機車交流傳動與異步牽引電動機的探討

楊衛東 田澤鵬 李軍琪

摘要：目前我國的鐵路總運營里程排到了世界第二，足可見得國家的鐵路事業發展發展非常快速。隨著鐵路機車的速度越來越快，結構越來越復雜，對于機車的要求也越來越高。因此交流傳動機車逐漸成為了主要的發展方向，與傳統的直流傳動機車相比，它的性能更加穩定，能夠抗衡更加惡劣的環境。因此，對交流傳動技術進行研究，有助于我們加深對交流傳動技術的認識。

關鍵詞：交流傳動;異步牽引;探討

引言：

交流電機中可以分為同步和異步電機兩種，雖然都為交流電機，但是兩者之間的差別非常大。在還沒有掌握變頻調速的技術以前，交流電機主要用在驅動起重機、鍛壓機和水泵等，直流電動機則主要用在一些需要均勻調速的生產機械上。直到人們對于變頻技術有了一定的掌握以后，交流電動機的應用開始變得廣泛起來，特別是在機車的應用上，比如現在的HXD型的機車統一都是采用的交流傳動技術。

一、交流傳動技術概述

目前的HXD型電力機車和CRH型的高速動車都是采用的交流傳動技術，交流牽引電機無換向器，因此它的結構更加簡單、性能更好，可以有效對單節機車的功率進行提高。為了能夠有效提高交流牽引電動機的轉速，在電網電源和交流牽引電動機之間放入一個變壓變頻的裝置，能夠幫助交流牽引電動機達到調速的需求。

二、異步牽引電動機的特點

（一）構造簡單，動力學性能好

異步電動機與其電機相比較起來，它因為沒有換向器，所以結構上更加簡單，除了軸承以外，電動機結構上去除了換向器系統結構，一般情況下，異步電動機的電機轉速可以達到4000r/min，而直流電機的轉速一般在2500r/min，所以異步電動機的性能要比直流電動機的高多了。除此以外，異步電動機采用的是特殊懸掛裝置，簧下重量小，對軌面的沖擊力小，使機車具有良好的動力學性能。

（二）功率大，牽引力大

異步牽引電動機的結構簡單，轉速快，其單位重量功率是直流電機的3倍左右，異步牽引電動機的功率一般是在1400kw以上，功率大的情況下，自然牽引力就大。

（三）可靠性高，維修簡便

交流異步牽引電動機的密封性比起直流電動機要更好，因為它的結構中沒有換向器、電刷裝置，只有軸承，因此它的故障會更少，而且防潮、防風雪的性能好，高耐熱，絕緣性能好。除此以外，交流異步牽引電動機的控制裝置是模塊結構，電路系統當中基本上都是由無觸點的電子元件所組成，不像傳統的系統當中的帶觸點的電子元件，極為容易出現觸點磨損、粘接的情況。

三、常見的牽引電機故障及主要原因

（一） 通電后電機不啟動，在低速下會發出聲音

通電電機不啟動的原因，可能會是因為：第一是電源缺相;第二是電源電壓過低;第三是電機的接線出現了松動的情況和長期使用導致氧化等;第四是電源線內部斷開;第五是電機內部的接線斷開;第六是匝間短路或對地短路;第七是電機內部機械卡阻。通電電機不啟動的原因復雜多樣，想要判斷其原因所在，需要對整個電機部件都要仔細檢查。

（二）空載電流較大

電機的空載電流大指的是電機的空載電流要比參考表的最大數據還要高，這時便是出現了故障，其原因一般有：第一是定、轉子的軸向出現了錯位的情況;第二是定、轉子之間的氣隙過大;第三是因為軸承的質量較差、軸承內的油脂過多或過少，從而導致電機中機械方面的阻力過大。

（三）有較大的噪聲與振動

當電機的聲音過大，且振動頻率過快，原因可能有：第一是安裝不當導致電機聲音過大;第二是轉子出現了嚴重的斷條;第三是轉子動平衡差;第四是電源電圧過高或三相不平衡;第五是定、轉子氣隙嚴重不均勻或相擦。

（五）電機過熱

其原因為：一是電源電壓低或嚴重不平;二是負載過重或有卡阻;三是所處的環境溫度過高或通風不暢;四是電機接線松動或斷線缺相;五是定、轉子相擦;六是繞組有匝間或對地短路;七是轉子嚴重細條或斷條。

四、電機的日常維護

（一）聽聲音

聽聲音是檢測電機運行是否正常的主要方式之一，電機在正常的工作情況下，它的聲音是非常均勻，聲音不會很大，且沒有雜音出現。如果電機的聲音中頻繁出現了嗡嗡聲，再結合觀察到的現象比如轉速有所下降，這時再通過檢測電流，看其電流是否有變大的情況，如果有則很有可能是電源缺相或者是電機轉子出現斷條等比較嚴重的故障發生。

如果電機的聲音沒有嗡嗡聲，但是能感覺到聲音明顯比平時要大，甚至能感覺到有點刺耳，則有可能是出現了負載過大或電源電壓過高的情況。

如果聲音中能明顯感覺到時有雜音存在，其原因可能是軸承出現了損壞、定轉子相擦或者是風扇端蓋相擦等，由于原因難以分辨，可以借助螺絲刀等工具進一步去輔助進行判斷。

（二）測溫度

測量鐵芯溫度。對常用的封閉式電機，可將其吊環擰下，然后把酒精溫度計放進去，靜置一會，然后測得的溫度則和鐵芯溫度相近。或者是通過紅外測溫度儀對封閉式電機的吊環孔內部進行測量，對于一般B級絕緣的電機，此溫度最好不要超過70攝氏度，F級絕緣不要超過 90攝氏度。

值得注意的是，無上述測量儀表時，也可以通過用手測量的方式來判斷其溫度是否過高，一般情況下手放置在上面，當手部的溫度感覺不是很高，能夠持續放上幾十秒，則溫度在30到40攝氏度之間。如果手放置在上面，只能持續放置10秒左右，溫度則要高于40攝氏度，但是還沒到50攝氏度。如果溫度達到了50攝氏度以上，手部還沒有觸碰到的時候就能明顯感覺到溫度很高，手一碰就會因高溫立即縮回。

結論：

交流傳動技術是目前機車主要用到的技術，在交流傳動機車當中，主要用到的都是異步牽引電機，異步牽引電機和傳統的電機有著非常大的區別，它的結構更加簡單，把一些傳統的電動機中才會裝的部件給省略掉了，因此加大了其密封性，性能上要更好，功率要更大，能夠服務于速度越來越快的機車當中。

參考文獻：

[1]孟語靈.交流傳動內燃機車用異步牽引電動機的設計[J].鐵道技術監督，2009：32-35.

[2]孫九樂.機車交流傳動與異步牽引電動機的探討[J].《鄭鐵科技通訊》，2016：8-11，33共5頁.