牵引电机的发展及前景展望

文/ 王小龙 南京地铁运营有限责任公司 江苏南京 210012

牵引电机的发展及前景展望

文/ 王小龙 南京地铁运营有限责任公司 江苏南京 210012

本文主要阐述了牵引电机的由来、特点，以及发展至今演变过程和不断变化的原因，以及将来的发展趋势。同时讨论了将来发展演变的前景趋势以及可能遇到的主要技术问题！

牵引电机；构造；类别；发展；前景

1、轨道交通牵引力的发展

1.1 机械化牵引的轨道交通

1804年由英国人经过多年的研究、改进才发明了第一台单汽缸和大飞轮的蒸汽机车，能够牵引5辆车厢，这就是最早有蒸汽机牵引的机车。世界上第一条地铁则于1863年1月10日在伦敦建成，由蒸汽机车牵引。但蒸汽机牵引的列车非常简陋，乘客饱受烟熏之苦，并且有煤气中毒的危险，但由于载客量大，充分显示了作为城市大容量交通工具的发展前景

1.2 电机牵引的轨道交通

自1831英国物理学家、化学家迈克尔.法拉利发现电磁感应现象，并制出世界上第一台发电机，就把人类带到了点得世界。继后相继出现了各种发电机。于1877年发电机用于商业生产，至1879年德国西门子-哈尔斯克电报研究所制作出有轨电车，自此电力牵引时代真正到来，此时用得就是电机牵引。

2、牵引电机的演变过程

牵引电机的基本结构和普通电动机是相似的，但由于其工作条件的特殊，一次它应具有以下特点：

（1）牵引电机悬挂在轨道车辆转向架构架上或车轴上，并借助传动装置驱动车辆前进，因此牵引电机在结构上必须考虑传动和悬挂两方面的问题。

（2）牵引电机的安装尺寸受到很大的限制，径向尺寸受到轮径直径限制，轴向尺寸受到轨距的限制，故要求其结构必须紧凑。

（3）车辆运行时，钢轨对车辆的一切动力影响都会传给牵引电机，是牵引电机承受很大的冲击和振动。

（4）牵引电机的使用环境恶劣，它挂在车体下面容易受潮、受污，还经常受到湿度、温度的影响。

3、牵引电机至今的演变成果

3.1牵引电机的种类及使用的地点

目前，轨道交通的牵引电机主要有：直流牵引电机、交流牵引电机、直线牵引电机、永磁牵引同步电机等几类：

1.直流牵引电机：目前还在北京，上海等地铁列车上使用。

2.交流异步牵引电机：目前在上海，南京，北京等等地铁，大铁上使用。

3.直线电机：仅在广州地铁使用。

4.永磁牵引同步电机：目前在法国阿尔斯通、日本东芝、德国STARNBENG等研究公司研究中。

3.2各种牵引电机的构造及特点

3.2.1直流牵引电机

（一）构造

直流电机由定子和转子两大部分组成。

（1）定子

电机定子主要用来建立主磁场，并作为电机的机械支撑，包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等部件。

（2）转子

电机转子又称电枢，用来产生感应电动势、流通电流、产生电磁转矩，从而实现机电能量转换。主要包括电枢铁芯、电枢绕组、转轴和换向器等部件。

（二）特点

（1）直流牵引电动机拥有较好启动、调速性能和正反转工作特性，适应机车牵引特性的需要.

（2）体积大、质量大、转动惯量大、动态性能相应差。

（3）维护检修工作量大、成本高、应用环境受限。

（4）换向困难。

3.2.2交流牵引电机

(一) 构造

交流牵引电机由定子、转子和气隙三部分组成。

（1） 定子

定子由铁芯（电工硅钢片叠成）、定子绕组、机座等部件组成。定子铁芯内圆有许多形状相同的槽，用于嵌放定子绕组，机座用于固定和支撑定子铁芯，要求有足够的机械强度和刚度。定子外部固定有端盖。

（2）转子

转子由转子铁芯（硅钢片叠成），转子绕组及转轴组成。转子铁芯安装在转轴上，表面开有槽，用于放置或浇注转子绕组。在转子的一端安装有风扇，用于转子高速转动时的降温散热。

（3）气隙

气隙大小对异步电动机性能有很大的影响。气隙大，则磁阻大，励磁电流（滞后的无功电流）大，功率因数降低。气隙过小，则装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加，启动性能变差。

（二）特点

（1）结构简单、功率大、体积小、质量轻。

（2）成本低廉、工作可靠、惯量小、维护方便。

（3）独立的通风模式。

（4）电路简单，故障率低。

（5）可以在一般性能调速，也可以在高性能的交流调速和伺服系统。

（6）过载能力强、噪声小、调速范围广、再生制动力大、可以防止车轮打滑。

（7）平稳舒适，节能20%-30%！

4、牵引电机及技术难关

（1）研究永磁材料的热稳定性，详细分析各种不同电磁材料的抗去磁能力，为设计制造理论依据。

（2）改进制造装配工艺，设计专用设备保证研究永磁同步牵引电机的工业化生产。

（3）一步提高永磁同步牵引电机的弱礠控制性能。

（4）研究永磁同步牵引电机无速度无位置传感技术，进一步减低成本，提高可靠性能。

（5）研究新型牵引电机对电网的稳定性影响，以及难处相应控制策略。

（6）研究永磁同步牵引电机的系统参数匹配，系统优化.

结论：

由于现在人们对轨道交通车辆的要求有了进一步的提升，很多知名企业已经迅速着手研制并开发出新一代的机车牵引永磁同步电动机，目前正在各个领域进行着评价试验。这一切的一切都表明牵引电机的演变的必要性。此文根据现在的技术对未来牵引电机的发展方向进行基本预测，并阐述牵引电机发展过程可能会遇到的一些技术难关。

[1]《直线电机轮轨交通牵引传动系统》.北京:中国科学技术出版社,2010.

[2]《下一代牵引电机》.松冈孝一：电力牵引快报，1999.

[3]《电力机车电机》.北京：中国铁道出版社，2010.

[4]《永磁电机在铁路机车牵引领域的应用》.山西:永济新时速技术研发部,2008.

[5]《城轨车辆永磁同步电机牵引系统研究现状及发展前景》.四川:株洲电力研究所,2009.

[6]《城市轨道交通概论》.北京:中国铁道出版社,2008.

[7]《城市轨道交通系统概论》.北京:中国水利水电出版社,2007.

[8]《城市轨道交通车辆运行与维修》.北京：中国建筑工业出版社，2006.