城軌車輛牽引傳動系統(tǒng)的組成和原理-牽引電機的結構和原理

1交流牽引電機的概述交流牽引電機的國內外發(fā)展狀況交流牽引電機的發(fā)展趨勢國內交流牽引電機的發(fā)展水平國內電機主要的問題與解決的途徑2交流牽引電機的國內外發(fā)展狀況日本新干線——日本川崎、三菱、日立德國ICE——西門子歐洲X2000-----ABB法國TGV——阿斯通中國“中華之星”、“奧星”、“藍箭”、“先鋒號”、“中原之星”3西門子交流異步牽引電動機4西門子交流異步牽引電動機5ABB交流異步牽引電動機6株洲南車交流異步牽引電動機7株洲南車交流異步牽引電動機8西門子交流異步牽引電動機9交流牽引電機的發(fā)展趨勢交直交異步變頻直接力矩控制軸控和架控動力集中和動力分散大功率C級絕緣、全疊片、銅條轉子10國內交流牽引電機的發(fā)展水平設計開發(fā)能力－－能夠設計出高水平電機工藝制造能力－－基本具備工藝制造能力實物質量水平－－具備一定的水平實際運行狀況－－均在考核期主要的差距－－電機特性的一致性材料差異制造工藝的分散性差異實物過程控制的差異11交流牽引電機結構特征交流牽引電機的基本結構交流牽引電機的定子交流牽引電機的轉子交流牽引電機的軸承交流牽引電機的傳感器交流牽引電機的接線盒交流牽引電機的通風結構12交流牽引電機的基本結構交流牽引電機的基本結構是由定子、轉子、軸承、端蓋、傳感器、接線盒等構成。13交流牽引電機基本結構圖14交流牽引電機的定子定子由機座、線圈、引接線、槽楔等組成15交流牽引電機的轉子轉子由鐵心、導條、端環(huán)、轉軸、支架、風扇（自通風電機）等組成。16交流牽引電機的軸承采用圓柱滾子軸承帶絕緣層整體保持架加強型滾子對于功率較小的電機采用向心球軸承17交流牽引電機的傳感器

18交流牽引電機的傳感器19交流牽引電機的傳感器20交流牽引電機的接線盒21交流牽引電機的通風結構22異步電動機的概念

異步電動機的基本工作原理是：定子通上三相交流電后，在氣隙中產生以同步速旋轉的磁場，該磁場切割轉子導條后在轉子導條中感應產生電流，帶電的轉子導條處于氣隙旋轉磁場中就要產生電動力，使轉子朝定子旋轉磁場的同一方向旋轉。由于轉子導條中的電流是因轉子導條切割由定子繞組產生的氣隙磁場才由的，所以轉子的轉速只能低于氣隙旋轉磁場的同步轉速，永遠不可能達到同步，否則轉子導條與氣隙磁場同步旋轉，轉子導條不再切割磁場產生感應電流和產生電動力了，轉子也不可能旋轉了，所以叫按這種原理運行的電機為異步電動機。

23什么是交流電機的旋轉磁場？

在電機的定子上對稱地布置有三相對稱繞組，每相繞組中通入正弦交流電，單相繞組在氣隙中產生一個脈振磁勢（脈振磁場），脈振磁勢振幅隨著電流忽正忽負不停地變化。三相繞組在空間上相差120°，三相繞組產生的合成磁勢（磁場）就是旋轉磁勢（旋轉磁場）。旋轉磁勢（旋轉磁場）振幅大小不變，振幅方向沿圓周方向的旋轉，所以叫旋轉磁勢（旋轉磁場）。24什么是交流電機的轉差？什么是轉差頻率？什么是轉差率？異步電動機轉子的實際轉速與定子旋轉磁場的同步轉速的差值叫電動機的轉速差。通常把同步轉速n1和電動機轉子轉速n二者之差與同步轉速n1的比值叫做轉差率s.異步電動機的轉差率與同步轉速的頻率的乘積叫電機的轉差頻率。同步轉速n=f1-定子電流頻率p-電機極對數(shù)轉差率s=25異步電機的氣隙、極數(shù)、相數(shù)電機的氣隙是電機定子與轉子之間存在的一個間隙，通過氣隙產生交變磁場，完成機電能量的轉換。交流電機的極數(shù)是通過定子繞組在空間按照偶數(shù)值沿圓周平均布置而形成的磁極（N＋S）數(shù)。一般有2、4、6、8極。在定子繞組接線時形成。與直流電機不同的是交流電機極數(shù)與轉速有關。交流電機的相數(shù)也是通過定子繞組在空間按照一定的數(shù)值在圓周平均布置而形成的。一般有3相和6相繞組。他們按照U、V、W的順序排列。26交流電機基本運行原理在1≥s>0的范圍內，電機處于電動機運行狀態(tài)，電磁轉矩與轉子轉速同向。s=1為起動運行狀態(tài)。

在s<0的范圍內，氣隙旋轉磁密轉子轉向一致，只是n>n1，電磁轉矩為負，n為正，電機處于再生制動運行狀態(tài)（異步發(fā)電狀態(tài)）。

在s>1的范圍內,電磁轉矩為正，n為負，電機也是制動狀態(tài)。這種制動方式效率低，電機從電網吸收的電能及機械能均消耗在電機內部，用于特殊場合，如升降機下降。27交流電機調速原理已知異步電動機的轉速n

由上式看出，可以從以下幾個方面對異步電動機進行調速：改變電機繞組的極對數(shù)；改變電機繞組的接法，為有級調速。

改變轉差率；也叫串級調速；是在轉子回路中串電阻或串入附加電勢進行調速，適合繞線轉子異步電動機。

28交流電機調速原理改變電機供電電源的頻率。這是最先進也是最復雜的調速方法，這種調速方法的特點在于可實現(xiàn)頻繁的正、反轉，起、制動運行，調速范圍廣，調速精度高。其基本原理就是改變施加到異步電動機上的供電電源的頻率，而電網上的工業(yè)頻率50Hz是不能改變的，因此需要一套變頻裝置將工頻整流成直流，然后再逆變成所需頻率的交流。這種調速方法叫變頻調速。

29交流電機調速原理恒轉矩調速

當電源電壓一定時，如果降低頻率，則主磁通要增大。電機的主磁路一般設計時基頻下略主磁通增加勢必使主磁路過飽和，使勵磁電流猛增，這是不允許的。為此調頻時一定要調壓。

有兩種方法。一種是保持常數(shù)，恒磁通控制方式。30交流電機調速原理

N=60f(1-s)/p調速方式調速比效果效率適應負載變極調速鼠籠式變換極對數(shù)2:1~4:1不平滑高恒轉矩恒功率轉差調速調定子電壓1.5:1~10:1不平滑低恒轉矩轉差離合器3:1~10:1平滑低恒轉矩繞線式調轉子電阻2:1不平滑低恒轉矩機械式串級2:1平滑較高恒轉矩電氣串級2:1~4:1平滑較高恒轉矩變頻調速鼠籠調定子頻率2:1~10:1平滑高恒轉矩恒功率繞線調轉子頻率4:1~20:1平滑高恒轉矩恒功率31牽引電機轉矩特性轉矩牽引電機轉矩特性額定轉矩TN是異步電動機帶額定負載時，轉軸上的輸出轉矩。