感应电势幅值相同，电位角差180°（即正好反向）的两槽称为整距；绕组上下层间槽距差小于整距的称为短距绕组；大于整距槽数的称为长距。由于在有多个绕组串联的情况下，整距存在一定问题。长距与短距作用相同，但长距用铜量大，故一般电机用短距。 叠绕组：绕组的一种形式。这种绕组

11、制造和存放比较方便，通常采用。对于双层绕组还有波绕组，对于单层有等元件式绕组、交叉式绕组和同心式绕组等等。 绕组电势的产生： 在发电机中，当磁场旋转切割定子绕组时，就在各定子绕组中感应出电势。将各电势用矢量表示（矢量：既有幅值又带有方向性的一个量）画成槽电势星形图如下。（下图为36槽，2对极电机） 下面介绍空间角度和电角度的概念空间角度：嵌放绕组的冲片，相邻槽间所形成的几何角度； 电角度：几何上相邻的二个槽，感应出的电势的角度差。 对于本例电机，每槽之间在空间上相差360°/36=10 °；而在电气上，由于每对极为360°电角度， 2对极就为2×360&

12、#176;720 °，所以每槽所占的电角度为720 °/36 =20 °。在研究绕组电势时，是用绕组所在的电角度表示而不用空间角度表示。单个绕组感应的电势为： Ey1=4.44·c·Ky1·f·1 c： 单个线圈的匝数； Ky1： 短距系数； f： 电源频率； 1： 每极磁通由多个绕组串联成相后，相电势为： E=4.44··K1·f·1 ： 每相绕组串联的总匝数 K1= Ky1 ·K q1 ，称为绕组系数 其中Ky1如上所述，Kq1为绕组分布系数。 从相电势的表达式看，感应电

13、势的值与串联的绕组匝数、反映绕组嵌放情况的绕组系数、电源频率、每极磁通成正比。 当电机的输入电源确定后，电机内部反映电负荷的绕组匝数与反映磁负荷的每极磁通间成反比。电机每相绕组串联匝数多，内部磁通就小，每相绕组串联匝数少，内部磁通就大。所以，一台电机既要结构小重量轻经济性好，又要有好的运行性能，必须合理选择绕组匝数，使电机的结构、性能和经济性达到完美配合。第四节 异步电机的基本结构和运行状态一、 异步电机的基本结构 如前所述，异步电机主要由定子、转子和两端端盖组成。异步电机分为鼠笼式、绕线式和换向器式，鼠笼式最为通用。(一)异步电机的定子 定子主要由三部分组成：定子铁芯、定子机座和定子线圈。但

14、是在有些场合（比如作为机车牵引电机的异步电机），定子没有专门独立的机座。定子机座和定子铁芯合为一体。 机座的主要作用是固定和支撑，因此要求有足够的机械强度和刚度。机座一般采用铸件，也有用钢板焊接的结构。采用铸件时，铁芯紧贴机座内侧。铁芯上的热由机座散发，为此在机座外表铸有散热筋以增加散热面积。铸造用材料一般为球墨铸铁（QT）。对于较大功率的电机，一般采用焊接机座，焊接机座在外罩内部焊有筋板、铁芯与筋板配合。筋板间隙为通风槽，铁芯上的热不是通过机座传导散出，而是通过循环风散出。 定子铁芯是电机磁路的一部分和嵌放绕组的地方。为了减少旋转磁场在铁芯中的损耗，定子铁芯一般采用导磁性能良好和铁损小的薄软

15、磁材料（一般用0.5厚冷轧硅钢片）叠压而成。冲片叠压后两端加压圈，用扣片扣紧或用拉板点焊拉紧。当铁芯较长时，为防止铁芯中部因散热不畅而发热，在铁芯轴向上设置若干个径向通风槽。 定子线圈：用铜导体或铝导体制成。一个线圈一般有多匝绕制而成，若用成形硬导体绕制，则有时在匝间还垫放绝缘，对于软的散绕组一般没有匝间绝缘。线圈成好形后再绕包对地绝缘。（二）异步电机的转子： 由转子铁芯和转子绕组组成。 转子铁芯中间有转轴，轴上套有转子压板和转子冲片。转子铁芯也是电机磁路的一部分，也需要用导磁性好和损耗低的软磁材料，所以异步电机的转子冲片均用定子冲片的内圆的材料制成。 转子绕组有鼠笼式和绕线式两种，鼠笼式有导

16、体-端环焊接式和整体铸铝式。绕线式转子与定子相似在槽内嵌放绕组，将绕组连成三相。 异步电机中还有一个重要区域（这里说是区域而非部件）就是气隙。气隙是电机定子内径与转子外径间形成的圆环区域。这个区域的大小（或气隙的大小）将对电机产生极大的影响。电机的各项性能均与气隙大小有关，设计时是一个重要参数。（三）其它部件：组成异步电机的部件还有轴承、端盖等。轴承在电机中也是一个重要的部件，各种运行环境需要各种特性的轴承。对于运行于高速的场合，一般负荷不会太大，则需要使用窄系列的圆柱轴承或球轴承等；对于使用于转速要求不太高，但负荷较大的场合，则需要使用宽系列圆柱轴承，甚至需要使用双列滚子轴承。对于对电气要求

17、比较高的场合，有时还需要使用绝缘轴承。二、异步电机的三种运行状态 在概述中，我们已经讲过，根据转子与定子旋转速度的关系，异步电机有三种运行状态，我们用转差率S来表述： S（n1-n2）/n1 n1：定子旋转磁场速度，或称电机的同步转速 n2：转子旋转的速度（一）当电动机运行时：定子旋转磁场牵动转子转动。 起动时，转子转速n2 0，则S（n1-0）/ n11； 当理论空载时，转子转速与定子旋转磁场转速相等 S（n1-n2）/n10； 所以，在电动机状态时。转子转差率0 S 1（因为S=0不可能）（二）当发电机运行时：转子在外界原动力的拖动下旋转，在定子绕组中感应出电势。感应电势频率折合的速度低于

18、原动机速度， 即n1 n2，S（n1-n2）/n1 0。（三）当电磁制动器运行时：在电动机状态运行时若先将供电电源降为零，再将三相中其中二相进行对换，再加上电源时，原电动机就成为了一个电磁制动器。这时，转子转向与定子旋转磁场转向相反， 即S（n1-n2）/n11。 所以以转差率为数轴，异步电机三种运行状态为三、异步电机的等值电路 异步电动机说通俗一点是一台旋转的变压器，将异步电机与变压器的基本方程式比较如下：  异步电机 变压器定子电压 转子感应电压（折合到定子边） 总电流 感应电势 由上表可知：两者只有代表机械负载的电阻不一样，异步电机为一个纯电阻(1-S)/S 

19、3;r2 ，变压器是一个表示副边负载的阻抗ZL(由电阻和电抗叠加)。其它相同。 公式中字母上头“·”表示该量是一个矢量，具有方向性。 异步电动机折合成等效电路可以有几种形式，一种为“T”形，一种为“”形。 “T”形等效电路如下    上图中：Z1=R1+X1 代表定子本身的阻抗； Zm=Rm+Xm 代表励磁阻抗 Z2X2+Rs 代表转子折合到定子侧的阻抗 Rs(1-S)/S ·r2 代表输出负载折合到定子侧的电阻 “”形等效电路图如下： 有了等效电路，在分析的电机电磁、机械负载等各项性能时，就变成分析一个电路，而电路中的各个量都可以通过试验来获得，显得非

20、常简单。 四、异步电机的工作特性（一）转矩特性 由上述“”形等效电路可知 式中，11+Z1/Zm是一个复变量，是一个校正系数。经过一系列计算，得电机电磁转矩为 由此可知，电机的电磁转矩与电源外施电压、电源频率有关，与电机本身的结构参数有关，还与转子转差率（即负载大小）有关，当电机运行在固定电压、固定频率的工业电网中时，对于一台制成的电机，电机本身的结构参数已定，这样，电磁转矩仅与负载大小即转差率S有关。Mem与S的关系曲线为 由图可知： 对应于电动机状态和发电机状态，转矩曲线是近似对称的，对称点为S=0，即转子转速为同步转速点。 电磁转矩有一个峰值，不论当发电机运行还是当电动机运行，负载都不能

21、大于此峰值。若大于此峰值，电机运行将出现颠覆，即自动改变运行状态，这是非常危险的。 注意：这是在工业电网下电机运行的转矩特性，是一种自然的、不控制特性。我们机车上运行的电机，是在受控状态下运行，转矩特性与此有很大不同。我们将在后面讲述。 上面说过，电磁转矩有一峰值。下列我们来计算一下峰值发生点的转差率Sm和峰值Mmax的大小。 用数学方法，将转矩Mem对S求dMem/ds，并令其为0，则 由此可知，发生转矩峰值的转差率有2个。这与曲线吻合，“+”点发生在电动机状态。“”点发生在发电机状态。由此知，产生最大转矩时的转差值 Sm仅与电机结构参数有关，与外施电源无关。 在Sm点，电磁转矩Mem达到最

22、大Mmax 与Sm一样，“+”代表电动机，“”代表发电机。由于分母中r1前带有“±”，故发电机时分母稍小些，转矩最大值较电动机时稍大些。从Mmax的表达式知： 电磁转矩最大值与外施电压U有关，且与U2成正比。因此当电源电压过低，使Mmax小于负载要求的最大扭矩时，将发生停车故障。 电磁转矩最大值与转子电阻r2 无关。但因为Sm与r2成正比。所以增加r2 （对绕线式转子可串入电阻）可使Sm增大。使Mmax发生的位置出现移动。有时通过控制可利用这一特点，使电机满足使用需求。 一般异步电机中r1（x1+x2 ），(“”表示远小于，则在Mmax公式中忽略r1后，Mmax与x1+x2 成反比，

23、即Mmax与定转子漏抗和成反比。了解这点对电机设计很重要，要想使电机有大的Mmax，则应尽可能使漏抗设计得小一些。 从公式看，Mmax正比于电机极对数P，反比于电源频率f1。这可以这样理解，对于极对数P：一对极产生一个转矩，电机中有多对极当然会产生多倍的组合转矩。对于频率f：因为f代表转速。一定功率的电机转矩当然与转速是成反比的。 再次强调，这是运行在工业电网下的电机转矩特性。这个特性对于牵引机车的牵引电动机是极不适用的。牵引电动机一般要求在机车起动时有最大的转矩，因为克服列车的静摩擦力所需的转矩大于克服运行期间的动摩擦力所需转矩。 一台电机要可靠带动负载必须：有长时承载能力；能快速起动；可承

24、受短时一定量的突增负载。几个述语 ： 额定转矩我们把具有电机长时承载能力的转矩叫额定转矩，此转矩必须大于或 等于所需带负载的制动力矩。起动转矩倍数描述电机起动能力的系数，就是电机所能发挥的起动转矩与电机额定转矩之比。电机起动转矩倍数越大，表明电机的起动能力越强，起动越快速。最大转矩倍数描述电机过载能力的系数，就是电机所能发挥的最大转矩与电机额定转矩之比。电机最大转矩倍数越大，电机抗突增负载能力越强。 （二）转差率特性 分析知：转差率S与转子铜耗Pcu2、电磁功率Pem的关系为：SPcu2 / Pem。空载时，转子电流很小，转子铜耗Pcu2也就很小，故S0。随着负载增加，Pcu2以转子电流I2平

25、方的比例增加，而Pem以I2一次方增加，所以S为上翘的曲线。正常运行时S=0.010.05。简单理解为：负载为0时，转子与定子近似同步，随着负载增大，转子转速必然减慢。（三）效率特性效率1- 效率随输出功率变化的曲线是一条先上升后下降的曲线，上升速度较快。当可变损耗（定子铜耗+转子铜耗+附加损耗）与不变损耗（机械损耗+铁耗）相等时达到最大。随着负载继续增加，效率略有下降。 反映异步电机工作特性的还有功率因素特性、定子电流特性等，不一一而讲。五、异步电动机的起动和调速（一）异步电动机的起动 与直流电动机一样，异步电动机的起动也要求： 起动力矩倍数大；起动电流小；起动时间短。 要求起动力矩大，是因

26、为起动时一般所带的负载处于静止状态，而克服静摩擦要比克服动摩擦提供更大的力。 要求起动电流小，是为了从设备和自身考虑：其一，短时电流大就要求自身和配套的设备（电缆、开关等）都满足短时发热要求，否则就要加大。其二，短时电流大，在供电系统中压降增大，当电网较小时，可能会使同网中运行的其它电气设备不能正常工作，甚至停机。 要求起动时间短，是希望尽快进入正常工作状态。 但是异步电机的特性正好与此相反，它在起动时电流大但起动转矩却不大，这从等效电路的电流方程式、转矩方程式和电磁转矩曲线是可看出，鼠笼式转子，方程式中的各个参数不能改变，只能通过外部调节来实现，所以异步电动机的起动需采取一定措施。 对于其他

27、电机，采用降压起动可降低电流，但同时却使起动转矩降低更快，所以这种方式只适用于起动时负载小而正常运转时载荷大的场合，如风机、离心泵等。 从曲线看，若能改变Sm的值，使Sm1，则起动转矩将接近最大转矩，从Sm的表达式知，只要改变r2，就可实现这个愿望。绕线式转子电机可以做到这点。起动时在转子回路中串入电阻，使Sm1，从而获得大的起动转矩。起动后切除此电阻，电机又回到正常状态。所以对于要求满载起动的场合可用绕线式异步电机。 实际上，由于定子绕组的分布，定、转子槽的存在和制造过程中的不完全对称，在电机绕组中存在着高于基波的高次谐波，这些谐波相互间作用将产生附加转矩。附加转矩是有害的转矩，它使基波转矩

28、产生脉振，使电机运行不平稳。特别是当附加转矩叠加在起动点且与基波转矩正好反向时，有可能使电机起动出现困难。工程上采用合理的绕组短距嵌放、斜槽，增大气隙、选择合理定、转子槽数的配合来克服这种现象的发生。（二）异步电动机的调速从公式S（n1-n2）/n1可推出，n2（1-S）n160f 1（1-S）/P，由此可知在电机制成后，S是由负载决定的。若要改变S则应改变定子回路或转子回路中的电阻或阻抗。由于改变S同时会改变电磁转矩，所以不能有较大的变化。改变电机极对数P也可以实现调速，但是是有级的。 所以要实现平滑、宽范围的调速只有通过调频。第五节 异步牵引电动机的结构和工作特点一、异步牵引电动机的结构

29、机车用异步牵引电动机和普通民用电机一样也主要由定子、转子和两端端盖组成。 牵引电动机安装在机车的转向架上，通过齿轮与轮对相连。由于机车受线路界限的限制和自身重心的限制，机车轮径有限，牵引电动机安装在转向架的轮轴上，其整机外径受限；由于受二条钢轨间距的限制，牵引电动机的轴向长度受限制；由于受二条钢轨可承载能力的限制，机车轴重，即每条轮轴压在二条钢轨上的重量受限。综合上述几条，使机车用牵引电机的外形和重量受到很大限制。但是，中国铁路却要求机车多拉快跑，这就要求牵引电机有大的功率和高速能力。所以，机车用牵引电机较普通民用电机有以下主要区别：（一）电机单位体积和单位重量下功率大1.为满足尺寸要求，在设

30、计中必须取高的电磁参数。要在高的电磁参数下运行，必须用高耐热等级的绝缘材料，高性能的硅钢片和高强度的转轴材料等；选用高的加工精度要求；在制造中采用数控加工和真空压力浸漆等精细的工艺。例如：普通民用电机一般选用的绝缘材料耐热等级为B级，高点的为F级，而目前国内牵引电机所用的绝缘材料耐热等级至少为H级,已大量采用200级。有报道说，国外已有采用220级的耐热等级的绝缘材料。一般民用电机设计寿命可到20-30年，牵引电机一般寿命约为10年。牵引电机就是这样选用高性能的材料和短的寿命期限来换取有限空间下的大功率。绝缘耐热等级绝缘材料有二项性能指标，一项为耐电压指标，就是我们普通所说的绝缘能力，另有一项

31、很重要的指标就是耐热指标。按照国标规定，绝缘耐热等级分有A、E、B、F、H、200六级，各等级绝缘材料可长期工作的温度分别为：105、120、130、155、180、200。各个耐热等级表明，电机可以在此温度下在长时运行。如：某普通民用电机耐热等级为B级，这就是说，该电机可在绕组温度为130下长时运行。但是，对于机车用牵引电机来说，考核指标却有所不同，如：某机车用牵引电机耐热等级为H级，该电机所允许的绕组温度长时运行不是180，而是220，因为在民用电机中的绕组允许温度在牵引电机改变为绕组允许绕组温升，而允许温升与允许温度差一个允许环境温度。在机车电机中，一般环境温度以40为考核依据。2.前面

32、说过，异步电机定子有有机座式和无机座二种不同形式。为满足重量要求，在机车用牵引电机设计中，均采用无专门机座的轻量化结构，定子铁心用铁心冲片和二端压圈通过中间拉板焊接；通过选择合适的极数来控制电机重量。 3.为满足高的电磁参数要求，机车用牵引电机的转子都采用由专用铜合金的导条和专用铜合金的端环焊接而成的鼠笼，铜较铝导电率高且耐温高，在有限的结构尺寸内可承载更大的转子电流；导磁材料都用高牌号的冷轧硅钢片；（二）电机结构要成熟可靠； 因为机车运行在二条钢轨的铁路线上，电机的损坏有可能使整台机车损坏，造成铁路运输中断，为此，机车用牵引电动机必须要有成熟可靠的结构。为满足此要求，在设计中应充分参考国内、

33、国际上具有成熟制造和运行经验的电机结构。（三）电机外形要适应机车装车要求机车用牵引电动机安装在转向架的轮轴上，首先要满足吊挂要求，要根据不同的机车设计成不同的吊挂形式；其次，要满足车轮下其它尺寸的要求；其三，因为牵引电机装在机车底下，保养和检查都很困难，因此电机在结构上还应考虑保养和检查的方便。关于牵引电动机的吊挂形式，国内外基本相同。都有滑抱式、滚抱式、全悬式和架承式。滑抱式牵引电机适用于运行速度较低的货运机车，全悬式牵引电机适用于运行速度较高的客运机车，架承式牵引电机目前只在运行速度较高的客运动车上。滚抱式牵引电机在货运机车和客运机车都有应用。二异步牵引电动机的工作特点（一）工作环境差牵引

34、电动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、酸碱性气体影响侵蚀。要在过弯道、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。（二）多电机同时工作通常，一台机车上装有多台电机，多台电机同时作功驱动机车前进。理论上说，这些电机所输出的扭矩是相等的，但实际机车中这是不可能实现的。机车本身布置时的轴重不等、牵引时的轴重转移、机车机车轮径的差异、电机制造中的特性差异、逆变器输出的差异，特别时当一台逆变器控制多台电机的架控时机车时，都会使装在同台机车上的牵引电动机出现不一样的输出特性。电机间牵引特性差异较大时，将造成整车特性的变坏，直至对电机造

35、成破坏性的危害。所以，牵引电机要有匹配性，即装在同台机车上的牵引电机要尽困难发挥相同的输出特性。（三）供电电源不同在机车总体控制和逆变器供电下，应满足机车电传动系统对牵引电动机的要求；与普通民用电机在恒频恒压下运行不同，现机车用异步牵引电动机，都是在PWM波供电下运行，机车在运行中，供给电机的电源是一个可变频和可变压的电源。PWM波具有大量的非正弦谐波和尖峰脉冲。这些非正弦谐波和尖峰脉冲，不但使电机的功率因数降低、电机损耗加大、绕组温升增加，而且使电机的绝缘性能受到极大的破坏，还会造成电机轴承的电蚀。为满足此要求，在设计中需采用专用电磁设计软件对电机电磁性能进行优化设计，用大型商用分析软件对机

36、械结构进行有限元分析，用可承受较大谐波和尖峰脉冲的耐电晕的绝缘材料对绕组进行处理；在制造中采用电磁线复合熔敷、定子整体真空压力浸漆、转子整体感应焊接等工艺。（四）采用强迫通风 牵引电机由于受空间尺寸和重量的限制，电机单位体积功率和单位重量下功率都大，这样电机的电磁负荷大，发热比普通民用电机大得多，虽然牵引电机取高耐热等级的绝缘材料，允许的温升比普通民用电机大许多，但还远满足不力散热的要求，所以，一般牵引电机都采用强迫通风，以便在相同的时间内带走多的热量。三异步牵引电动机与普通民用异步电机的差别 异步牵引电动机与普通民用异步电机有很大差异，大致有以下几项：差异1：由于普通民用异步电机是由恒频恒压

37、的电源供电，在一定负载下在一点上运行，而异步牵引电动机是由变频变压的逆变电源供电，在一定负载下仍在一定范围内运行；差异2：普通异步电机性能仅与电机本身参数有关，异步牵引电机性能不但与电机本身参数有关，还可通过电源的控制实现。差异3：系统对普通异步电机提供的仅是一个恒频恒压的电源，系统对异步牵引电机提供的是一个依运行性能要求控制出来的变频变压的电源。差异4：普通异步电机是属于技术成熟的传统产品，异步牵引电机是近年来的新型产品，运行对他的要求到现在还未完全清楚，还在不断成熟过程中；差异5：普通异步电机的设计可以不依赖于系统，异步牵引电机的设计必须涉及控制策略与负载性质； 第六节 异步牵引电动机的性

38、能参数和工作曲线一、异步牵引电动机的电磁参数1. 异步牵引电动机的铭牌参数型号 额定功率 kW额定电压 V 额定电流 A额定频率 Hz额定转速 r/min额定转矩： N·m起动转矩： N·m最高电压: V最大恒功转速： r/min基波功率因数 极数 接线方式 Y（或）工作制 连续S1绝缘等级： 200级额定效率 %通风量： m3/min， 静风压Pa重量： kg 2.表征异步牵引电动机性能的电磁参数电参数一般有以下几项：定子电负载、定子电密、导条电密、端环电密、发热因数磁参数一般有以下几项：定子齿磁密、转子齿磁密、定子轭磁密、转子轭磁密、气隙磁密、磁化电流、二、异步牵引电动

39、机的工作曲线1：电机效率与电源频率的关系 =f (f );2：电机功率因素与电源频率的关系 COS=f (f ); 3：电机线电压与电源频率的关系 U=f (f );4：定子电流与电源频率的关系 I=f (f );5：电机输出功率与电源频率的关系 P2=f (f );6：电机转矩与电源频率的关系 T=f (f ); 7：电机转矩倍数与电源频率的关系 Tm=f (f );8：转子转差率与电源频率的关系 S=f (f );23第七节 永济电机厂引进的异步牵引电机介绍永济电机厂在本次铁路装备技术引进中，共引进了五家公司的六中异步牵引电动机和一种牵引同步主发电机。具体见下表：序号项目名称原电机型号永济

40、电机型号装用机车电机安装方式现配属段1大连-东芝电力机车Sea-107YJ85AHXD3滚抱江岸、南京东2大连-EMD内燃机车A2938YJ116A滚抱3大同-阿尔斯通电力机车6FRA4567BYJ90AHXD2滚抱4长客-阿尔斯通动车6FJA3257AYJ87ACRH5体悬式多段5四方-日立动车HS34531-06RBYJ92ACRH2架悬式多段6唐山-西门子动车各电机性能参数如下：序号电机型号额定功率kW额定电压V额定电流A额定转速r/min额定转矩N.m起动转矩N.m恒工最大转速极数强迫 通风量m3/min电机重量kg1YJ85A1250215039013658806118522662491.826002YJ87A5682089.3211.21177461152663638654.616103YJ90A127521506201499812411389276868426604YJ92A3002000106414069261204204405YJ116A752139029355710135349047220766西门子5612750135410013055900436750各型电机分述如下一、YJ85A异步牵引电机YJ85A电机是引进日本东芝公司的图纸和制造技术，进行国产化的电机，该电机东芝公司原型号为Sea-107，是专为本次中国出口而设计。电机装用