城轨车辆牵引传动系统的组成和原理-牵引电机的结构和原理

1交流牵引电机的概述交流牵引电机的国内外发展状况交流牵引电机的发展趋势国内交流牵引电机的发展水平国内电机主要的问题与解决的途径2交流牵引电机的国内外发展状况日本新干线——日本川崎、三菱、日立德国ICE——西门子欧洲X2000-----ABB法国TGV——阿斯通中国“中华之星”、“奥星”、“蓝箭”、“先锋号”、“中原之星”3西门子交流异步牵引电动机4西门子交流异步牵引电动机5ABB交流异步牵引电动机6株洲南车交流异步牵引电动机7株洲南车交流异步牵引电动机8西门子交流异步牵引电动机9交流牵引电机的发展趋势交直交异步变频直接力矩控制轴控和架控动力集中和动力分散大功率C级绝缘、全叠片、铜条转子10国内交流牵引电机的发展水平设计开发能力－－能够设计出高水平电机工艺制造能力－－基本具备工艺制造能力实物质量水平－－具备一定的水平实际运行状况－－均在考核期主要的差距－－电机特性的一致性材料差异制造工艺的分散性差异实物过程控制的差异11交流牵引电机结构特征交流牵引电机的基本结构交流牵引电机的定子交流牵引电机的转子交流牵引电机的轴承交流牵引电机的传感器交流牵引电机的接线盒交流牵引电机的通风结构12交流牵引电机的基本结构交流牵引电机的基本结构是由定子、转子、轴承、端盖、传感器、接线盒等构成。13交流牵引电机基本结构图14交流牵引电机的定子定子由机座、线圈、引接线、槽楔等组成15交流牵引电机的转子转子由铁心、导条、端环、转轴、支架、风扇（自通风电机）等组成。16交流牵引电机的轴承采用圆柱滚子轴承带绝缘层整体保持架加强型滚子对于功率较小的电机采用向心球轴承17交流牵引电机的传感器

18交流牵引电机的传感器19交流牵引电机的传感器20交流牵引电机的接线盒21交流牵引电机的通风结构22异步电动机的概念

异步电动机的基本工作原理是：定子通上三相交流电后，在气隙中产生以同步速旋转的磁场，该磁场切割转子导条后在转子导条中感应产生电流，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由的，所以转子的转速只能低于气隙旋转磁场的同步转速，永远不可能达到同步，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，所以叫按这种原理运行的电机为异步电动机。

23什么是交流电机的旋转磁场？

在电机的定子上对称地布置有三相对称绕组，每相绕组中通入正弦交流电，单相绕组在气隙中产生一个脉振磁势（脉振磁场），脉振磁势振幅随着电流忽正忽负不停地变化。三相绕组在空间上相差120°，三相绕组产生的合成磁势（磁场）就是旋转磁势（旋转磁场）。旋转磁势（旋转磁场）振幅大小不变，振幅方向沿圆周方向的旋转，所以叫旋转磁势（旋转磁场）。24什么是交流电机的转差？什么是转差频率？什么是转差率？异步电动机转子的实际转速与定子旋转磁场的同步转速的差值叫电动机的转速差。通常把同步转速n1和电动机转子转速n二者之差与同步转速n1的比值叫做转差率s.异步电动机的转差率与同步转速的频率的乘积叫电机的转差频率。同步转速n=f1-定子电流频率p-电机极对数转差率s=25异步电机的气隙、极数、相数电机的气隙是电机定子与转子之间存在的一个间隙，通过气隙产生交变磁场，完成机电能量的转换。交流电机的极数是通过定子绕组在空间按照偶数值沿圆周平均布置而形成的磁极（N＋S）数。一般有2、4、6、8极。在定子绕组接线时形成。与直流电机不同的是交流电机极数与转速有关。交流电机的相数也是通过定子绕组在空间按照一定的数值在圆周平均布置而形成的。一般有3相和6相绕组。他们按照U、V、W的顺序排列。26交流电机基本运行原理在1≥s>0的范围内，电机处于电动机运行状态，电磁转矩与转子转速同向。s=1为起动运行状态。

在s<0的范围内，气隙旋转磁密转子转向一致，只是n>n1，电磁转矩为负，n为正，电机处于再生制动运行状态（异步发电状态）。

在s>1的范围内,电磁转矩为正，n为负，电机也是制动状态。这种制动方式效率低，电机从电网吸收的电能及机械能均消耗在电机内部，用于特殊场合，如升降机下降。27交流电机调速原理已知异步电动机的转速n

由上式看出，可以从以下几个方面对异步电动机进行调速：改变电机绕组的极对数；改变电机绕组的接法，为有级调速。

改变转差率；也叫串级调速；是在转子回路中串电阻或串入附加电势进行调速，适合绕线转子异步电动机。

28交流电机调速原理改变电机供电电源的频率。这是最先进也是最复杂的调速方法，这种调速方法的特点在于可实现频繁的正、反转，起、制动运行，调速范围广，调速精度高。其基本原理就是改变施加到异步电动机上的供电电源的频率，而电网上的工业频率50Hz是不能改变的，因此需要一套变频装置将工频整流成直流，然后再逆变成所需频率的交流。这种调速方法叫变频调速。

29交流电机调速原理恒转矩调速

当电源电压一定时，如果降低频率，则主磁通要增大。电机的主磁路一般设计时基频下略主磁通增加势必使主磁路过饱和，使励磁电流猛增，这是不允许的。为此调频时一定要调压。

有两种方法。一种是保持常数，恒磁通控制方式。30交流电机调速原理

N=60f(1-s)/p调速方式调速比效果效率适应负载变极调速鼠笼式变换极对数2:1~4:1不平滑高恒转矩恒功率转差调速调定子电压1.5:1~10:1不平滑低恒转矩转差离合器3:1~10:1平滑低恒转矩绕线式调转子电阻2:1不平滑低恒转矩机械式串级2:1平滑较高恒转矩电气串级2:1~4:1平滑较高恒转矩变频调速鼠笼调定子频率2:1~10:1平滑高恒转矩恒功率绕线调转子频率4:1~20:1平滑高恒转矩恒功率31牵引电机转矩特性转矩牵引电机转矩特性额定转矩TN是异步电动机带额定负载时，转轴上的输出转矩。