异步牵引电动机

异步牵引电动机异步牵引电动机目录1.异步电机基本原理2.变频调速3. 异步牵引电动机与各相关部件之间的关系4. 异步电动机的主要指标5. 异步牵引电动机结构6.试验7.维护1.异步电机的基本原理1.1 等效电路U 1=（R 1+jX 1）I 1-（R 2‘/S+jX 2’）I 2’jX m (I 1+I 2’)=-(R 2’/S+jX 2’)I 2’f1=f2+f ns=f2/f1=（n1-n)/n1n=(1-s)n1=60(1-s)f1/p式中：n:电机实际转速（r/min) n1:电机同步转速(r/min)f1:定子频率（Hz)p:极对数s:转差率f2:转差频率（Hz)1.4转矩公式M=P e /Ω1=mpE 2’I 2’COS φ2/2πf 11.5转矩-转速特性1.6电机主要尺寸关系电机有效部分体积（重量）：DA 2Lfe∝Mn1.7调速基本原理n=(1-s)n1=60(1-s)f1/p式中：n:电机实际转速（r/min)n1:电机同步转速(r/min)f1:定子频率（供电频率）（Hz)p:极对数s:转差率1.8异步电机能量关系输入功率P1=P em +P cu1+P fe 电磁功率P em =P mec +P cu2机械功率P mec =P 2+P fw +P ad 转子铜耗P cu2=sP em效率η=P 2/P 1P cu1：定子铜耗P fe ：铁耗P fw ：机械损耗P ad ：附加损耗本部分主要参考资料1.教材：电机学2.西南交大：牵引电机3.黄济荣：电力牵引交流传动与控制2.1交-直-交变频调速系统分类——按中间回路分电压源逆变器——中间回路电压不变电流源逆变器——中间回路电流不变2.变频调速2.2变频调速系统分类(a)直-交系统用直流斩波起器使电压恒定(b) 直-交系统不用直流斩波起器使电压恒定，地铁系统(c)交-直-交系统(d)交-交系统3 异步牵引电动机与相关部件之间的关系3.1 满足车辆牵引制动特性要求•V=Dn/(5.3i)F=2Mi η/D i:传动比D：动轮直径η：传动效率3.2与逆变器相匹配•电动机与逆变器关系紧密，二者之间需进行信息交换3.2.2逆变器输出对电机的影响z非正弦供电z绝缘系统z轴电压3.2.2.1非正弦供电当电机由逆变器供电、逆变器电压中含有很丰富的谐波。

比如：在方波阶段，电压中除基波分量外，还含有6k±1次谐波电压，这些谐波电压的存在，对电机造成如下影响：(1).在电机中产生谐波电流→谐波损耗→温升增加、效率下降(2).在电机中产生谐波磁通→谐波转矩（稳定谐波转矩和6k次脉动谐波转矩）→振动增大、噪升增大→电机机械应力增大（尤其是在转子中）第k次谐波电流大小Ik =U/(kX1+kX2’)当输出电压为方波时：谐波电压：Uk =U1/kU1：基波电压3.2.2.2逆变器供电对电机绝缘系统的影响电机与逆变器用电缆相连接，电缆本身存在一电感与电容ZC ，同时电机也存在一个阻抗Zm ，逆变器端的输出电压，通过电缆的反射放大作用，会在电机端产生一个可能到2倍中间回路电压的电压ULL 。

同时该电压在电机绕组内部分布不均匀，在前几匝的电压UK很高，该电压值与逆变器的开关频率以及dv/dt 有关，开关频率以及dv/dt 越大，该电压值也大。

由于这两种电压的作用，对绝缘会产生以下影响：（1).尽管对于中间回路电压Ud 在2800V 的电机为低压电机，但是由于U LL 可到2倍Ud(约5600V ），其属于高压电机的范围；(2).由于开始几匝线圈的电压很高（比如：当某一电机由IGBT逆变器供电时，第一匝线圈的电压可到450V，而电机由正弦波供电时，只有36V），如此高的电压，会产生游离放电（电晕），对匝间绝缘产生很大的影响。

3.2.2.3轴电压轴电压产生的原因(1).由于电机在制造原因，电机磁路不对称(2).由于逆变器供电,电压本身不对称因此，在电机机座、端盖、轴承、转轴之间存在一电流回路，其间有轴电压存在。

即：在轴承上会有电流流过，对轴承产生电腐蚀,从而影响轴承寿命。

措施：采用绝缘轴承逆变器的输出对电机的容量、性能影响很大因此在IEC60349-2、IEC61287-1中规定：变流器设计者须将逆变器的输出特性通知电机设计者。

同时也规定：在进行试验时，所用逆变器的输出特性与实际所采用的逆变器的输出特性一致或相似。

变流器控制的一大努力方向是：减少变流器输出对电机的影响(b).转差率S控制系统电机转差率S越大，电机特性越硬，系统越稳定并联供电系统为了均衡并联的各电机之间的负荷，要求转差率较大但是P CU2=SP em过大的S使得转子损耗过大，由此造成转子和轴承温度过高，同时过大的S影响电机的效率。

(C).漏抗控制系统电机漏抗越高，系统越稳定，尖峰电流越小。

抑制电机谐波损耗I k=U/(kX1+kX2’) ∑P∝I k*I k电机漏抗越高，电机的谐波电流和谐波损耗越低。

但是在恒功最高转速处电机的最大转矩倍数为：T MAX=M MAX/M M∝U12/(Lσf1max2)因此当逆变器输出特性一定、车辆的牵引特性一定时，电机的漏抗就确定了。

进入方波频率对电机与逆变器的影响电机的恒功比K C =n max ‘/n N =K CM K CV恒功恒压比K CV =n max ‘/n V升压恒功比K CM =n V /n N电动机有效部分体积D a 2L a ∝M 1/（B δA 1）异步牵引电动机的折合转矩M 1= K CV M N逆变器的最大电流I MAX = K 1K CM M ST /M N P N /（U 1COS φη）逆变器的容积功率P i = K 1K CM M ST /M N P N / η其中：K1=0.8-0.9，为功率因数系数当K CV =1时，为最大逆变器最小电机方案。

当K CM =1时，为最小电机最大逆变器方案。

3.3 与机械部分相匹配特点1:安装空间和重量受到限制由于电机安装在转向架上，轴向尺寸受轨距及传动装置的限制径向尺寸受动轮直径及车体高度的限制传动比与中心距传动比：i=Z1/Z2中心距：D0=m(Z1+Z2)+m’电机的尺寸必须满足轴向和径向尺寸的限制要求与机械部分相匹配---传动和悬挂特点2：电机安装在车上，运行时电机处于严重的冲击及负荷频繁变化。

牵引力的传递方式和悬挂方式对电机的冲击和振动影响很大传动：牵引电动机的转矩如何传到车轮上悬挂：电动如何安装在车上与机械部分相匹配---悬挂一系悬挂二系悬挂与机械部分相匹配---悬挂抱轴悬挂（半悬挂）全悬挂z架承式z全体悬式z半体悬式抱轴悬挂牵引电机一侧通过抱轴抱合在车轴上，另一侧与构架弹性连接。

就垂向性能而言，大齿轮的全部重量以及牵引电机月一半重量为簧下重量。

就横向性能而言，整个驱动装置均为簧下重量。

优点：结构简单，检修方便，悬挂装置成本低。

缺点：簧下重量大，给轨道的冲击力大。

同时轨大所产生的冲击直接传到电机上。

SS7、DF4等采用该悬挂。

其最高运行速度为120km/h。

抱轴悬挂（半悬挂）架悬式与抱轴悬挂的区别为：抱轴承抱在轮对空心轴上。

牵引电机固定在转向架的构架上，牵引电机属于一系簧上重量。

牵引电机两边都是通过弹性支承悬挂的，轮对的冲击传递给电动机有所减小。

SS8、DF11、蓝箭、奥星采用该悬挂方式最高运行速度160-180km/h。

轮对空心轴传动（架悬式）轮对空心轴传动（架悬式SS8）架悬式——直接联轴节全悬挂牵引电机机座一侧上方伸出期限悬臂，下方有一支承，均通过螺钉弹性地固定在转向架的横梁上。

电机的转矩通过联轴器传递到齿轮箱。

优点：结构简单缺点：联轴器占用较大的轴向尺寸，联轴器传递的转矩有限。

主要用于地铁，动力分散的动车上。

中原之星、国产地铁列车采用这种传动方式。

全体悬牵引电动机安装在车体底架上，弹性元件多用万向轴代替。

驱动装置属于二系悬挂簧上重量。

运行速度200km/h以上。

其多用于高速动力车，如TGV。

半体悬半体悬驱动装置一侧吊在构架上，另一侧挂在车体上。

驱动装置的2/3属于二系簧上重量。

运行速度200km/h以上。

实例：ICE、中华之星轮对空心轴传动（体悬式---ICE）3.4并联供电z各电机参数不一致z轮径差各电机之间参数不一致定子电阻小定子电感小转子漏感较小转子电阻大轮径偏差对电机转矩、电流的影响大大小小轮径小小小大大轮径大转矩电流转矩电流制动工况牵引工况轮径偏差对电机温升的影响——在牵引工况与制动工况，轮径偏差对电流、转矩影响相反。

——轮径大的电流大→温升升高→转子电阻增大→同一转差率的转矩、电流减小→温升降低机车：牵引占主导，轮径偏差对电机温升影响较大s’=s+ΔD/D（n-1)/n （IEC61377）地铁车辆：牵引、制动所占比例相近，轮径偏差对电机温升影响较小4.异步牵引电动机牵引性能和主要技术经济指标4.1牵引性能指标最大转矩（最大电流）额定转矩额定转速额定功率恒功范围IEC60349-2、GB7554.2主要技术经济指标单位重量的转矩M N/G单位重量的计算转矩M1/G(1).最大功率：指电机在较短时间内所能发挥的功率(2).持续定额以及持续功率：在该工况下电机能长时运行。

主要取决于电机的散热能力，其与通风系统有很大的关系。

(3).小时功率定额以及小时功率，在该工况下电机能运行1小时。

除与散热能力外，还与电机的热容量有关。

持续功率与小时功率之比为通风系数K B =P ∞/P H对于自通风电机，K B =0.7-0.85。