【文章內(nèi)容簡介】 （三） 牽引電機(jī)的設(shè)計(jì)要求 為滿足機(jī)車對電機(jī)的運(yùn)行要求，牽引電機(jī)設(shè)計(jì)的要求和設(shè)計(jì)思路如下： 1．在尺寸和重量受限制的情況下，應(yīng)滿足機(jī)車牽引和制動(dòng)功率的要求。為滿足尺寸要求，在設(shè)計(jì)中采用高的電磁參數(shù)，用高耐熱等級(jí)的絕緣材料，高性能的硅鋼片和高強(qiáng)度的轉(zhuǎn)軸等材料，選用高的加工精度要求；在制造中采用數(shù)控加工和真空壓力浸漆等精細(xì)的工藝。 為滿足重量要求，在設(shè)計(jì)中采用無專門機(jī)座的輕量化結(jié)構(gòu)。通過選擇合適的極數(shù)來控制電機(jī)重量。 2．在機(jī)車總體控制和逆變器供電下，應(yīng)滿足機(jī)車電傳動(dòng)系統(tǒng)對牽引電機(jī)的要求。 為滿足此要求 ，在設(shè)計(jì)中采用專用電磁設(shè)計(jì)軟件對電機(jī)電磁性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，用大型商用分析軟件對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，用電阻溫度系數(shù)較小的專用銅合金的導(dǎo)條和鍛純銅的端環(huán)；在制造中采用電磁線復(fù)合熔敷、轉(zhuǎn)子整體感應(yīng)焊接等新工藝。 3．關(guān)鍵新技術(shù)和新材料要經(jīng)過充分研究和試驗(yàn)。 本電機(jī)設(shè)計(jì)中，采用了外錐斜齒輪輸出、無機(jī)座化定子鐵芯、轉(zhuǎn)子整體感應(yīng)焊接、進(jìn) 口 絕緣軸承等新技術(shù)和新材料。 由于電機(jī)的扭矩較大，采用錐柄齒輪將使轉(zhuǎn)軸的內(nèi)錐孔加工困難，本電機(jī)采用外錐斜齒輪輸出，該結(jié)構(gòu)由德國的 VOITH 公司設(shè)計(jì)，在歐洲和美 國有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)對軸與齒輪的配合核算，證明軸與齒輪的強(qiáng)度是安全可靠的。 無機(jī)座化定子鐵芯，是在其他電機(jī)設(shè)計(jì)和制造廠經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)完成后，對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行過分析。在制造中，為防焊接變形，采用特定的焊接工藝將工件夾裝在專門的焊接工裝上，為更進(jìn)一步消除焊接應(yīng)力造成的變形，定子鐵芯焊接后采用真空退火工藝，通過上述一系列的措施，電機(jī)的無機(jī)座化定子鐵芯結(jié)構(gòu)，鋼度和強(qiáng)度均可滿足機(jī)車使用要求，且定子鐵芯在制造過程中的變形被完全控制在許可范圍內(nèi)。 耐電暈絕緣材料的采用，是針對 PWM 波調(diào)制的供電電源下工 作的交流變頻調(diào)速異步電機(jī)，為防絕緣失效所采取的一項(xiàng)有效措施。這是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)證明和其他多種電機(jī)的多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)所證明的。但是本機(jī)車的 PWM 波調(diào)制的電源由于開關(guān)頻率較低，供電電源的諧波和尖峰脈沖含量較小，電機(jī)的主絕緣系統(tǒng)未采用耐電暈絕緣材料，但在繞組嵌放前，在定子鐵芯的槽底噴有一層耐電暈的絕緣漆。 采用絕緣軸承，是為了防止軸電流對軸承的電蝕。軸電流的產(chǎn)生是由于非正弦波電源供電和制造中電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)誤差引起磁場的不對稱所致。國內(nèi)外生產(chǎn)的該種類型的電機(jī)均采用絕緣軸承，本次設(shè)計(jì)采用了這一成熟結(jié)構(gòu)。 (四 )牽引 電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 5 型號(hào) YJ85A 額定功率 1250KW 額定電壓 2150V 額定電流 390A 額定轉(zhuǎn)速 1365r/min 額定頻率 46Hz 額定效率 95% 功率因數(shù) 最高轉(zhuǎn)速 2662r/min 極數(shù) 4 絕緣等級(jí)（定 /轉(zhuǎn)） 200 級(jí) 接線方式 Y 冷卻空氣量 (92m3/min) 重量 2600kg (五 )牽引電機(jī)的結(jié)構(gòu) 整機(jī)結(jié)構(gòu) 電機(jī)與機(jī)車的連接為滾動(dòng)抱軸承結(jié)構(gòu)，單端外錐軸斜齒輪輸出，輸出面錐度為1： 50；電機(jī)帶有一支磁電式速度傳感器，測速是通過裝在非輸出端軸頭的測速齒盤來完成；電機(jī)采用三軸承結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)端裝用 NU 型絕緣圓柱滾子軸承，非傳動(dòng)端用一個(gè)NU 型絕緣圓柱滾子軸承和一個(gè) QJ 型絕緣四點(diǎn)接觸球軸承，三個(gè)軸承均采用國產(chǎn)的鐵路牽引電機(jī)專用潤滑脂潤滑 。采用絕緣軸承是為了防止制造中轉(zhuǎn)子和定子不同心，或逆變器脈沖電源在電機(jī)軸上產(chǎn)生軸電流；電機(jī)采用軸向強(qiáng)迫通風(fēng)方式，冷卻風(fēng)從非傳動(dòng)端端蓋徑向通風(fēng)孔進(jìn)入，經(jīng)過轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔，定轉(zhuǎn)子間的氣隙，定子背部的通風(fēng)道后，從傳動(dòng)端端蓋軸向排出；電機(jī)兩端的端蓋均為鑄鋼結(jié)構(gòu)，在電機(jī)定子與傳動(dòng)端端蓋間還有一個(gè)定子過渡盤，此件也為鑄鋼結(jié)構(gòu)；在電機(jī)兩端蓋處均設(shè)有注油口，在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)可以按要求進(jìn)行定時(shí)、定量補(bǔ)充潤滑脂。 電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 結(jié)構(gòu)圖見圖 4. 59 所示。 6 3 、 定子結(jié)構(gòu) 定子無傳統(tǒng)的框架式機(jī)座，直接用硅 鋼片疊壓而成，定子采用開口式槽型。定子槽內(nèi)墊有槽絕緣，繞組為雙層硬繞組，根據(jù)接線需要，繞組的引出線做成五種長度形式，因此無需過渡連線，定子的槽楔用絕緣材料制成且很薄。定子的三相引出線接成 Y形，繞組與三相引出電纜線間有一過渡連線，此過渡連線可以減少連線間截面積的過大變化和電流密度的過大變化，三相引出線采用機(jī)車專用電纜。電機(jī)設(shè)有接地線，接地線也采用機(jī)車專用電纜。針對變頻電機(jī)需在較高頻率下運(yùn)行的特點(diǎn)，繞組采用聚酰亞胺薄膜帶熔敷的導(dǎo)線二根并繞而成。為了得到足夠的機(jī)械強(qiáng)度、良好的電氣性能與優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，定子繞組用端 箍固定。定子整體經(jīng)過真空壓力浸漆 ( VPI)，電機(jī)的絕緣耐熱等級(jí)為 200 級(jí)。定子結(jié)構(gòu)圖見圖 4. 60。 7 （ 1） 定子鐵芯結(jié)構(gòu) 定子鐵芯由冷軋硅鋼片沖制的定子沖片疊壓，通過上吊掛組件、下吊掛組件、小吊掛組件三個(gè)組件及兩個(gè)通風(fēng)道與兩端定子壓圈焊接而成，定子鐵芯既無拉螺桿也無拉板，定子沖片與兩端壓圈間各有一個(gè)點(diǎn)焊而成的定子端板以防沖片齒脹；為防電機(jī)在運(yùn)行中因小吊掛螺栓故障而脫落，在定子鐵芯的二個(gè)壓圈間焊有一塊安全托板。定子鐵芯結(jié)構(gòu)圖見圖 4. 61。 （ 2） 定子沖片 用 50W470 硅鋼片沖制而成，沖片內(nèi)圓沖有 72 個(gè)開口槽，沖片上既沒有軸向通風(fēng)孔也沒有焊接用定位槽，定子沖片、槽形放大圖見圖 4. 6 。 8 （ 3） 吊掛組件和通風(fēng)道 定子鐵芯的吊掛件由壓成弧形的鋼板和鍛鋼吊掛塊焊接而成，鐵芯上的通風(fēng)道直接用鋼板壓制成形。 （ 4） 定子線圈 線圈用薄膜繞包的電磁線二根并繞繞成，線圈匝間墊有云母絕緣，對地用聚酰亞胺復(fù)合云母作為主絕緣，外包絕緣采用無堿玻璃絲帶。定子線圈及線圈端部見圖 4. 6 4 、 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子為鼠籠式結(jié)構(gòu)，鼠籠由專用銅合金導(dǎo) 條與鍛純銅的端環(huán)用感應(yīng)焊焊接而成。 端 環(huán)一側(cè)車一較淺的環(huán)槽，導(dǎo)條與端環(huán)進(jìn)行對接焊接，稱為對接式結(jié)構(gòu)。為防止導(dǎo)條在鐵 芯 槽內(nèi)出現(xiàn)竄動(dòng)，導(dǎo)條打入槽后，用專用滾壓機(jī)將導(dǎo)條滾壓脹緊；為提高端環(huán)抗高速旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)時(shí) 產(chǎn)生的離心力的強(qiáng)度，鼠籠焊成后，端環(huán)的外圓經(jīng)過加工再套一個(gè)護(hù)環(huán)；護(hù)環(huán)用高強(qiáng)度 的 專用 66 環(huán)鋼制成；轉(zhuǎn)子經(jīng)過動(dòng)平衡檢驗(yàn)，避免高速旋轉(zhuǎn)時(shí)對整機(jī)帶來的振動(dòng)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 見 圖 。 （ 1） 轉(zhuǎn)子鐵芯 由冷軋硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)軸材質(zhì)為高強(qiáng)度合金鋼，鐵芯兩端為鑄鋼結(jié)構(gòu)的壓 9 圈。與定子一樣，沖片與 67 壓圈間 各有一個(gè)端板沖片點(diǎn)焊而成的轉(zhuǎn)子端板以防沖片齒脹。轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)見圖 。 （ 2） 轉(zhuǎn)子端環(huán)、轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán) 轉(zhuǎn)子端環(huán)用鍛純銅制成，轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)用高強(qiáng)度的專用護(hù)環(huán)鋼（特種不銹鋼）制成。二件均用整體鍛出，不得拼焊。為防護(hù)環(huán)帶磁性在電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生渦流發(fā)熱，護(hù)環(huán)加工后除需經(jīng)超聲波探傷外還需進(jìn)行剩余殘磁量的檢查。 轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的作用是對端環(huán)及端環(huán)與導(dǎo)條的焊接面進(jìn)行保護(hù)，所以護(hù)環(huán)材料的機(jī)械性能的穩(wěn)定、化學(xué)成分的穩(wěn)定，內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的均勻，加工尺寸的合格都至關(guān)重要。 端環(huán)與護(hù)環(huán)間過盈量的選取也是一 個(gè)很重要的問題，由于不同的材料有不同的彈性模量和線脹系數(shù)，所以在選取過盈量時(shí)應(yīng)考慮電機(jī)運(yùn)行中溫度變化帶來的影響。 端環(huán)、護(hù)環(huán)見圖 4. 6 。 （ 3） 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的材料選用電阻溫度系數(shù)較小的專用銅合金拉制或軋制，導(dǎo)條形狀見圖 ，導(dǎo)條端部結(jié)構(gòu)見圖 。 10 （ 4） 轉(zhuǎn)子沖片 轉(zhuǎn)子沖片與定子沖片由同一張硅鋼片復(fù)沖而成。定子沖片內(nèi)孔落下的料，去除電機(jī)的氣隙所在的部分的材料后，即為轉(zhuǎn)子沖片的原料。 轉(zhuǎn)子沖片上有兩排軸向通風(fēng)孔，不設(shè)徑向通風(fēng)槽。沖片上 有 58 個(gè) 半閉口槽。轉(zhuǎn)子沖片及槽型分別見圖 、 。 （ 5） 轉(zhuǎn)軸 電機(jī)的轉(zhuǎn)軸用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛造，鍛造后進(jìn)行粗加工、調(diào)質(zhì)、精加工和磨削加工。鍛造和調(diào)質(zhì)保證轉(zhuǎn)軸既有高的強(qiáng)度又有好的抗沖擊韌性，精加工和磨削加工保證轉(zhuǎn)軸有好的組裝性能和高的回轉(zhuǎn)精度。轉(zhuǎn)軸為外軸錐，錐度 1： 50，錐度大端直徑φ 125mm，轉(zhuǎn)軸全長 1106mm。由于錐度面較長，為拆卸齒輪方便，軸錐上均勻劃了 9 條油槽。轉(zhuǎn)軸形狀見圖 。 11 （ 六 ） 牽引電機(jī)的電氣性能 1 、 電機(jī)特征點(diǎn)的力能指標(biāo) ， 電機(jī)特征點(diǎn)的力能指標(biāo)見表 。 2 、 電機(jī)特征點(diǎn)的電磁參數(shù) 電機(jī)特征點(diǎn)的電磁參數(shù)見表 。 12 表 電機(jī)特征點(diǎn)的電磁參數(shù) 電機(jī)牽引特性曲線 電機(jī)牽引工況特性曲線見圖 4. 75。圖中： 電機(jī)制動(dòng)特性曲線 電機(jī)制動(dòng)工況特性曲線見圖 4. 76。圖中： 13 圖 4. 75 電機(jī)牽引工況特性曲線 圖 4. 76 電機(jī)制動(dòng)工況特性曲線 14 （七 ） 牽引電機(jī)的技術(shù)要求 使用環(huán)境條件 (1)環(huán)境空氣溫度（遮陰處）為 25℃～ 45℃；在 40℃～ 25℃可正常存放， (2)海 拔不超過 2 500 m； (3)空氣相對濕度：最濕月月平均最大相對濕度為 90%（該月月平均最低溫度為25℃）； (4)配裝的機(jī)車可以受雨、雪、風(fēng)沙的侵襲，但電機(jī)的冷卻空氣需經(jīng)濾清； (5)電機(jī)可承受機(jī)車正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)。 一般要求 (1)產(chǎn)品符合本電機(jī)專用技術(shù)條件的要求，并按經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣及技術(shù)文件制造。 (2)產(chǎn)品的整機(jī)及主要零部件（例如：定子、轉(zhuǎn)子和易損件等）均具有互換性。 (3)外形及安裝尺寸符合經(jīng)機(jī)車制造廠簽認(rèn)的本牽引電機(jī)外形圖。 (4)電機(jī)組裝完成 后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、輕快、軸承無停滯現(xiàn)象，聲音均勻無雜音，電機(jī)裝配部件完整正確，表面漆干燥、無污損、碰壞、裂痕等現(xiàn)象。 電機(jī)定額和通風(fēng) 電機(jī)以連續(xù)定額為保證定額；電機(jī)為強(qiáng)迫外通風(fēng)，風(fēng)量為 1. 53 m3/s(92 m3／ min)。 溫升限值 (1)當(dāng)電機(jī)在冷卻空氣溫度為 10℃～ 40℃之間的環(huán)境條件下，用 PWM 波逆變器供 電下進(jìn)行各種定額的溫升試驗(yàn)，其允許溫升值不超過表 規(guī)定。 表 溫升限值 ┏━━━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ 電機(jī)部件 ┃ 濺量方法 ┃ 允許溫升 (K) ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ 15 ┃ 定子繞組 ┃ 電阻法 ┃ 200 ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ 轉(zhuǎn)子 ┃ 電溫度計(jì)法 ┃ 溫升以不損害鄰近繞組或其他部件為限 ┃ ┗━ ━━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ 當(dāng)冷卻空氣溫度在 10℃～ 40℃之外時(shí)，應(yīng)對所測溫升進(jìn)行修正。修正公式如下： 修正溫升一△ Θ[1（ t25）／（ 235+AO+t） ] 式中 t 為試驗(yàn)時(shí)冷卻空氣溫度。 (2)軸承溫升限值：當(dāng)冷卻空氣溫度不超過 40℃時(shí)，電機(jī)軸承允許溫升限值為 55 K。 承受超速性能 電機(jī)在熱態(tài)下，能承受 3 194 r／ min， 2 min的超速試驗(yàn)。試驗(yàn)后電機(jī)沒有影響正常運(yùn)行的機(jī)械損傷和永久變形。 注：在 做出廠試驗(yàn)時(shí)，為預(yù)防因空轉(zhuǎn)高速運(yùn)行對軸承的損害，超速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速應(yīng)減少到 2 662 r／ min。 絕緣性能 （ 1） 絕緣電阻 電機(jī)在熱態(tài)下，用 1 000 V兆歐表測量定子繞組對機(jī)座的絕緣電阻值應(yīng)不低于 10 MΩ 。冷態(tài)下，絕緣電阻值應(yīng)不低于 100 MΩ。 用 500V兆歐表測量定子對轉(zhuǎn)軸間的絕緣電阻應(yīng)不低于 5 MΩ 。 （ 2） 承受對地耐壓性能 在熱態(tài)下，定子繞組對機(jī)座可承受 5 400 V工頻耐壓 l min，無擊穿和閃絡(luò)。 電機(jī)的振動(dòng) 電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)空轉(zhuǎn)運(yùn)行，當(dāng) 固定時(shí)其振動(dòng)速度小于 mm/s，當(dāng)自由狀態(tài) 時(shí)其振動(dòng)速度小于 mm/s。 電機(jī)的噪聲 電