动车组与牵引电机

动车组与牵引电机

曹连芃

1. 动车组

动车组就是由动车和拖车组成或全部由若干动车固定连挂在一起组成的车组，主要用于高速铁路旅客运输。目前动车组多数都采用电力驱动，由外部接触网供电。

高铁指的是高速铁路，在高速铁路上跑的依然是动车组，是高速动车组。

在动车组中具有动力（有牵引电机）的车称为动车，没有动力的车称为拖车。

动力集中型列车将动力装置集中安装在列车的一端或两端的动力车（车头、机车）上，车头的车轮是由电机驱动的动力轮，动力车只作牵引不载客。拖车的车轮无电机驱动，只载客不牵引，图1中上图是动力集中型列车。

图1—动力集中型牵引列车与动力分散型牵引列车

动力分散型列车的动力轮分散在多节车辆，无专用的牵引车，列车的全部车辆都可以载客。目前高速动车组基本都是动力分散型列车。

在我国动车组主要型号为CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380，每种型号又细分为多种型号。CRH系列统称为“和谐号”。

2. 牵引电机

牵引电机是直接带动车轮旋转的电机，由于串励式直流电动机有很好的拖动特性，速度控制也方便，长期来电力机车都是采用直流电机牵引。但直流电机的电刷与换向器磨损是致命的缺点，维护保养频繁又麻烦。自从有了大功率电力电子器件，各类变流器、逆变器得到普及应用，电力机车开始采用三相交流电机，相比直流电动机交流电动机没有电刷与换向器，没有直接磨损部件，故障率与维护大大减少；由于换向器限制了电压与电流，直流电机无法做到特大

功率，而交流电机可以做到很大的功率；交流电机单位重量功率比直流电机高出2倍以上，造价也低很多，所以目前动车组牵引电机均采用三相交流电机。交流电机主要是三相异步电机与三相永磁同步电机两种。

2.1. 交流异步牵引电机

下面介绍一种交流异步牵引电机的基本结构：

图2是定子铁芯与转子铁芯，铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，内圆周有36个嵌线槽，用来嵌装三相绕组。

图2—定子铁芯与转子铁芯

定子绕组采用三相4极36槽双层叠绕组，图3是嵌有绕组的铁芯。

图3--嵌有绕组的定子铁芯

转子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，外圆周有46个线槽，在铁芯上有通风孔，用来散热并减轻质量，在转子铁芯的槽内镶嵌转子导条，46根导条与两个短路端环组成鼠笼。见图4。

图4—鼠笼转子

在转子轴两端装上轴承，轴承安装在机座两端的端盖上，图5安装好的三相异步牵引电机。

图5--三相异步牵引电机剖视图

三相异步电机结构简单，维护量很小，在动车牵引电机中得到普遍应用。

2.2. 永磁同步牵引电机

近年来永磁电机发展迅速，交流永磁同步电机相比交流异步电机有单位重量功率高、输出

转矩大等优点，可使牵引电机体积更小，效率更高。

永磁电机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，内圆周有36个嵌线槽，用来嵌装4极三相绕组，图6是嵌有三相绕组的定子铁芯。

图6--嵌有绕组的定子铁芯

转子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在铁芯中开有安装永磁体的孔，还有通风孔，用来散热并减轻质量。12个永磁体分布见图7，图中灰色的是永磁体，在永磁体两面标有极性，蓝色箭头线是磁力线，在铁芯圆周外的蓝色空心字标出了转子的极性，共4个磁极。

图7—转子永磁体布置与磁场

图8左图是永磁体排列立体图，右图是插入永磁体的转子铁芯。

图8—永磁同步电机转子

图9是组装好的2个永磁转子。

图9—永磁同步牵引电机转子

图10是组装好的永磁同步牵引电机的剖视图。

国外已有一些正式运营的高速动车组采用永磁同步牵引电机。在国内已有部分地铁列车采用永磁同步电机拖动，用于高速动车组的永磁同步牵引电机也已定型量产，新的高速动车组将配备永磁同步牵引电机。

据报道中国自主研发的TQ-600型高铁永磁牵引电机采用新型稀土永磁材料，有效克服永磁体在高环境温度下失磁这一世界难题。电机功率600KW，最大功率635kW，同样重量的电机功率提升1.27倍，效率提高3%以上，具有功率密度大、动力转化效率高、过载保护能力强等优点。

图10—永磁同步牵引电机剖视图