交流异步牵引电机-动车与轨道交通-鹏芃科艺

交流异步牵引电机

AC Asynchronous Traction Motor

动车组由牵引电机带动轮对旋转驱动列车运动，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，非常适合做车辆的牵引电机，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，电力机车开始转用三相交流电机，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，目前动车主要使用三相异步电机，本课件通过一个模型介绍异步牵引电机的主要组成与结构，该模型参考CRH2动车组使用的MT205型三相鼠笼异步电机的结构绘制。

MT205三相鼠笼异步电机的主要参数：

电源相数: 3相电机极数： 4极输出功率： 300kW

电源频率：140Hz 转差率： 1.4%

转速： 4140 r/min 最高使用转速： 6120 r/min

定子铁芯槽数： 36 转子铁芯槽数： 46

冷却方式：强制风冷方式

定子铁芯与绕组

图1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。

定子铁芯与转子铁芯

图1--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2是嵌有绕组的铁芯。

嵌有绕组的定子铁芯

图2--嵌有绕组的定子铁芯

定子安装在机座内，机座还要支撑转子，图3是机座的主要组成部件。

牵引电机机座与端盖

图3--机座与端盖等部件

机座是安装定子的地方，在机座上有托架，用来固定牵引电机在转向架上。端盖封闭电机并支撑转子，在非传动端的端盖（后端盖）上部有冷却空气进口，在传动端的端盖（前端盖）开有多个大孔作为空气出口。图4是剖开的机座与端盖图。

机座与端盖剖视图

图4--机座与端盖剖视图

图5是装入机座的定子与绕组的剖视图。

动车电机定子与机座

图5--装入机座的定子与绕组剖视图

转子结构

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，图6是压装上转轴的转子铁芯，在铁芯两端装上压圈。

转子铁芯与轴

图6--转子铁芯与轴

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。导条采用黄铜制作，短路环采用纯铜制作，用银焊进行焊接，见图7。

鼠笼转子

图7--鼠笼转子

隐去鼠笼以外的部分就可看到完整的鼠笼，见图8。

转子鼠笼

图8--转子鼠笼

在转子轴两端装上轴承，轴承安装在机座两端的端盖上，起到对转子的支撑作用，见图9。

牵引电机鼠笼转子

图9--鼠笼转子与轴承

异步电机的控制需要准确检测转子的转速，通过转差率控制电机的转矩与效率。在电机非传动端的安装转速传感器，见图10，传感器安装在轴承外边，在转轴的轴端安装测速齿轮，齿轮随转轴同轴同步旋转。在齿轮的圆周安装磁敏传感器，齿轮转动时，会引起磁敏元件的磁通变化，从而输出脉冲信号，磁敏传感器测转速的原理在磁敏电阻转速传感器课件介绍。

电机速度传感器