牵引电机_1.docx

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1、牵引电机1084.5牵引电机4.5.1牵引电机的特点及参数4.5.1.1概述YJ85A型电机是逆变器供电的三相鼠笼式异步牵引电机，其整机图片见图4-58。该电机为滚抱构造，单端输出；采用强迫外通风，冷却风从非传动端进入，传动端排出；采用三轴承构造，三个轴承均为绝缘轴承；在二端盖处设有注油口，使用中可补充润滑脂。产品采用日本东芝公司技术生产，东芝原型号为SEA-107。该电机的设计和生产，得益于沟通变频调速技术的发展。该电机功率大、扭矩大，体积小、质量轻。图4-58YJ85A牵引电机整机图片4.5.1.2牵引电机的工作特点牵引电机是机车的重要部件之一，它安装在转向架上，通过齿轮与轮对相连。机车在

2、牵引运行状态时，牵引电机将电能转换成机械能，通过轮对驱动机车运行。当机车在电气制动状态运行时，牵引电机将机械能转换成电能，产生机车的制动力，此时电机处于发电状态。牵引电机的工作条件特别恶劣：负载变化大，冲击和振动严重，恶劣的风沙、雨雪气候、受酸碱性气体影响侵蚀严重。对于沟通变频调速异步牵引电机来讲，还有一个特殊之处，就是要在PWM波调制的、含有大量谐波和尖峰脉冲的、非标准的正弦波电源供电下工作。机车在运行中，牵引电机要在起动、爬坡这样的大电流状态下运行；要在平直道上轻载高速状态下运行；要在过弯道、过道岔这样的冲击和振动状态下运行；还要能适应沿海多雨潮湿、内地枯燥风沙的环境。4.5.1.3牵引电

3、机的设计要求为知足机车对电机的运行要求，牵引电机设计的要求和设计思路如下：1.在尺寸和重量受限制的情况下，应知足机车牵引和制动功率的要求为知足尺寸要求，在设计中采用高的电磁参数，用高耐热等级的绝缘材料，高性能的硅钢片和高强度的转轴等材料，选用高的加工精度要求；在制造中采用数控加工和真空压力浸漆等精细的工艺。为知足重量要求，在设计中采用无专门机座的轻量化构造。通过选择适宜的极数来控制电机重量。2.在机车总体控制和逆变器供电下，应知足机车电传动系统对牵引电机的要求为知足此要求，在设计中采用专用电磁设计软件对电机电磁性能进行优化设计，用大型商用分析软件对机械构造进行有限元分析，用电阻温度系数较小的专

4、用铜合金的导条和锻纯铜的端环；在制造中采用电磁线复合熔敷、转子整体感应焊接等新工艺。3.关键新技术和新材料要经过充分研究和试验本电机设计中，采用了外锥斜齿轮输出、无机座化定子铁心、转子整体感应焊接、进口绝缘轴承等新技术和新材料。由于电机的扭矩较大，采用锥柄齿轮将使转轴的内锥孔加工困难，本电机采用外锥斜齿轮输出，该构造由德国的VOITH公司设计，在欧洲和美国有运行经历。经VOITH公司对轴与齿轮的配合核算，证实轴与齿轮的强度是安全可靠的。无机座化定子铁心，是东芝公司在其它电机设计和制造厂经历的基础上设计的。设计完成后，对构造强度进行过分析。在制造中，为防焊接变形，采用特定的焊接工艺将工件夹装在专

5、门的焊接工装上，为更进一步消除焊接应力造成的变形，定子铁心焊接后采用真空退火工艺，通过上述一系列的措施，电机的无机座化定子铁心构造，钢度和强度均可知足机车使用要求，且定子铁心在制造经过中的变形被完全控制在许可范围内。转子整体感应焊接，在东芝公司和电机制造厂已使用多年，有一定的生产经历。耐电晕绝缘材料的采用，是针对PWM波调制的供电电源下工作的沟通变频调速异步电机，为防绝缘失效所采取的一项有效措施。这是经过实验室实验证实和其它多种电机的多年生产经历所证实的。但是本机车的PWM波调制的电源由于开关频率较低，供电电源的谐波和尖峰脉冲含量较小，电机的主绝缘系统未采用耐电晕绝缘材料，但在绕组嵌放前，在定

6、子铁心的槽底喷有一层耐电晕的绝缘漆。采用绝缘轴承，是为了防止轴电流对轴承的电蚀。轴电流的产生是由于非正弦波电源供电和制造中电机内部构造误差引起磁场的不对称所致。国内外生产的该种类型的电机均采用绝缘轴承，本次设计采用了这一成熟构造。4.5.2牵引电机的技术参数型号YJ85A(东芝原型号SEA107)额定功率1250kW额定电压2150V额定电流390A额定转速1365r/min109额定频率46Hz额定效率95功率因素0.91最高转速2662r/min极数4绝缘等级定/转200级接线方式Y冷却空气量1.53m3/s(92m3/min)重量2600kg4.5.3牵引电机的构造4.5.3.1整机构造

7、电机与机车的连接为滚抱构造，单端外锥轴斜齿轮输出，输出面锥度为1：50；电机带有一支磁电式速度传感器，测速是通过装在非输出端轴头的测速齿盘来完成；电机采用三轴承构造，传动端装用NU型绝缘圆柱滚子轴承，非传动端用一个NU型绝缘圆柱滚子轴承和一个QJ型绝缘四点接触球轴承，三个轴承均采用国产的铁路牵引电机专用润滑脂润滑。采用绝缘轴承是为了防止制造中的不对称，或逆变器脉冲电源在电机轴上产生轴电流；电机采用轴向强迫通风方式，冷却风从非传动端端盖径向通风孔进入，经过转子通风孔，定转子间的气隙，定子背部的通风道后，从传动端端盖轴向排出；电机两端的端盖均为铸钢构造，在电机定子与传动端端盖间还有一个定子过渡盘，

8、此件也为铸钢构造；在电机两端盖处均设有注油口，在维护保养时能够按要求进行定时、定量补充润滑脂。4.5.3.2电机的构造图构造图见图4-59a、4-59(b)、4-59(c)、4-59(d)。110112图4-59(d)YJ85A牵引电机构造图55-引出线护套；56-接线盒；57-大线卡子；58-橡胶护垫；4.5.3.3定子构造定子无传统的框架式机座，直接用硅钢片叠压而成；定子采用开口式槽型；定子槽内垫有槽绝缘，绕组为双层硬绕组，根据接线需要，绕组的引出线做成五种长度形式，因而无需过渡连线；定子的槽楔用绝缘材料制成且很薄；定子的三相引出线接成Y形，绕组与三相引出电缆线间有一过渡连线，此过渡连线能

9、够减少连线间截面积的过大变化和电流密度的过大变化，三相引出线采用机车专用电缆；电机设有接地线，接地线也采用机车专用电缆；针对变频电机需在较高频率下运行的特点，绕组采用聚酰亚胺薄膜带熔敷的导线二根并绕而成；为了得到足够的机械强度、良好的电气性能与优良的热稳定性，定子绕组用端箍固定；定子整体经过真空压力浸漆VPI；电机的绝缘耐热等级为200级。定子构造图见图4-60。图4-60定子构造图1-定子引线头；2-定子护环；3-定子线圈；4-槽楔；5-槽口绝缘；6-槽绝缘；7-定子铁心；8-定子护环；1.定子铁心构造定子铁心由冷轧硅钢片冲制的定子冲片叠压，通过上吊挂组件、下吊挂组件、小吊挂组件三个组件、两

10、个通风道与两端定子压圈焊接而成，定子铁心既无拉螺杆也无拉板，定子冲片与两端压圈间各有一个点焊而成的定子端板以防冲片齿涨；为防电机在运行中因小吊挂螺栓故障而脱落，在定子铁心的二个压圈间焊有一块安全托板。定子铁心构造图见图4-61。图4-62定子冲片图4-63槽形放大图3.吊挂组件和通风道定子铁心的吊挂件由压成弧形的钢板和锻钢吊挂块焊接而成，铁心上的通风道直接用钢板压制成形。4.定子线圈线圈用薄膜绕包的电磁线二根并绕绕成，线圈匝间垫有云母绝缘，对地用聚酰亚胺复合云母作为主绝缘，外包绝缘采用无缄玻璃丝带。定子线圈及线圈端部见图4-64、4-65。113图4-64定子线圈图4-65线圈端部4.5.3.

11、4转子构造转子为鼠笼式构造，鼠笼由专用铜合金导条与锻纯铜的端环用感应焊焊接而成。端环一侧车一较浅的环槽，导条与端环进行对接焊接，称为对接式构造。为防止导条在铁心槽内出现窜动，导条打入槽后，用专用滚压机将导条滚压涨紧；为提高端环抗高速旋转时产生的离心力的强度，鼠笼焊成后，端环的外圆经过加工再套一个护环；护环用高强度的专用护环钢制成；转子经过动平衡检验，避免高速旋转时对整机带来的振动。转子构造见图4-66。图4-66转子构造1-导条；2-护环；3-端环；4-平衡块；5-平衡块螺钉；6-转子铁心。1.转子铁心由冷轧硅钢片叠压而成，转轴材质为高强度合金钢，铁心两端为铸钢构造的压圈。与定子一样，冲片与两

12、端压圈间各有一个端板冲片点焊而成的转子端板以防冲片齿涨。转子铁心构造见图4-67。114图4-71导条端部构造图4.转子冲片转子冲片与定子冲片由同一张硅钢片复冲而成。定子冲片内孔落下的料，去除电机的气隙所在部分的材料后，即为转子冲片的原料。转子冲片上有二排轴向通风孔，不设径向通风槽。冲片上冲有58个半闭口槽。转子冲片及槽形分别见图4-72、4-73。图4-72转子冲片图4-73半闭口槽形5.转轴电机的转轴用优质合金钢锻造，锻造后进行粗加工、调质、精加工和磨削加工。锻造和调质保证转轴既有高的强度又有好的抗冲击韧性，精加工和磨削加工保证转轴有好的组装性能和高的回转精度。转轴为外轴锥，锥度1：50，

13、锥度大端直径125mm，转轴全长1106mm。由于锥度面较长，为拆卸齿轮方便，轴锥上均匀划了九条油槽。转轴形状见图4-74。图4-74转轴1164.5.4牵引电机的电气性能4.5.4.1电机特征点的力能指标电机特征点的力能指标见表4-6表4-6电机特征点的力能指标特征点单位启动点进恒功点最高速度点定子频率Hz0.94686电压V91.421502150定子电流A510.7390410功率kW012501250转速r/min013602662转矩Nm1185288064703功率因数0.9830.9260.871效率%094.6794.01转子频率Hz0.850.6251.389转差率%1001

14、.41.6机车速度km/h065120牵引力kN558.5412.9221.54.5.4.2电机特征点的电磁参数电机特征点的电磁参数见表4-7表4-7电机特征点的电磁参数特征点单位启动点进恒功点最高速度点定子频率Hz0.94686定子电流A510.7390410压频比V/Hz24.2225.6612.98定子齿磁密T1.91331.91420.9819转子齿磁密T1.88211.88290.9651定子轭磁密T1.49931.49930.7552转子轭磁密T0.98290.98290.4951气隙磁密T0.89370.89410.4579磁化电流A77.7677.7537.63导条/端环电密A

15、/mm29.79/8.657.45/6.588.20/7.25定子发热因数11398.46416.77352.6定子/转子铜耗kW47.74/31.6327.19/18.3132.07/22.21铁耗kW0.058.425.37机械/杂散损耗kW0/03.97/12.547.41/12.58总损耗kW79.4270.4279.631174.5.4.3电机牵引特性曲线电机牵引工况特性曲线见图4-75。图中：曲线1：电机效率与电源频率的关系(f);曲线2：电机功率因数与电源频率的关系COS(f);曲线3：电机线电压与电源频率的关系U(f);曲线4：定子电流与电源频率的关系I(f);曲线5：电机输出

16、功率与电源频率的关系P2(f);曲线6：电机转矩与电源频率的关系T(f);曲线7：电机转矩倍数与电源频率的关系Tm(f);曲线8：转子转差率与电源频率的关系S(f);4.5.4.4电机制动特性曲线电机制动工况特性曲线见图4-76。图中：曲线1：电机功率因数与电源频率的关系COS(f);曲线2：电机线电压与电源频率的关系U(f);曲线3：定子电流与电源频率的关系I(f);曲线4：电机制动功率与电源频率的关系P2(f);曲线5：电机转矩与电源频率的关系T(f);曲线6：电机效率与电源频率的关系(f);曲线7：电机转矩倍数与电源频率的关系Tm(f);曲线8：转子转差率与电源频率的关系S(f);118