第五章 脉流牵引电动机的结构

第五章脉流牵引电动机的结构脉流牵引电动机的结构与普通直流电机基本相同，但为了适应牵引电动机运行性能、通风冷却方式、传动方式、安装方式及使用环境等条件，脉流牵引电动机某些零部件的结构与普通直流电机有一定差别。

本章在介绍牵引电动机定额的基础上，结合牵引电动机实际结构，介绍牵引电动机制造中常用的电工材料，讨论脉流牵引电动机主要零部件的功用和结构型式，最后扼要说明典型脉流牵引电动机的结构特点。

第一节牵引电动机的定额和额定数据电机是实现机、电能量转换的机械，因此要有各种电量和机械量来表征其运行性能，电机的定额就是由电机制造厂按照国家技术标准要求，对电机全部电量和机械量的数值以及运行方式所做的规定，表示了电机的运行特点和工作能力。

规定定额的目的是为了能在试验台上验证电机的性能，作为评价电机的依据，对不同电机进行比较；还是应用部门正确使用电机的依据。

一、牵引电动机的定额机车用直流电机的定额按照铁道部标准“机车用直流电机基本技术条件”（TB1449一2000）规定，分为连续定额、小时定额、断续定额及等效定额4类，全部按定额运行称为“额定运行”。

1．连续定额连续定额是相应于电机在试验台上，按温升试验所规定的条件连续运行，且温升不超过规定限值时，所能承受负载的定额，见表4—2。

2．小时定额小时定额是相应于电机在试验台上，按温升试验所规定的条件，从实际冷态开始运行一小时，而温升不超过规定限值时所能承受负载的定额．3．断续定额断续定额是相应于一系列完全相同的周期，每一周期包括一个或几个在规定负载值下的工作时间，根据情况，不论是否被一个停止时间所隔开，在长期运行以后，电机的温升不超过规定的限值。

4．等效定额等效定额是断续定额的替代办法。

它具有恒定电压、电流和转速值的连续或短时定额的作用，就温升而言，它与电机在实际使用中承受一系列断续的工作周期是等效的。

根据机车运行特点，牵引电动机负载的性质基本L是连续的和短时重复的。

因此，牵引电动机规定了两个定额，即连续定额和小时定额。

二、额定数据在规定定额下，制造厂对电机的每个电量或机械量所规定的数值，称为电机的额定数据。

牵引电动机所规定的两种定额下的额定数据含义如下：1．额定小时功率P Nh额定小时功率是指牵引电动机在规定的通风条件下，从实际冷态开始运行一小时，各部件温升不超过允许值时，电动机轴上输出的有效机械功率。

2．额定连续功率P N∞牵引电动机在连续定额功率下工作，经过较长时间运行以后，电机温升在允许范围内不再增加时，电动机轴上输出的有效机械功率。

小时功率和连续功率在概念上的区别是：电动机从实际冷态开始在小时功率下运行一小时，损耗产生的热量主要被电动机各部件所吸收。

因此，小时功率的大小主要取决于电动机热容量的大小；电动机长时间运行后，损耗产生的热量全部由冷却介质散发出去，因此，连续功率取决于电动机的散热能力，通风效果越好，散发的热量就越多，连续功率也越大。

3．额定电压U N额定电压是指在额定运行时电机的端电压。

由直流接触网直接供电的直流牵引电动机，其额定电压等于接触网的额定电压。

对于通过机车上变压器一整流器组及平波电抗器供电的脉流牵引电动机，其额定电压不受接触网电压的限制，可根据机车和牵引电动机在设计和运用方面最经济、最可靠的条件来选择，由用户和制造厂协商决定。

为保证牵引电动机正常可靠运行，铁道部标准TB 1449—2000中规定了电机的最高电压。

对于由直流接触网供电的牵引电动机，最高电压规定为额定电压的1.2倍。

对于通过机车上变压器一整流器组及平波电抗器供电的脉流牵引电动机，最高电压规定为额定电压的1.16倍。

4．额定电流I N额定电流是指电机在额定运行时，允许从电源输人的电流。

牵引电动机的额定电流与额定小时功率和额定连续功率相对应，有额定小时电流 I Nh 和和额定连续电流 I N ∞，它们和功率、电压的关系为：N ηηNh Nh U P I = （5-1） ∞∞∞=N ηN N U P I （5-2） 式中 V h ——小时额定运行时的效率；η∞——连续额定运行时的效率。

电机使用中不允许超过的电流称为最大电流。

对于牵引电动机，最大电流规定为额定电流的2倍。

5．额定转速n N额定转速是指电机在额定运行时的转速。

牵引电动机的额定转速是指与机车额定速度相对应的电动机转速（按机车轮箍处于“半磨耗”状态进行换算）。

小时定额和连续定额下的额定转速分别为n Nh 和n N ∞牵引电动机的最大转速是指与机车正常运行时的最大速度相对应的电动机转速（按机车轮箍处于“半磨耗”状态进行换算）。

6．串励电动机的励磁率串励电动机的励磁率是指励磁绕组中的安匝数与该励磁绕组在相同电枢电流下所能得到的最大安匝数之比。

串励牵引电动机的励磁条件规定如下：（1）当通过励磁绕组的电流等于电枢电流时，为满磁场；（2）当电动机以使用中允许的最大励磁率运行时，为最大磁场；（3）当电动机以比最大磁场较小的励磁率运行时，为削弱磁场；（4）当电动机以使用中允许的最小励磁率运行时，为最小磁场；（5）当电动机励磁绕组无并联的固定分路时，最大磁场和满磁场相等。

三、牵引电动机的型号我国牵引电动机的型号在1987年以前是根据电工产品型号编制办法统一编制的，它由汉语拼音大写字母和阿拉伯数字组成。

汉语拼音字母表示电动机的类型，如直流（或脉流）牵引电动机用“ZQ”表示；数字表示该电机的近似功率数（单位为kw），SS3B型电力机车采用的脉流牵引电动机型号为ZQ 800－1，该电机的功率为800 kw，横线后面的数字表示同功率电机的设计序号。

1987年1月1日开始实施的铁道部标准《机车用电机产品型号编制和申请办法》（TB1705—86），对专为铁路干线机车、动车设计制造的电机型号编制方法作了新的规定。

产品型号由产品代号、用途及设计代号和改型设计代号3部分组成，按下列顺序排列。

产品代号用汉语拼音大写字母表示，由电流制代号和电机种类代号两个小节顺序组成。

具体代号规定为：交流——J；直流（或脉流）——Z；发电机——F；电动机——D；劈相机——P。

用途和设计代号用3位阿拉伯数字组成。

左起第一位数字为电机用途代号，具体代号规定为：牵引电动机——1；主发电机——2；辅助电动机——3；辅助发电机——4。

第二、三位数字为设计代号，由归口单位按设计顺序给定。

如SS8型电力机车采用的脉流牵引电动机，其型号为ZD115，设计顺序为15号。

改型设计代号以汉语拼音字母表为序，标明改型的次序。

对于第一次设计的产品，不标注改型设计代号。

对于现在生产的产品，可沿用原型号，但改型时必须申请新型号。

四、铭牌每台牵引电动机都有一块铭牌，铭牌上标有该电机的型号、主要额定数据及绝缘等级、励磁方式等，铭牌样式如下：铁道部株洲电力机车工厂脉流牵引电动机电机型号ZD105 定额连续制小时制出厂日期年月技术条件ZD10-000-000-JT 额定功率800 860KW 重量3970kg励磁方式串励额定电压1020 1020V 最大电压1183V绝缘等级H/F 额定电流840 910A 最大电流1200A出厂序号XXXXX 额定转速960 940r/min 最大转速1850 r/min额定磁场96% 96%第二节牵引电动机常用的电工材料及绝缘结构（*）牵引电动机运行条件十分苛刻，不仅在体积、重量方面受到限制，而且承受轨道冲击，并在恶劣的环境下使用。

因此，电工材料的选用对其运行性能。

电气和机械强度有着非常重要的意义。

牵引电动机常用的电工材料有导电材料、导磁材料和绝缘材料。

一、导电材料用来制造牵引电动机线圈的导线、换向器的梯形铜排、引线电缆和电碳制品等均属导电材料。

1．导线导线有铜导线和铝导线两种。

牵引电动机的线圈一般采用软铜导线，它是由含铜量在99．9％以上的纯铜（或称紫铜）制成的硬铜线，经退火处理而得。

它具有导电性能好（仅次于银）、电阻系数小、良好的导热性和耐腐蚀性，在常温下有足够的机械强度、良好的延展性、便于加工等一系列优点。

铜导线按外表面有无绝缘层分为裸铜线和电磁线两类。

（1）裸铜线裸铜线是一种表面没有绝缘层的导线。

按其截面形状可分为扁铜线和圆铜线两种，扁铜线又可分为硬扁铜线（TBY）和软扁铜线（TBR）两种。

牵引电动机的磁极线圈常采用软扁铜线制成。

（2）电磁线电磁线是一种外表面带有绝缘层的导线。

按耐热等级、绝缘材料类别、用途的不同可分为：普通漆包线、耐高温漆包线、纤维漆包线及特种漆包线等。

牵引电动机电枢线圈常用的电磁线有高强度聚脂漆包线、高强度聚脂亚胺漆包线、高强度聚酷亚胺漆包线、玻璃丝包线、玻璃丝包漆包线、高强度聚酚亚胺薄膜漆包线等。

2．梯形铜排牵引电动机的换向片采用由电解铜经冷技成型的梯形铜排制成，在牵引电动机中，为了提高换向片的耐磨性、耐弧性和机械性能，梯形铜排中常含有银、锅、铬、铝和稀土等。

3．电碳制品电碳制品用来制造电机的电刷，主要是由于它具有良好的导电性、极高的导热系数、耐高温，在有水蒸气的情况下，石墨自润滑性好，化学稳定性好，只与很强的氧化剂作用等优点。

电碳制品由碳质材料。

碳一石墨材料、天然石墨材料、电化石墨质材料和金属一石墨质材料等5类基本材料组成。

脉流牵引电动机运行状况是否良好，除取决于其设计和结构是否合理外，还与正确选用电刷的材料及结构有着密切的关系。

因此，脉流牵引电动机广泛采用电化石墨电刷。

二、导磁材料用来制造牵引电动机铁心的材料主要是电工钢片。

电磁性能好的电工钢片在一定的频率和磁感应强度下具有低的损耗，在一定的磁场强度下具有高的磁感应强度。

此外，加工性能、尺寸公差和表面质量等也是衡量电工钢片质量的指标。

普通电工钢片是由硅钢锭轧制而成，含硅量一般在0.8%-4.8%之间，电工钢片按轧制方法分为热轧和冷轧电工钢片两种，按含硅量多少可分为低硅。

中硅和高硅电工钢片。

常用厚度有0.35 mm和0.5 mm两种。

牵引电动机的电枢铁心采用冷轧电工钢片，其厚度为0.5 mm。

三、绝缘材料牵引电动机中使用有多种绝缘材料。

由同一种或几种绝缘材料通过一定的工艺而组合在一起所形成的结构称为绝缘结构。

牵引电动机中采用绝缘材料和绝缘结构，其基本作用就是把具有不同电位的各带电部件之间以及带电部件与机座、铁心等不带电的部件隔开，以确保电流能按规定的路径流通。

若电机中带电部件与机座、铁心等不带电的部件之间的绝缘被破坏，叫做电机“接地”。

若电机中电位不同的带电部件之间的绝缘被破坏，叫做“短路”。

接地和短路都是电机的故障状态，严重的绝缘损坏将导致整个电机烧损。

1．绝缘材料的基本要求为保证电机可靠运行，避免发生接地和短路故障，对电机绝缘材料和绝缘结构的基本要求是：（1）应有良好的介电性能，即具有较高的绝缘电阻和耐压强度（绝缘的耐压强度是指1mm厚的绝缘材料在电压作用下不被击穿所能承受的电压值）；（2）应有良好的耐热性能，即不因长时间受热作用而失去它的介电性能和机械强度；（3）应有良好的机械强度和耐磨性能（机械强度是指绝缘材料每c㎡面积所能承受的拉力kg）；（4）应有良好的导热性、防潮性等。