直流牵引电动机

3.2.5均压线
• 均压线连接换向片的等电位点。用 来平衡由磁路不平衡而在电枢绕组 内部引起的环流。均压线分为甲种 均压线和乙种均压线。有全额均压、 1/2均压，1/4均压，均压线截面积一 般为电枢导体截面积的20%-30%。
3.1.4补偿绕组
• 补偿绕组设置在主极极靴部分的补 偿槽内，与换向极线圈及电枢绕组 串联，用来消除电枢反应对主极气 隙磁通畸变的影响，使换向器片间 电压分布均匀，从而减少发生环火 的可能性。作用是改善换向防止环 火。但ZD106E、ZD109B、ZD106电 机未设补偿绕组 。
3.1.5端盖和油封结构
直流牵引电动机
中国北车集团永济电机厂
目录
• 1.概述 • 2.牵引电动机的工作特点 • 3.直流电机的基本结构 • 4、电机故障分析 、 • 5、维护保养 • 6.电机的运输与存放
1.概述
• 各种电力传动车辆上所用的牵引发电 机、牵引电动机、辅助电机一起统称 为牵引电机。牵引电动机是驱动内燃 机车、电力机车、电动车辆、地铁车 辆、城市电车及公路车辆运行的主电 机。它的运行性能直接影响机车车辆 的牵引性能及经济技术指标，是电传 动机车上的关键设备。
3、 直流电机的基本结构
•
• 直流电机由定子和转子两大部分构成。定 子的作用是产生磁场，提供磁路和作为机 械支撑。转子（电枢）是产生感应电势和 电磁力矩实现能量转化的主要部件。
• 3.1.定子：包括机座、主磁极、换向极、 补偿绕组、端盖及轴承等部件组成。
• 3.1.1机座
• 机座分为圆形机座和方形机座；圆形机座 又分为铸钢机座和叠片机座；抱轴室悬挂 的机座上带有油箱、油箱集油器；机座主 要功能为导磁和机械支撑。
• 前、后端盖将电机两端封闭，并通 过轴承支撑转子。端盖上开有出风 口，轴承两侧为迷宫式油封。轴承 室的加油量一般为占轴承室总容量 的1/3~1/2，由于有负压作用使电机 漏油，一般端盖设有通大气孔 。
3.2电枢
• 电枢（又称转子）是感应电势产生 电磁力矩而实现能量转换的主要部 件。电枢由电枢铁心、电枢绕组、 换向器和转轴等部件构成。
• 换向极主要由换向极铁心和换向极线圈 组成，电力机车脉流电机换向极铁心采 用叠片结构（改善脉流电机换向性能， 内燃机车一般用整体锻钢制成，因为磁 通密度较低），换向极线圈一般用铜母 线扁绕而成。为改善换向，尤其是过渡 过程换向，换向极铁心和机座之间设有 第二气隙，脉流电机第二气隙一般由绝 缘板构成，内燃机车电机的第二气隙由 黄铜板构成。
• C.主极采用螺旋曲线极靴形状，使最高 片间电压远离换向区。
• D.主极线圈采用少胶带、分层包绝缘结 构，定装后整体浸漆。
• 这种结构便于线圈散热。
• E.电枢制造中采用了嵌线后予绑扎，真 空压力浸漆等工艺，大大提高了电枢的 整体性、密封性和可靠性。
F.刷架系统取消了刷架圈结构，由四个 刷握代替，每个刷握通过螺栓固定在电 机的机座上，刷杆与直刷盒通过方头螺 栓连接，并进行有级调节。刷握弹簧采 用圆柱形螺旋压簧。这就避免了采用拉 伸弹簧时因弹簧钩折断而酿成的烧伤换 向器，甚至导致环火的恶性事故
3.2.1转轴
• 转轴上装有电枢所有其他部件（电 枢铁心、电枢绕组、均压线、换向 器），转轴要求机械性能较高（承载 力矩大）。
• ZD109B转轴单侧传动（DF4D）。 • ZD106单轴伸，单侧传动（DF11）。 • ZD106E单侧传动（DF11G）。
3.2.2电枢铁心
• 电枢铁心由电枢冲片叠压而成，是电机磁路 的一部分。也是承受电磁力作用的部件，铁 心圆周上均匀分布有嵌电枢绕组的槽。转子 转矩由载流的电枢绕组和主磁场相互作用而 产生。
• 直-直传动系统； • 交-直传动系统； • 交-直-交传动系统； • 交-交传动系统 .
1.2.1直-直传动系统是最早的机 车牵引传动的一种方式
• 柴油机→直流发电机(ZQFR)→直流牵引电动机(ZD)
• 这种方式采用可控硅斩波对电动机 电压平滑调节，改善起动性能和减
少能耗，仍是现有工矿电力机车和 城市电车的发展方向之一。
Er=8iaUsωλLaVk/βk(Us+Y+ε-1)*1000000
• 因电抗电势与ω成正比，换向恶化。对于 脉流电机er＜3V，内燃直流电机高速工 况下er＜4~4.5V；几个元件在一起构成线 圈，绕组元件在槽中有竖放和平放两种， 竖放工艺简单，平放对改善换向有利， 可使绕组中附加损耗降低，缺点与换向 器连接时，需将元件扭90度、打扁工艺 复杂。
1.1 牵引电动机的分类
• 直流牵引电动机、脉流牵引电动机、 单相整流子电动机、交流变频异步 电动机、可控硅同步牵引电动机等。 目前电传动机车广泛的采用直流、 脉流牵引电动机。但用交流变频异 步电动机做牵引已成为电传动机车 的发展方向。
1.2 电力系统与牵引电动机
• 现代铁道运输用的电传动机车车辆 按照所采用的电流制不同可分为：
3.1.2.主磁极
• 主磁极由主极铁心和主极线圈组成，它 是用来产生磁场的，主极铁心通常用 1~1.5mm厚的钢板叠成。（降低电枢旋 转时，齿和槽相对磁场脉动在极靴表面 的涡流损耗）主极铁心较窄部分称为极 心，扩大部分称极靴。没有补偿绕组。 采用偏心气隙（减小横轴电枢反应对主 磁场的畸变作用）。主极采用螺旋曲线 极靴形状，使最高片间电压远离换向区， 改善了换向器电位的分布，
1.2.2 交 – 直流传动系统
柴油机→同步主发电机(TQFR-3000)→ 整 流 柜 → 直 流 牵 引 电 动 机 (ZQDR410)
接触网→变压器→整流柜→直流牵引 电动机
交—直流传动内燃机车的主电 路
•
1.2.3 交-直-交传动系统
•
交直交传统系统有许多突出优点
• A 良好的调节性能和功率利用指标； • B 较大的起动牵引力和较宽的恒功运行范围； • C 自然的防空转性能； • D 牵引和制动转换简便； • E 四象限变流器系统在较宽的负载范围使机车的
• DF11、DF11G、DF4D型电传动机车所 用 牵 引 电 动 机 为 ZD106 、 ZD106E 、 ZD109B型直流牵引电动机，为不带补 偿绕组的四极、串励、强迫通风电动机。 牵引电动机都是是采用钢板压型焊接机 座。机座导磁部分为钢板 。ZD106、 ZD106E全悬挂接口，ZD109B机座为滚 抱结构。
• C.在并联工作时，各台牵引电动机负 载分配较均匀。
• D.电压波动所产生的电流和牵引力冲 击显著小于并励电动机。
• 综述以上各点，由于串励电动机牵引 特性好，有很多技术和经济上的优点， 因而被广泛用在电传动机车上。
缺点
• 串励电动机特性软，易打滑，形成空转， 造成轮轨磨损，并降低了牵引电动机的 牵引力。
• G.轴承采用进口轴承，油脂为铁路机车 电机轴承脂L-XEGEB2。
H.采用双分裂式电刷，由于每片电刷质 量小，惯性小，使电刷和换向器接触良 好，同时，橡胶垫可以吸收一些电刷的 振动，改善了电机的换向性能。此外， 在两片电刷的接触面上增加了换向回路 的横向电阻。抑制了换向元件的附加电 流，改善了电机的换向条件，采用这种 电刷结构可以降低电刷下的火 花。
• 而且使最高片间电压离换向区远些， 增加了电机抗环火能力。ZD109B、 ZD106、ZD106E三种电机铁心形状 一样。
• 主极线圈除线规不同外、分交叉、 开口两种形式，均为双层平绕结构。 作用是用以通过电流建立主磁场。 线圈的绕法分平绕和扁绕两种，平 绕是宽边绕，扁绕是窄边绕。
3.1.3换向极（附加极）
A.电机的安装方式采用架悬式悬挂结构（独 立悬挂或全悬挂），使牵引电动机的全部 重量都成为簧上重量，从而避免了抱轴式 悬挂的缺点，特别是 改善了承受线路的动 力作用，减少电机故 障发生 。
• B.机座采用钢板压型焊接结构，磁体的 导磁性能好，消除了因铸造机座的内部 缺陷引起的磁路截面积的差异而导致的 速率特性不一致的现象即速率特性分散 性小。
B.串激牵引电动机的功率利用较好，因为 串激牵引电动机的转速随着牵引力的增 大而降低，轮缘功率PK=FK*VK在同样 牵引力变化下，串激牵引电动机功率变 化最小。因而可以合理的利用机车上各 种电器设备的容量。
C.串激牵引电动机有较大的起动牵引力， 因而在相同的牵引条件下，所需要的电 动机的容量可以减小，电动机的重量可 以减轻。
• 换向器作用为将电枢绕组中产生的交流电 势转换为电刷间的直流电势，它是电机中 重要的和复杂的部件，换向器即要通过很 大的电流，又要承受着各种机械应力。因 此换向器的工作情况好坏，直接影响电机 的工作性能。
• 换向器是由很多的相互绝缘的换向片组合 而成，牵引电机一般采用拱形换向器，主 要由换向片、云母片、V型云母环、绝缘 套筒、换向器套筒、压圈、螺杆组成。
• 多台电动机串励运行，如果其中一台电 机发生空转，它的端电压将随转速的增 加而增加，这就使该台电动机的空转情 况更为严重。会引起其他电机空转。制 动时将牵引电动机改为他励发电机，使 线路复杂。
ZD106电机用于东风11型准高速内燃机车 上，为了满足机车的运行要求，具有较高 的可靠性和可维护性。
在结构设计上具有以下特点：
D. 牵引电动机换向条件比普通直流电动机更 困难（经常起动、过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，制动、磁场削弱等。
• E. 牵引电动机绝缘材料和绝缘结构， 应具有防尘、防潮功能，有良好的 散热条件（在车体下，易受风尘、 温度、湿度变化的影响）。
F. 电力机车脉流电机由于在脉动电 压影响下，其发热和换向比直流电 下更加困难。
2.1 直流牵引电动机分类及特点
3.2.4电枢绕组
• 电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中；电枢 线圈按一定规律和换向器连接起来，就 构成电枢绕组。
• 电枢绕组是由许多绕组元件组成，绕组 元件上从一个换向片开始到另一个换向 片为止的那一部分导线。它是电枢绕组 最基本结构单元，故称绕组元件。它有 单匝、多匝之分。在牵引电机中（包括 脉流）通常均采用单匝式绕组元件。(为 什么)
• 此种机座的特点：
• A.磁体的导磁性能好。
• B.消除了因铸造机座的内部缺陷引起的 磁路截面积的差异而导致的速率特性差 异大。
• C.加工容易，降低加工成本。
• D.磁路均匀，减少电机的速率特性差异。
E.机座与主极线圈的配合面为大平面， 散热好
• DF4D所用牵引电机为ZD109B牵引电动机，
• 按励磁方式不同分为串励、并励、他励 和复励四种。他励和并励特性相似（励 磁供电电源不同），复励电动机不过是 串励和他励（并励）的组合而已。
• 目前，在交-直流电力传动装置中，广泛 采用直流串励电动机作为驱动机车车辆、 动车的牵引电动机。（为什么）这主要 是由串励电动机特性决定的。
原因
A .串激牵引电动机的自调节性能较好， 也就是它的牵引力和速度能按照机 车运行条件自动的调节。在上坡或 者负载过重时，串激牵引电动机能 发挥较大的牵引力，在轻载或平道 运行时，它又有较高的速度，以便 提高机车的通过能力
机座采用钢板压型焊接结构，为滚抱结构。
• 另一侧有小吊挂和安全托。
• DF11所用牵引电机为ZD106型牵引电动机， 机座采用钢板压型焊接结构，全悬挂结构接 口，机座顶面有温度传感器线固定座。另一 侧有两个小吊挂和安全托
• DF11G所用电力机车牵引电机为ZD106E型 牵引电动机机座采用钢板压型焊接结构，全 悬挂结构接口，另一侧有两个小吊挂和安全 托
• 电枢铁心通常由0.5mm后的硅钢片叠成， （减小涡流磁滞损耗）冲片一般由DW465 （470）冷轧硅钢片冲制。冲片上有三排的、 两排的通风孔。为防止铁心齿部松动，两端 用电枢端板夹紧，端板一般用1mm厚的钢板 点焊而成。装在铁心两端的压圈，一边称做 电枢支架，一边称为换向器套筒。
3.2.3换向器
功率因数接近 1； • F 电机单机功率可提到1500kW；（直流由于受换
向、电位条件机械强度及空间尺寸等因素限制， 很难达1000 kW）
1.2.4 交-交传动系统
•
2.牵引电动机的工作特点
• A. 牵引电动机悬挂在转向架上。 • B. 牵引电动机受轨距限制，结构紧凑，采用
较高等级的绝缘材料和性能较好的导磁材料。 • C. 电机各零、部件要具备较高的机械强度。