电力机车三相非同步鼠笼式牵引电机故障诊断毕业论文(编辑修改稿)

电力机车三相非同步鼠笼式牵引电机故障诊断毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

牵引特性的需要，获得广泛应用。 牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作条件：空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的 冲击振动；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动。 在恶劣环境中运用 ,雨、雪、灰沙容易侵入等。 因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。 牵引电动机有两种悬挂方式。 一种是牵引电动机和动轮轴连接的悬挂方式，称为抱轴式悬挂或半悬挂。 采用这种悬挂方式时，动轮通过轨缝和道岔所产生的冲击振动会直接传给牵 引电动机。 抱轴式悬挂适用于结构速度低于 120 公里 /小时的机车车辆。 另一种是架承式悬挂 (或称全悬挂 )。 采用这种悬挂方式时牵引电动机固定悬挂在转向架构架上，在牵引电动机轴端和小、大齿轮之间加入各种弹性连接元件，以减小冲击振动的影响。 而机车牵引电机工作环境较为恶劣，是主回路中最为薄弱的环节，且易发生接地，本论文着重讨论牵引电机的接地故障。 西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 2 第二章 牵引电动机概述 第一节 直流电动机的模型结构 铁路干线电力机车、工矿电力机车、电力传动 内燃机车 和各种电动车辆（如蓄电池车、城市电车、地下铁道电动车辆）上用于牵引的电机。 牵引电机包括牵引 电动机 、牵引发电机、辅助电机等。 图 21 电机结构图 在 机车 或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。 牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。 直流牵引电动机，尤其是直流 串励电动机 有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，获得广泛应用。 定子直流电机定子的作用是产生磁场和作为电机的机械支撑。 主要由机座、主磁极、换向极和电刷装置等组成。 嵌有一线圈（称为电枢绕组），线圈首末两端分别连接到两个弧形钢片（称为换向片）上。 在两个主磁极 N、 S 之间装有一个可以转动的、由铁磁材料制成的圆柱体，圆柱体表面嵌有一线圈（称为电枢绕组），线圈首末两端分别连接到两个弧形钢片（称为换向片）上。 换向片之间用绝缘材料构成一整体，称为换向器，它固定在转轴上（但与转轴绝 缘），随转轴一起转动，整个转动部分称为电枢。 为了接通电枢内电路和外电路，在定子上装有两个固定不动的电刷 A 和 B，并压在换向器上，与其滑动接触。 第二节 直流电动机的基本结构 直流电机由静止的定子和旋转的转子两大部分组成，在定和转子之间有一定大小的间隙(称气隙，如所示。 图 直流电机结构图 1直流电机总成； 2后端盖； 3通风机； 4定子总成； 5转子（电枢）总成； 6电刷装置； 7前端盖 西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 3 第三节 定子与 转子 图 22 三相异步电动机结构 图 23 电机定子 电机中都有 定子和转子。 定子是指固定在电机上不动但可以产生磁场的那一部分，而 转子 是指电机上旋转的那一部分。 定子一般用细铜线绕成，其通电后可产生磁场；而 转子 有的是用 永久磁铁 做成，有的也是用细铜线绕成。 定子和转子可以都是电磁铁。 而且也可以倒过来外面是转子，但是要考虑一 个问题，就是安全的考虑。 小功率的还可以，如果是大功率的话，外面的转子就相当于一个快速旋转陀螺，就非常危险的而且在操作的过程中，如何保证操作人员的安全也是必须要考虑的。 简单说：电机的定子即固定部分，转子即转动部分，定子的机座内装有铁芯和三相绕组，机座两端装有端盖，端盖内装轴承，以支承转子。 电动机定 子 电动机的静止部分称为定子，其组成部分主要包括定子铁芯、定子绕组、机座等部分。 西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 4 定子铁芯： 定子铁芯的作用是作为电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。 定子铁芯一般由 ～ 毫米厚，表面涂有绝缘漆的环状 冲片槽的硅钢片叠压而成，如 图 24 所示。 定子绕组： 定子绕组是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。 图 24 三像绕组接线方法 小型号异步电动机定子绕组通常用高强度漆包线（铜线或铝线）绕制成各种线圈后，在嵌放在定子铁芯槽内。 大中型电动机则用各种规格的铜条经过绝缘处理后，再嵌放在定子铁芯槽内。 为了保证绕组的各导电部分不铁芯之间的可靠绝缘以及绕组本身之间的可靠绝缘，故在定子绕组制造过程中采取了许多绝缘措施，三相异步电动机定子绕组的主要绝缘项目有以下三种： 1. 对地绝缘：定子绕组整体不定子铁心之间 的绝缘。 2. 相间绝缘：各相定子绕组之间的绝缘。 3. 匝间绝缘：每相定子绕组各线匝之间的绝缘。 定子三相绕组的槽内嵌放完毕后共有六个出线端引到电动机机座的接线盒内，可按需要将三相绕组接成星形接法（ Y 接）或三角形接法（△接），如 图所示。 西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 5 机座： 它的作用是固定定子铁芯和定子绕组，并以两个端盖支撑转子，同时起保护整台电动机的电磁部分和散发电动机运行中产生的热量，一般是铁或铝铸造而成。 电动机 转子 是电动机的旋转部分，包括转子铁芯，转子绕组和转轴等部分。 图 25 转子铁芯  转子铁芯 ：作为电机磁路的一部分，并放置转子绕组。 一般由 毫米厚的硅钢片冲制叠压而成。 如图 25 所示。  转子绕组 ：其作为切割定子磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下受力使转子转动。 根据构造的丌同可分为鼠笼式和绕线式转子两种类型。 1. 鼠笼式转子 ：它的结构是转子铁芯的槽沟内插入铜条，在铜条两端焊接两个铜环，如下图 26（ a）所示。 这样转子绕组好像一个鼠笼型转子。 为了节约铜材和便于制造。 目前绝大部分鼠笼均采用铝代替。 如下图 26（ b）所示。 图 26 鼠笼式转子 2. 绕线式转子 ：绕线式转子绕组也和定子绕组一样做成三相对称绕组，经过适当的排列和组合。 西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 6 图 27 绕组转子 嵌入并固定转子铁芯槽内，最后使三组绕圈接成星形连接，三个引出线分别接到固定的转轴上的三个铜滑环上，在各个环上，分别放置着固定丌动的电刷，通过 电刷不滑环的接触，使转子绕组不外加变阻器接通 ，一边启动电机。 如 图 27 所示。 3. 转轴 ：用以传递转矩及支撑转子的重量。 一般都由中碳钢或合金钢制成。 除了定子和转子两大部分外，还有端盖，风扇等其他附件。 第四节 电刷装置 电刷装置 ——电刷装置是电枢电 路的引出（或引入）装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成， 图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋转时与换向器表面形成滑动接触。 刷握用螺钉夹紧在刷杆上。 每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。 刷杆装在可移动的刷杆座上， 以便调整电刷的位置。 ●转子的主要部件包括： 直流电机的转动部分称为转子，又称电枢。 转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。 图 28 电机转子 西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 7 电枢铁心 —— 电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。 为减少电 枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚 且冲有齿、槽的型号为 DR530 或 DR510 的硅钢片叠压夹紧而成，如 图 29 所示。 小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上，大型电机的电枢铁心冲片先压装在转子支架上，然后再将支架固定在轴上。 为改善通风，冲片可沿轴向分成几段，以构成径向通风道。 图 29 小型电机电 枢铁心冲片 电枢绕组 ——电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。 线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层 嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘 ，并用槽楔压紧。 大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。 图 210 换向器 换向器 ——前面已经指出，在直流发电机中，换向器起整流作用，在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。 换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个 V 形环夹紧而构成，如图 2－ 10 所示。 每个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊入相应换向片的升高片内。 小型电机常用塑料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒，再用塑料通过热压制成。 论是三相笼型还是绕线式电动机。 或者说是 同步电动机 ， 他的 定子 旋转磁场产生的原理都是一样的。 其实那个所谓的旋转磁场你不要想的多么有深度 简单点说就是有 N对磁极在那里转 ， 就是 N S 在那里不停的转。 那么这个磁场为什么会转动呢 这个就要牵扯到 三相电 的问题了。 我们知道 三相电 是交替达到最大值的 相位差是 120 度 举个例子 我们在 定子 上放三个线圈。 让他们做星型连接或做三角都行 这三个线圈我们给他们西南交通大学 网络教育 毕业设计 （ 论文 ） 8 通上 三相电 ， 是每个线圈接一根相线哦。 现在我们来看 ， 由于三根相线的电压是交替达到最大的（你暂时可以这样理解 就是谁是最大值谁就有电 另外两相都没有电）。 这样的话 三个线圈并不是同时得电的。 也就是说一瞬间只有一个线圈有电 并且线圈会随着三根相线的交替得电而交替得电 线圈得电是要产生磁场的。 我们把三个线圈给他标上号 分别是 1 2 3 1 号线圈接的是 U 相线 2 号线圈接的是 V 相线 3 号线圈接的是 W相线 1 2 3 号线圈是交替顺序得电的 谁得电谁就有磁场 他们的得电顺序是这样的 1 2 3 1 2 3 1.。 我们假设谁得电谁对 转子 呈现 N 极的话 那么 我们是不是可以认为是 N 一直在做旋转运动啊 ， 旋转磁场就这么产生了 ， 当然了 旋转磁场都是成对出现的。 就是一个 N 和一个 S 我们称为一对磁极 ， 计算转速就是频率除以磁极对数 即： f/p 这个就是旋转磁场一秒钟的转速 ， 乘以六十就是一分钟的转速 ， 我们常说的都是一分钟的转速 ， 这个算出来的只是旋转磁场的转速 ， 这个转速又叫同步转速 ， 这个转速不等于电动机 转子 的旋转转速 ， 如果要算 转子 转速的话还要将 转差率 考虑进去 转差率 用 S 表示 他等于同步转速减去转子转速再比上同步转速 ， 即： S=(N0N1)/N0 转子转速 N1=（ 1S)60f/p 这个算出来就是实际转速了 ， 也就是电动机 的转速 ， 值得注意的是电动机的 转差率 S 与负载的大小有着密切的关系 负载大了转差率也大 ， 这就是为什么负载大了 转速就低了的原因。 按堵转电压为 *380V 计算，单相电阻为 *380V/（ *） =172 欧姆，绕组又是角型连接，则每个绕组为 172*3 欧姆。 不知道你这是干啥的电机，转差率太大，效率太低，发热太多。 第五节 电枢轴承和抱轴轴承 脉流牵引电动机的转子通过两个电枢轴承和端盖支撑在机座上。 现代牵引电 动机大都采用承载能力大的滚柱轴承。 抱轴式悬挂牵引电动机的抱轴轴承是指将电动机支承在动轮轴上的凸出结构，可采用滑动轴承或滚动轴承。 在目前技术条件下，动轮轴上安装滚动轴承还 11 有困难，所以一般采用 滑动轴承。 直流电动机的工作原理 — 导体中流过的电流， 导体所受的电磁力方向由左手定则确定。 在此瞬间， ab 位于 N 极下，受力方向从左向右 ,cd 位于 S 极下，受力方向从左到右，电磁力对转轴便形成一电磁转矩 T。 在 T 作用下，电枢便逆时针旋转起来。 当电枢转过 90 时，电刷不与换相片接触，而是与换向片间的绝缘片相接触，此时，线圈中没有电流流过。 i=0 , 故电磁转矩 T=0。 但由于机械惯性的作用，电枢仍能通过一个角度，电刷 A、 B 又将分别于换向片 1 接触。 线圈中又有电流 i 通过，此时，导体 ab、 cd 中电流方向变了方向，即为 → a,d→ c，且导体 ab 转到 S 极下， ab 所受的电磁力 F 方向从左向右， cd 转到 N 极下， cd所受的电 磁力 f 方向从左向右。