电力机车三相非同步鼠笼式牵引电机故障诊断设计.docx

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电力机车三相非同步鼠笼式牵引电机故障诊断设计

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题目：

电力机车三相非同步鼠笼式牵引电机故障诊断

院系：

西南交通大学网络教育学院

专业：

电气工程及其自动化

西南交通大学

网络教育学院

院系西南交通大学网络教育学院专业电力工程及自动化

题目电力机车三相非同步鼠笼式牵引电机故障诊断

评语

是否同意答辩过程分（满分20）

评阅人

评语

评阅人（签章）

成绩

答辩组组长（签章）

年月日

毕业设计任务书

题目电力机车三相非同步鼠笼式牵引电机故障诊断

题目类型：

牵引电机故障诊断√处理措施理论研究电力机车三相交流传动

设计任务及要求

本文介绍了电力机车用SEA-107型三相鼠笼式感应电机的技术参数、基本结构和特性，并结合该电机的特征阐述了牵引电机设计参数的特点及选取要点。

从进口的8G型电力机车辅机АИЗ225L型三相鼠笼电机的转子故障入手,阐述鼠笼转子测量的重要性,并对多种测量鼠笼转子质量的方法进行比较,指出用电阻法测量鼠笼转子的断条、缩孔、细条和裂纹准确、直观,好于其他测量方法.随着机车异步牵引的发展,该检测装置及方法应得到广泛的应用。

一、应完成的硬件或软件实验

进行系统测试。

二、应交出的设计文件及实物（包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品等）

毕业设计、毕业论文、含毕业设计论文和源代码的光盘

1．电子稿件和电子图书

三、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）

1．故障检测方法资料。

四、设计进度安排

第一部分熟练课题，收集、整理课题相关资料（4周）

第二部分系统需求分析与总体设计（3周）

第三部分毕业论文文档编写整理（3周）

评阅及答辩（1周）

学院审查意见：

诚信承诺

一、本设计是本人独立完成；

二、本设计没有任何抄袭行为；

三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消本人答辩资格。

　　　　　　　　　　　　　承诺人（钢笔填写）：

雷理

　　　　　　　　　　　　　2015　　年04　　月　13　日

摘要............................................................. VII

Abstract................................................................ VII

第一章绪论................................................................ 1

第二章牵引电动机概述 .................................................... 2

第一节直流电动机的模型结构 ..........................................2

第二节直流电动机的基本结构.......................................... 2

第三节定子与 转子.................................................... 3

第四节 电刷装置...................................................6

第五节电枢轴承和抱轴轴承............................................... 8

第六节直流电动机的工作原理..................................... 9

第三章牵引电动机的一般概念............................................10

第一节牵引电动机的传动与悬挂方式...................................10

第二节个别传动与组合传动............................................. 15

第三节牵引电动机的工作特点 ............................................... 16

第四章牵引电动机的检查与维护 ..................................... 21

第一节换向器的维护保养 ....................................... 21

第二节电刷装置的维护保养 ..................................... 22

第三节电枢轴承的维护保养 ..................................... 24

第四节牵引电动机的常见故障原因及其处理办法 ...................... 24

第五章电力机车常见故障处理办法.............................. 27

第六章小结................................................................ 31

致谢................................................................. 32

参考文献................................................................. 33

摘要

机车由各自独立的又互相联系的两节车组成，每一节车均为一完整的系统。

它电路采用三段不等分半控调压整流电路。

采用转向架独立供电方式，且每台转向架有相应独立的相控式主整流器，可提高粘着利用。

电制动采用加馈制动，每台车四台牵引电机主极绕组串联，由一台励磁半桥式整流器供电。

机车设有防空转防滑装置。

每节车有两个B0- B0转向架，采用推挽式牵引方式，固定轴距较短，电机悬挂为抱轴式半悬挂，一系采用螺旋圆弹簧，二系为橡胶叠层簧。

牵引力由牵引梁下部的斜杆直接传递到车体。

空气制动机采用DK-1型制动机。

机车功率持续6400kW，最大速度100kmintegralsystem.Thecircuitusesthreesectionofunequalsemicontrolledrectifiercircuit.Thebogiewithindependentpowersupplymode,andeachbogiewithphasecontrolledrectifierandthecorrespondingindependent,canimprovetheadhesionutilization.Electricbrakewithfeedbackbraking,everycarfoursetsoftractionmotorwindinginseries,iscomposedofapowersupply.Thelocomotiveisequippedwithantiairturnantiskid.Eachcarmotor,fixedwheelbaseshortaxlesuspensionforthesemisuspension,asystemusingcylindricalspiralspring,twolinesforrubberlaminatedspring.Thediagonalrodtractiontractionlowerbeamispasseddirectlytothebody.AirbraketypebrakewithDK-1.Locomotivepowerfor6400kW,themaximumspeedof100kmmotorisoneofthemainelectricalequipmentoftypeSS4Gelectriclocomotive,itsqualitytheoverallqualityoflocomotive.Inthemotorisoneoftheimportantpartof.Tractionmotorisamotoralsodirectlydeterminetheservicelifeofthemotor.Althoughinrecentyears,thejointeffortsofthemanufacturerandthescientificresearchdepartments,tractionmotorfoundationtoimprovethequality;butbecauseofthelongroad,theuseofperformanceputforwardmotor,sothefallrepairrateisstill.Inthispaper,themainfailurecausedbyinertiaoftractionmotortocarryonthethoroughanalysis,proposedinthemaintenanceandoperationofthecorrespondingcountermeasures,thesafetyandreliabilityofthetractionmotorstarting.

关键词：

牵引电机故障原因处理措施理论研究电力机车三相交流传动同步牵引电动机

Keywords:

tractionmotorfaulttreatmenttheoryofthree-phaseACdriveelectriclocomotivetractionmotor

第一章绪论

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2-1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

第三节定子与 转子

图2-2三相异步电动机结构

图2-3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。

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0.35～0.5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2-4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2-4三像绕组接线方法

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与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：

定子绕组整体与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。

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2-5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0.5毫米厚的硅钢片冲制叠压而成。

如图2-5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。

根据构造的不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2-6（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2-6（b）所示。

图2-6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。

图2-7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，分别放置着固定不动的电刷，通过电刷与滑环的接触，使转子绕组与外加变阻器接通，一边启动电机。

如图2-7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2-8电机转子

　　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0.5mm且冲有齿、槽的型号为DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成，如图2-9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2-9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2-10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NS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1231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123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1231231.。

。

。

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：

fp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=（N0-N1）N0转子转速N1=（1-S）60fp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0.4*380V计算，单相电阻为0.4*380V（2.1*0.42A）=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

 1.电枢轴承

 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。

 2.抱轴轴承

 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。

 1.3 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2、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方向从左向右因此线圈仍然受到逆时针方向电磁转矩的作用电枢始终保持同一方向旋转。

 在直流电动机中，电刷两端虽然加的是直流电源，但在电刷和换向器的作用下，线圈内部却变成了交流电，从而产生了单方向的电磁转矩，驱动电动机持续旋转。

同时，旋转的线圈中也将产生电动势e，其方向与线圈中电流方向相反，故称为反电动势。

直流电动机若要维持继续旋转，外加电压就必须高于反电动势，才能不断克服反电动势而汇入电流，正是这种不断克服，实现了将电能转化为机械能。

 由此可见，直流电机具有可逆性，即一台直流电机既可以当作发电机运行，也可以当作电动机运行。

当输入机械转矩将机械能转化为电能时，电机当发电机

第六节直流电动机的工作原理

直流电动机的工作原理

　　图2-11直流电动机的原理图 

　　对上一页所示的直流电机，如果去掉原动机，并给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷A流入，经过线圈abcd，从电刷B流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。

如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷A和换向片2接触，电刷B和换向片1接触，直流电流从电刷A流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷B流出。

　　此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。

这就是直流电动机的工作原理。

外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。

　　实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。

将直流电动机的工作原理归结如下：

　　将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。

　　电机内部有磁场存在。

　　载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力f的作用f=Blia（左手定则） 

　　所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n（转分）旋转，以便拖动机械负载。

旋转电机都是由定子和转子两大部分组成，每一部分也都由电磁部分和机械部分组成，以便满足电磁作用的条件。

换向极用来改善换向。

第三章牵引电动机的一般概念

直流电机的物理模型图解释。

这是分析直流电机的物理模型图。

其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。

转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。

（其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的） 

图3-1直流电机模型

　　上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上