机车交流传动与异步牵引电动机的探讨

杨卫东 田泽鹏 李军琪

摘要：目前我国的铁路总运营里程排到了世界第二，足可见得国家的铁路事业发展发展非常快速。随着铁路机车的速度越来越快，结构越来越复杂，对于机车的要求也越来越高。因此交流传动机车逐渐成为了主要的发展方向，与传统的直流传动机车相比，它的性能更加稳定，能够抗衡更加恶劣的环境。因此，对交流传动技术进行研究，有助于我们加深对交流传动技术的认识。

关键词：交流传动;异步牵引;探讨

引言：

交流电机中可以分为同步和异步电机两种，虽然都为交流电机，但是两者之间的差别非常大。在还没有掌握变频调速的技术以前，交流电机主要用在驱动起重机、锻压机和水泵等，直流电动机则主要用在一些需要均匀调速的生产机械上。直到人们对于变频技术有了一定的掌握以后，交流电动机的应用开始变得广泛起来，特别是在机车的应用上，比如现在的HXD型的机车统一都是采用的交流传动技术。

一、交流传动技术概述

目前的HXD型电力机车和CRH型的高速动车都是采用的交流传动技术，交流牵引电机无换向器，因此它的结构更加简单、性能更好，可以有效对单节机车的功率进行提高。为了能够有效提高交流牵引电动机的转速，在电网电源和交流牵引电动机之间放入一个变压变频的装置，能够帮助交流牵引电动机达到调速的需求。

二、异步牵引电动机的特点

（一）构造简单，动力学性能好

异步电动机与其电机相比较起来，它因为没有换向器，所以结构上更加简单，除了轴承以外，电动机结构上去除了换向器系统结构，一般情况下，异步电动机的电机转速可以达到4000r/min，而直流电机的转速一般在2500r/min，所以异步电动机的性能要比直流电动机的高多了。除此以外，异步电动机采用的是特殊悬挂装置，簧下重量小，对轨面的冲击力小，使机车具有良好的动力学性能。

（二）功率大，牵引力大

异步牵引电动机的结构简单，转速快，其单位重量功率是直流电机的3倍左右，异步牵引电动机的功率一般是在1400kw以上，功率大的情况下，自然牵引力就大。

（三）可靠性高，维修简便

交流异步牵引电动机的密封性比起直流电动机要更好，因为它的结构中没有换向器、电刷装置，只有轴承，因此它的故障会更少，而且防潮、防风雪的性能好，高耐热，绝缘性能好。除此以外，交流异步牵引电动机的控制装置是模块结构，电路系统当中基本上都是由无触点的电子元件所组成，不像传统的系统当中的带触点的电子元件，极为容易出现触点磨损、粘接的情况。

三、常见的牵引电机故障及主要原因

（一） 通电后电机不启动，在低速下会发出声音

通电电机不启动的原因，可能会是因为：第一是电源缺相;第二是电源电压过低;第三是电机的接线出现了松动的情况和长期使用导致氧化等;第四是电源线内部断开;第五是电机内部的接线断开;第六是匝间短路或对地短路;第七是电机内部机械卡阻。通电电机不启动的原因复杂多样，想要判断其原因所在，需要对整个电机部件都要仔细检查。

（二）空载电流较大

电机的空载电流大指的是电机的空载电流要比参考表的最大数据还要高，这时便是出现了故障，其原因一般有：第一是定、转子的轴向出现了错位的情况;第二是定、转子之间的气隙过大;第三是因为轴承的质量较差、轴承内的油脂过多或过少，从而导致电机中机械方面的阻力过大。

（三）有较大的噪声与振动

当电机的声音过大，且振动频率过快，原因可能有：第一是安装不当导致电机声音过大;第二是转子出现了严重的断条;第三是转子动平衡差;第四是电源电圧过高或三相不平衡;第五是定、转子气隙严重不均匀或相擦。

（五）电机过热

其原因为：一是电源电压低或严重不平;二是负载过重或有卡阻;三是所处的环境温度过高或通风不畅;四是电机接线松动或断线缺相;五是定、转子相擦;六是绕组有匝间或对地短路;七是转子严重细条或断条。

四、电机的日常维护

（一）听声音

听声音是检测电机运行是否正常的主要方式之一，电机在正常的工作情况下，它的声音是非常均匀，声音不会很大，且没有杂音出现。如果电机的声音中频繁出现了嗡嗡声，再结合观察到的现象比如转速有所下降，这时再通过检测电流，看其电流是否有变大的情况，如果有则很有可能是电源缺相或者是电机转子出现断条等比较严重的故障发生。

如果电机的声音没有嗡嗡声，但是能感觉到声音明显比平时要大，甚至能感觉到有点刺耳，则有可能是出现了负载过大或电源电压过高的情况。

如果声音中能明显感觉到时有杂音存在，其原因可能是轴承出现了损坏、定转子相擦或者是风扇端盖相擦等，由于原因难以分辨，可以借助螺丝刀等工具进一步去辅助进行判断。

（二）测温度

测量铁芯温度。对常用的封闭式电机，可将其吊环拧下，然后把酒精温度计放进去，静置一会，然后测得的温度则和铁芯温度相近。或者是通过红外测温度仪对封闭式电机的吊环孔内部进行测量，对于一般B级绝缘的电机，此温度最好不要超过70摄氏度，F级绝缘不要超过 90摄氏度。

值得注意的是，无上述测量仪表时，也可以通过用手测量的方式来判断其温度是否过高，一般情况下手放置在上面，当手部的温度感觉不是很高，能够持续放上几十秒，则温度在30到40摄氏度之间。如果手放置在上面，只能持续放置10秒左右，温度则要高于40摄氏度，但是还没到50摄氏度。如果温度达到了50摄氏度以上，手部还没有触碰到的时候就能明显感觉到温度很高，手一碰就会因高温立即缩回。

結论：

交流传动技术是目前机车主要用到的技术，在交流传动机车当中，主要用到的都是异步牵引电机，异步牵引电机和传统的电机有着非常大的区别，它的结构更加简单，把一些传统的电动机中才会装的部件给省略掉了，因此加大了其密封性，性能上要更好，功率要更大，能够服务于速度越来越快的机车当中。

参考文献：

[1]孟语灵.交流传动内燃机车用异步牵引电动机的设计[J].铁道技术监督，2009：32-35.

[2]孙九乐.机车交流传动与异步牵引电动机的探讨[J].《郑铁科技通讯》，2016：8-11，33共5页.