【文章內容簡介】 （三） 牽引電機的設計要求 為滿足機車對電機的運行要求，牽引電機設計的要求和設計思路如下： 1．在尺寸和重量受限制的情況下，應滿足機車牽引和制動功率的要求。為滿足尺寸要求，在設計中采用高的電磁參數(shù)，用高耐熱等級的絕緣材料，高性能的硅鋼片和高強度的轉軸等材料，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的工藝。 為滿足重量要求，在設計中采用無專門機座的輕量化結構。通過選擇合適的極數(shù)來控制電機重量。 2．在機車總體控制和逆變器供電下，應滿足機車電傳動系統(tǒng)對牽引電機的要求。 為滿足此要求 ，在設計中采用專用電磁設計軟件對電機電磁性能進行優(yōu)化設計，用大型商用分析軟件對機械結構進行有限元分析，用電阻溫度系數(shù)較小的專用銅合金的導條和鍛純銅的端環(huán)；在制造中采用電磁線復合熔敷、轉子整體感應焊接等新工藝。 3．關鍵新技術和新材料要經過充分研究和試驗。 本電機設計中，采用了外錐斜齒輪輸出、無機座化定子鐵芯、轉子整體感應焊接、進 口 絕緣軸承等新技術和新材料。 由于電機的扭矩較大，采用錐柄齒輪將使轉軸的內錐孔加工困難，本電機采用外錐斜齒輪輸出，該結構由德國的 VOITH 公司設計，在歐洲和美 國有運行經驗。經對軸與齒輪的配合核算，證明軸與齒輪的強度是安全可靠的。 無機座化定子鐵芯，是在其他電機設計和制造廠經驗的基礎上設計的。設計完成后，對結構強度進行過分析。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，為更進一步消除焊接應力造成的變形，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，電機的無機座化定子鐵芯結構，鋼度和強度均可滿足機車使用要求，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。 耐電暈絕緣材料的采用，是針對 PWM 波調制的供電電源下工 作的交流變頻調速異步電機，為防絕緣失效所采取的一項有效措施。這是經過實驗室實驗證明和其他多種電機的多年生產經驗所證明的。但是本機車的 PWM 波調制的電源由于開關頻率較低，供電電源的諧波和尖峰脈沖含量較小，電機的主絕緣系統(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。軸電流的產生是由于非正弦波電源供電和制造中電機內部結構誤差引起磁場的不對稱所致。國內外生產的該種類型的電機均采用絕緣軸承，本次設計采用了這一成熟結構。 (四 )牽引 電機的技術參數(shù) 5 型號 YJ85A 額定功率 1250KW 額定電壓 2150V 額定電流 390A 額定轉速 1365r/min 額定頻率 46Hz 額定效率 95% 功率因數(shù) 最高轉速 2662r/min 極數(shù) 4 絕緣等級（定 /轉） 200 級 接線方式 Y 冷卻空氣量 (92m3/min) 重量 2600kg (五 )牽引電機的結構 整機結構 電機與機車的連接為滾動抱軸承結構，單端外錐軸斜齒輪輸出，輸出面錐度為1： 50；電機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；電機采用三軸承結構，傳動端裝用 NU 型絕緣圓柱滾子軸承，非傳動端用一個NU 型絕緣圓柱滾子軸承和一個 QJ 型絕緣四點接觸球軸承，三個軸承均采用國產的鐵路牽引電機專用潤滑脂潤滑 。采用絕緣軸承是為了防止制造中轉子和定子不同心，或逆變器脈沖電源在電機軸上產生軸電流；電機采用軸向強迫通風方式，冷卻風從非傳動端端蓋徑向通風孔進入，經過轉子通風孔，定轉子間的氣隙，定子背部的通風道后，從傳動端端蓋軸向排出；電機兩端的端蓋均為鑄鋼結構，在電機定子與傳動端端蓋間還有一個定子過渡盤，此件也為鑄鋼結構；在電機兩端蓋處均設有注油口，在維護保養(yǎng)時可以按要求進行定時、定量補充潤滑脂。 電機的結構圖 結構圖見圖 4. 59 所示。 6 3 、 定子結構 定子無傳統(tǒng)的框架式機座，直接用硅 鋼片疊壓而成，定子采用開口式槽型。定子槽內墊有槽絕緣，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，三相引出線采用機車專用電纜。電機設有接地線，接地線也采用機車專用電纜。針對變頻電機需在較高頻率下運行的特點，繞組采用聚酰亞胺薄膜帶熔敷的導線二根并繞而成。為了得到足夠的機械強度、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。定子整體經過真空壓力浸漆 ( VPI)，電機的絕緣耐熱等級為 200 級。定子結構圖見圖 4. 60。 7 （ 1） 定子鐵芯結構 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、小吊掛組件三個組件及兩個通風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點焊而成的定子端板以防沖片齒脹；為防電機在運行中因小吊掛螺栓故障而脫落，在定子鐵芯的二個壓圈間焊有一塊安全托板。定子鐵芯結構圖見圖 4. 61。 （ 2） 定子沖片 用 50W470 硅鋼片沖制而成，沖片內圓沖有 72 個開口槽，沖片上既沒有軸向通風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 、 轉子結構 轉子為鼠籠式結構，鼠籠由專用銅合金導 條與鍛純銅的端環(huán)用感應焊焊接而成。 端 環(huán)一側車一較淺的環(huán)槽，導條與端環(huán)進行對接焊接，稱為對接式結構。為防止導條在鐵 芯 槽內出現(xiàn)竄動，導條打入槽后，用專用滾壓機將導條滾壓脹緊；為提高端環(huán)抗高速旋轉 旋轉時 產生的離心力的強度，鼠籠焊成后，端環(huán)的外圓經過加工再套一個護環(huán)；護環(huán)用高強度 的 專用 66 環(huán)鋼制成；轉子經過動平衡檢驗，避免高速旋轉時對整機帶來的振動。轉子結構 見 圖 。 （ 1） 轉子鐵芯 由冷軋硅鋼片疊壓而成，轉軸材質為高強度合金鋼，鐵芯兩端為鑄鋼結構的壓 9 圈。與定子一樣，沖片與 67 壓圈間 各有一個端板沖片點焊而成的轉子端板以防沖片齒脹。轉子鐵芯結構見圖 。 （ 2） 轉子端環(huán)、轉子護環(huán) 轉子端環(huán)用鍛純銅制成，轉子護環(huán)用高強度的專用護環(huán)鋼（特種不銹鋼）制成。二件均用整體鍛出，不得拼焊。為防護環(huán)帶磁性在電機運行時產生渦流發(fā)熱，護環(huán)加工后除需經超聲波探傷外還需進行剩余殘磁量的檢查。 轉子護環(huán)的作用是對端環(huán)及端環(huán)與導條的焊接面進行保護，所以護環(huán)材料的機械性能的穩(wěn)定、化學成分的穩(wěn)定，內部晶格結構的均勻，加工尺寸的合格都至關重要。 端環(huán)與護環(huán)間過盈量的選取也是一 個很重要的問題，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應考慮電機運行中溫度變化帶來的影響。 端環(huán)、護環(huán)見圖 4. 6 。 （ 3） 轉子導條 轉子導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，導條形狀見圖 ，導條端部結構見圖 。 10 （ 4） 轉子沖片 轉子沖片與定子沖片由同一張硅鋼片復沖而成。定子沖片內孔落下的料，去除電機的氣隙所在的部分的材料后，即為轉子沖片的原料。 轉子沖片上有兩排軸向通風孔，不設徑向通風槽。沖片上 有 58 個 半閉口槽。轉子沖片及槽型分別見圖 、 。 （ 5） 轉軸 電機的轉軸用優(yōu)質合金鋼鍛造，鍛造后進行粗加工、調質、精加工和磨削加工。鍛造和調質保證轉軸既有高的強度又有好的抗沖擊韌性，精加工和磨削加工保證轉軸有好的組裝性能和高的回轉精度。轉軸為外軸錐，錐度 1： 50，錐度大端直徑φ 125mm，轉軸全長 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。轉軸形狀見圖 。 11 （ 六 ） 牽引電機的電氣性能 1 、 電機特征點的力能指標 ， 電機特征點的力能指標見表 。 2 、 電機特征點的電磁參數(shù) 電機特征點的電磁參數(shù)見表 。 12 表 電機特征點的電磁參數(shù) 電機牽引特性曲線 電機牽引工況特性曲線見圖 4. 75。圖中： 電機制動特性曲線 電機制動工況特性曲線見圖 4. 76。圖中： 13 圖 4. 75 電機牽引工況特性曲線 圖 4. 76 電機制動工況特性曲線 14 （七 ） 牽引電機的技術要求 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)配裝的機車可以受雨、雪、風沙的侵襲，但電機的冷卻空氣需經濾清； (5)電機可承受機車正常運行時產生的沖擊和振動。 一般要求 (1)產品符合本電機專用技術條件的要求，并按經規(guī)定程序批準的圖樣及技術文件制造。 (2)產品的整機及主要零部件（例如：定子、轉子和易損件等）均具有互換性。 (3)外形及安裝尺寸符合經機車制造廠簽認的本牽引電機外形圖。 (4)電機組裝完成 后，轉子轉動平穩(wěn)、輕快、軸承無停滯現(xiàn)象，聲音均勻無雜音，電機裝配部件完整正確，表面漆干燥、無污損、碰壞、裂痕等現(xiàn)象。 電機定額和通風 電機以連續(xù)定額為保證定額；電機為強迫外通風，風量為 1. 53 m3/s(92 m3／ min)。 溫升限值 (1)當電機在冷卻空氣溫度為 10℃～ 40℃之間的環(huán)境條件下，用 PWM 波逆變器供 電下進行各種定額的溫升試驗，其允許溫升值不超過表 規(guī)定。 表 溫升限值 ┏━━━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ 電機部件 ┃ 濺量方法 ┃ 允許溫升 (K) ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ 15 ┃ 定子繞組 ┃ 電阻法 ┃ 200 ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ 轉子 ┃ 電溫度計法 ┃ 溫升以不損害鄰近繞組或其他部件為限 ┃ ┗━ ━━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ 當冷卻空氣溫度在 10℃～ 40℃之外時，應對所測溫升進行修正。修正公式如下： 修正溫升一△ Θ[1（ t25）／（ 235+AO+t） ] 式中 t 為試驗時冷卻空氣溫度。 (2)軸承溫升限值：當冷卻空氣溫度不超過 40℃時，電機軸承允許溫升限值為 55 K。 承受超速性能 電機在熱態(tài)下，能承受 3 194 r／ min， 2 min的超速試驗。試驗后電機沒有影響正常運行的機械損傷和永久變形。 注：在 做出廠試驗時，為預防因空轉高速運行對軸承的損害，超速試驗轉速應減少到 2 662 r／ min。 絕緣性能 （ 1） 絕緣電阻 電機在熱態(tài)下，用 1 000 V兆歐表測量定子繞組對機座的絕緣電阻值應不低于 10 MΩ 。冷態(tài)下，絕緣電阻值應不低于 100 MΩ。 用 500V兆歐表測量定子對轉軸間的絕緣電阻應不低于 5 MΩ 。 （ 2） 承受對地耐壓性能 在熱態(tài)下，定子繞組對機座可承受 5 400 V工頻耐壓 l min，無擊穿和閃絡。 電機的振動 電機在額定轉速范圍內空轉運行，當 固定時其振動速度小于 mm/s，當自由狀態(tài) 時其振動速度小于 mm/s。 電機的噪聲 電