电力机车电传动系统教学课件.pdf

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1、第九章异步电动机基本结构和运行分析 第一节 异步电动机的基本结构、分类及铭牌 第二节 交流绕组 第三节 交流绕组的电势和磁势 第四节 三相异步电动机的工作原理及运行分析 第五节 三相异步电动机的起动、反转、调速和制动 第一节 基本结构、分类及铭牌 一、三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由固定的定子和旋转的转子两个基本部分组 成，转子装在定子内腔里，借助轴承被支撑在两个端盖上。 为了保证转子能在定子内自由转动，定子和转子之间必须有 一间隙，称为气隙。 定子 定子由定子三相绕组、定于铁心和机座组成。 定子三相绕组是异步电动机的电路部分，在异步电动机的 运行中起着很重要的作用，是把电能转换为机

2、械能的关键部件。 定子三相绕组的结构是对称的，一般有六个出线 1 U 2 U 1 V 2 V 1 W 2 W 置于机座外侧的接线盒内，根据需要接成星形或三角形 第一节 基本结构、分类及铭牌 转子 异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组及转轴组成。 转子铁心也是电机磁路的一部分，也是用电工钢片叠成。与定 子铁心冲片不同的是，转子铁心冲片是在冲片的外圆上开槽，叠 装后的转子铁心外圆柱面上均匀地形成许多形状相同的槽，用以 放置转子绕组。 转子绕组是异步电动机电路的另一部分，其作用为切割定子 磁场，产生感应电势和电流，并在磁场作用下受力而使转子转动。 鼠笼式转子绕组由置于转子槽中的导条和两端的端环构成。

3、 第一节 基本结构、分类及铭牌 鼠笼式转子绕组的各相均由单根导条组成，其感应电势不 大，加上导条和铁心叠片之间的接触电阻较大，所示无需专 门把导条和铁心用绝缘材料分开。 绕线式转子绕组是用绝缘导线组成，嵌放在转子铁心槽内的三 相对称绕组。三相一般为星型接法，三根引出线分别接到固定 在转轴上并互相绝缘的三个集电环上，再通过安装在端盖上的 电刷装置与集电环接触 把电流引出来。 转轴是整个转子部件的安装基础，又是力和机械功率的传输部 件，整个转子靠轴和轴承被支撑在定子铁心内腔中。转轴一般 由中碳钢或合金钢制成。 第一节 基本结构、分类及铭牌 气隙 异步电机的气隙是很小的，中小型电机一般为 。气隙越大

4、，磁阻越大，要产生同样大小的磁场，就需要 较大的励磁电流。由于气隙的存在，异步电机的磁路磁阻远比 变压器为大，因而异步电机的励磁电流也比变压器的大得多。 变压器的励磁电流约为额定电流的，异步电机的励磁电流 约为额定电流的 。励磁电流是无功电流，因而励磁电 流越大，功率因数越低。为提高异步电机的功率因数，必须减 少它的励磁电流，最有效的方法是尽可能缩短气隙长度。但是 气隙过小会使装配困难，还有可能使定、转子在运行时发生摩 擦或碰撞，因此，气隙的最小值由制造工艺以及运行安全可靠 等因素来决定。 第一节 基本结构、分类及铭牌 其他部件 端盖：安装在机座的两端，它的材料加工方法与机座相 同，一般为铸铁

5、件。端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转 子，以使定子和转子得到较好的同心度，保证转子在定子内 膛里正常运转。端盖除了起支撑作用外，还起着保护定、转 子绕组的作用。 轴承：连接转动部分与不动部分，目前都采用滚动轴承 以减少摩擦。 轴承端盖：保护轴承，使轴承内的润滑油不致溢出。 风扇：冷却电动机 第一节 基本结构、分类及铭牌 二、异步电动机的分类 异步电动机按定子相数可分为三相、单相和两相异步电动机类 现代动力用电动机大多数都为三相异步电动机。 按照转子型式，异步电机可分为鼠笼型转子和绕线型转子两大类。 鼠笼转子又分为普通鼠笼转子、深槽型鼠笼转子和双鼠笼转子 种。 根据机壳不同的保护方式，异步电动

6、机可分为开启式、防护式、 封闭式和防爆式等。 防护式异步电动机具有防止外界杂物落人电机内的防护装置 封闭式异步电动机的内部和外部的空气是隔开的 防爆式异步电动机为全封闭式，它将内部与外界的易燃、易爆性 气体隔离。 第一节 基本结构、分类及铭牌 三、异步电动机的铭牌和额定值三、异步电动机的铭牌和额定值 每台异步电动机机壳上都装有铭牌，把它的运行额定值印 刻在上面 异步电动机的额定值主要有： （）额定功率 （）定子额定电压 （）定子额定电流 （）额定转速 （）额定频率 第一节 基本结构、分类及铭牌 除上述数据外，铭牌上有时还标明定子相数和绕组接法、 额定运行时电机的功率因数、效率、温升或绝缘等级、

7、定 额等。 绕组接法：三相异步电动机的定于绕组可接成星形或三角 形，视额定电压和电源电压的配合情况而定。 温升：指电机按规定方式运行时，绕组容许的温度升高，即 绕组的温度比周围空气温度高出的数值。 容许温升的高低取决于电机所使用的绝缘材料。 定额：我国电机的定额分为类，即连续定额、短时定额 和断续定额。 第二节 交流绕组 三相异步电动机的交流绕组是由许多嵌放在走子铁心槽 中的线圈按照一定的规律分布、排列并连接而成的。 一、交流绕组概述 交流绕组是把属于同相的导体绕成线圈，再按照一定 的规律，将线图串联或并联起来。交流绕组通常都绕 成开启式，每相绕组的始端和终端都引出来，以便于 接成星形或三角形

8、。 第二节 交流绕组 1. 绕组的基本术语 （）线圈、线圈组、绕组 线圈也称绕组元件，是构成绕组的最基本单元，它是用绝缘导 线按一定形状绕制而成的，可由一匝或多匝组成；多个线圈连 成一组就称为线圈组；由多个线圈或线圈组按照一定规律连接 在一起就形成了绕组 （）极距 极距是指交流绕组一个磁极所占有定子圆周的距离，一般用 定子槽数来表示。 （）线圈节距 一个线圈的两个有效边所跨定于圆周的距离称为节距，一般也用 定于槽数来表示。 第二节 交流绕组 （）机械角度和电角度 一个圆周所对应的几何角度为，该几何角度就称为机械 角度。 每极每相槽数是指每相绕组在每个磁极下占的槽数 （）每极每相槽数 （）相距角

9、 槽距角是指相邻的两个槽之间的电角度。 （）极相组 极相组是指一个磁极下属于同一相的线圈按一定方式串联成的 线圈组。 第二节 交流绕组 交流绕组的基本要求 （）在一定的导体数下，绕组的合成电势和磁势在波形上应 尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，而绕组的损耗要小，用 钢量要省。 （）对三相绕组，各相的电势和磁势要求对称而各相的电阻和 电抗都相同。为此必须保证各绕组所用材料、形状、尺寸及匝数 都相同且各相绕组在空间的分布应彼此相差电角度。 （）绕组的绝缘和机械强度要可靠，散热条件要好。 （）制造、安装、检修要方便。 第二节 交流绕组 三相交流绕组的分布、排列与连接要求 （1）各相绕组在每个磁极下应

10、均匀分布，以达到磁 场的对称。 （）各相绕组的电源引出线应彼此相隔电 角度。 ）同一相绕组的各个有效边在同性磁极下的电流方 向应相同，而在异性磁极下的电流方相反。 （）同相线圈之间的连接应顺着电流方向进行。 第二节 交流绕组 交流绕组的分类 按槽内层数来分，可分为单层绕组、双层绕组和单 双层混合绕组；按每极每相所占的槽数来分，可分 为整数槽绕组和分数槽绕组；按绕组的结构形状来 分，可分为链式绕组、交叉式绕、同心式绕组、叠 绕组和波绕组等。 第三节 交流绕组的电势和磁势 一、三相定子绕组的电势一、三相定子绕组的电势 根据电磁感应定律可以证明，三相异步电动机定于绕组的相 电势1为： E1=4.44

11、f1N1mkykq=4.44f1N1mkw 绕组系数：kw=kykq Ky称为节距因数 q称为分布因数 第三节 交流绕组的电势和磁势 二、三相定子绕组的磁势二、三相定子绕组的磁势 单相绕组的磁势 在三相定子绕组中通人三相正弦波的电流，则三相定子 绕组中的每一个单相绕组所产生的磁势为脉动磁势。 可以证明，单相绕组脉动磁势 ),(tx f 的数学表达式可以写成 txFtxfcoscos),( = F为磁势的幅值;为空间坐标;t为时间坐标；为绕组中正弦 交流电的角频率。可以证明，单相绕组脉动磁势的幅值 F = p KwIN19 . 0 说明单相统组脉动磁势的幅值与绕组中的电流成正比，与相绕组 总的串

12、联匝数成正比，与绕组因数 K、成正比，与电机的极 对数p成反比。 第三节 交流绕组的电势和磁势 三相绕组的磁势 三相绕组由个单相绕组组成，这三个单相绕组分别产生脉动磁 势。在三相异步电动机中，个单相绕组是对称的，即 、 三相绕组在空间互相间隔的距离为 电角度。电机在 对称运行时，通人三相绕组中的三相电流亦是对称的，即其幅值 相等，在时间相位上互差电角度，即 tIiUcos2= )120cos(2 o =tIiV )120cos(2 o +=tIi W 第三节 交流绕组的电势和磁势 因此，、三相绕组的磁势分别为 txFf U coscos = )120cos()120cos( oo = txFf

13、 V )120cos()120cos( oo = txFf V 把 U f V f W f分别进行分解 )cos( 2 1 )cos( 2 1 xtFxtFf U += )240cos( 2 1 )cos( 2 1 o += xtFxtFf V )240cos( 2 1 )cos( 2 1 o += xtFxtFf U 第三节 交流绕组的电势和磁势 把上述个公式相加，可知前三相余弦互相托加，后 三相之和为零。故三相合成磁势为 )cos(5 . 1),(txFtxf= 上式表明，当三相对称电流流过三相对称绕组时，三 相绕组的合成磁势为一个圆形旋转磁势。 圆形旋转 磁势的幅值为单相绕组脉动磁势幅值

14、 F 的倍，其旋转速度称为同步转速，用1；来 表示，其计算公式为： p f n 60 1 = 第三节 交流绕组的电势和磁势 三相绕组合成磁势具有以下性质： （1）三相合成磁势在任何瞬间保持着恒定的振幅， 它是单相脉振磁势振幅的倍； （）三相绕组合成磁势的转速仅决定于电流的频 率和电机的极对数； （）当某相电流达到最大值时，合成磁势波的波 幅就与该相绕组的轴线重合； （）合成磁势的旋转方向决定于电流的相序。 第四节 工作原理及运行分析 三相异步电机作为电动机运行 三相电流流入三相定于绕组产生旋转磁势，并在气隙中产生相应的 旋转磁场。 当旋转磁场切割转子导体时，在其中产生感应电势，使转子导体中 有

15、电流流过。其方向可利用右手定则判断。转子电流与旋转磁场作 用而产生电磁转矩，使转子以转速旋转，从而把电能转换成机械 能，作电动机运行。 当异步电机作为电动机运行时，为了克服负载的阻力转矩，三相异 步电动机的转速总是略低于同步转速n1，以便气隙中的旋转磁场 能够切割转子导体而在其中产生感应电势和感应电流，从而能够产 生足够的电磁转矩来拖动转子旋转。可见，异步电机产生电磁转矩 的必要条件是，磁场的同步转速和转子的转速不相等 第四节 工作原理及运行分析 把同步转速n和转子转速的差值称为转差，转差 与同步转速的比值称为转差率，转差率用s来表 示，即 1 1 n nn s = 转差率是异步电机的一个基本

16、变量，它可以表示异步 电机的各种不同运行状态。 （1）在电机刚起动时，转子转速=0，则1 （2）随着转子转速的上升，转差率减小 三相异步电动机的转速可用转差率来计算 （1s）1 第四节 工作原理及运行分析 2三相异步电动机作为发电机运行 3三相异步电机在制动状态下运行 在这种情况下，它一方面消耗原动机的机械功率，同 时也从电网吸收了电功率，这两部分功率均变为三相 异步电动机内部的损耗。 在3种运行状态下，转子转速总是与旋转磁场转速（同 步转速）不同，因而称为异步电机。又由于异步电机的 转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应的原 理来产生感应电势和电流，从而产生电磁转矩使电动机 旋转，因而

17、异步电机又称为感应电机。 第四节 工作原理及运行分析 二、三相异步电动机的功率和转矩平衡关系二、三相异步电动机的功率和转矩平衡关系 第四节 工作原理及运行分析 三、三相异步电动机的运行特性三、三相异步电动机的运行特性 1.转速特性 2.转矩特性 3.定子电流特性 4.功率因数特性 5.效率特性 第四节 工作原理及运行分析 四、三相异步电动机的机械特性四、三相异步电动机的机械特性 当三相异步电动机的外加定 子电压及频率不变，转差率 S变化时，电磁转矩 T的变 化规律曲线T= f (s) 称为机 械特性 2 21 2 21 2 2 1 )()/(2 /3 xxsrrf srpU T + = 第五节

18、 起动、反转、调速和制动 一、三相异步电动机的起动一、三相异步电动机的起动 三相异步电动机的起动是指从电动机接人电网开始转动，到达正 常运转为止的这一过程 （1）起动电流尽可能小； （2）起动转矩要足够大； （3）起动所需用的设备简单、经济、操作方便； （4）起动过程中的功率损耗要尽量小。 1. 小容量电动机空载或轻载起动一直接起动 2.中、大容量电动机空载或轻载起动一降压起动 3.小容量电动机重载起动一鼠笼电机的特殊型式 4.中、大容量电动机重载起动一绕线电动机起动 第五节 起动、反转、调速和制动 二、三相异步电动机的调速二、三相异步电动机的调速 三相异步电动机的调速是指用人为的方法来改变三

19、相异步电动 机的转速。 )1 ( 60 )1 ( 1 1 s p f snn= 异步电动机可通过改变定子绕组的极对数 p、改变电源频率 f 和改变转差率s进行调速。 1.变极调速 2.变转差率调速 3.变频调速 第五节 起动、反转、调速和制动 三、三相异步电动机的反转和制动三、三相异步电动机的反转和制动 1.反转 2.制动 （1）反接制动 (2)回馈制动 (3)能耗制动 第四章第四章直、脉流牵引电动机的换向直、脉流牵引电动机的换向 第一节 换向的基本概念 第二节 直流电机产生火花的原因 第三节 改善直流电机换向的方法 第四节 脉流牵引电动机的换向特点 第五节 改善脉流牵引电动机换向的方法 第六

20、节 直流和脉流牵引电动机的环火及防止措施 第七节 牵引电动机的发热和通风冷却 第一节换向的基本概念 就一个具体的电枢元件就一个具体的电枢元件(线圈线圈)来说，其电流总 是不断变化的。或者说电枢旋转时，每个具体的 电枢元件总是不断地从一个支路转进另外一个支 路。 来说，其电流总 是不断变化的。或者说电枢旋转时，每个具体的 电枢元件总是不断地从一个支路转进另外一个支 路。 元件中电流 的方向改变的过 渡过程称为 元件中电流 的方向改变的过 渡过程称为换向 过程 换向 过程 第一节换向的基本概念 电刷是支路的分界线；我们研究跨接在换向片电刷是支路的分界线；我们研究跨接在换向片1/2上的电枢元件。上的

21、电枢元件。 换向刚开始时，元件仍属于右边支路，其电流为换向刚开始时，元件仍属于右边支路，其电流为+ia（右左）；（右左）； 处于换向中时，元件被电刷短路，电流大小和方向处于变化的过程中；处于换向中时，元件被电刷短路，电流大小和方向处于变化的过程中； 换向结束时，元件进入左边支路，其电流已经换向结束时，元件进入左边支路，其电流已经由变为-ia（左右）。（左右）。 一个元件换向过程所需的时间就是称为换向周期一个元件换向过程所需的时间就是称为换向周期TH，即一个换向片通过电 刷所用的时间。换向元件的电流从 ，即一个换向片通过电 刷所用的时间。换向元件的电流从+ia变到变到-ia所用的时间即为一个换向

22、周期 （ 所用的时间即为一个换向周期 （TH=0.00050.02秒）。秒）。 换向问题十分复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火化。当火花大 到一定程度时可能损坏换向器表面，从而使电机不能正常工作。 换向问题十分复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火化。当火花大 到一定程度时可能损坏换向器表面，从而使电机不能正常工作。 产生火花的原因十分复杂，除电磁原因外，还有电化学、电热等因素，至 今尚无完整的理论 产生火花的原因十分复杂，除电磁原因外，还有电化学、电热等因素，至 今尚无完整的理论 第一节换向的基本概念 换向元件中的电势 1.电抗电势 一般,换向周期非常短暂, 电流的变化会在绕组元件

23、中产生自感和互感电势,两 者的合成电势称为电抗电 势。用er表示。 dt di Leee a rMLr =+= 第一节换向的基本概念 电枢反应电势 当电枢旋转时，处于几何中性线 上的换向元件，将切割交轴电枢 磁场而产生电枢反应电势。根据 右手定则可以判断的方向也是与 换向前的电流方向相同，即和方 向一致，都是阻碍电流换向的。 第一节换向的基本概念 换向电势 为了改善换向，容量在1kw以上的 直流电机都安装有换向极，换向极 安装在几何中性线上。换向极极性 应正确，以使它的磁势与交轴电枢 反应磁势相反，如图所示。这样， 当换向元件切割换向极磁场时，感 应产生换向电势，其方向与和相 反，用来抵消和对

24、换向的不利影响。 第一节换向的基本概念 换向元件中的电阻 换向元件中的电流 tT T RR K K = 1 t T RR K = 2 ()()eTiiRii aa =+ 21 KL K K K a ii T tT R e T t ii+= + += 2 2 1 第一节换向的基本概念 换向过程 电阻换向 ark eee+= 理想换向情况，元件中的合成电势 0= e 延迟换向 ark eee+ 0 e 电流改变方向的时刻比直线换向时提 前，故称为超越换向 第二节产生火花的原因 电磁原因 1. 当电机处于直线换向时，尽管电流密度可能很 大，但电刷下不会产生火花。 2. 附加换向电流过大是产生火花的电

25、磁原因。 3. 当电机工作在严重超越换向时,前刷边电流密度增 大,导致电刷局部过热而在前刷边出现火花或电弧。 第二节产生火花的原因 1.换向器及电机旋转部分的缺陷 机械原因 （1）个别换向片或云母片凸出； （2）换向器偏心、转子动平衡不好； （3）换向器工作表面污染、有毛刺、斑痕或拉伤沟纹等； （4）换向器工作表面变形，如呈椭圆形、腰形或锥形等。 2.电刷装置的缺陷 （1）电刷接触面研磨的不光滑，接触不良或只是局部接触； （2）电刷在刷盒中间隙不合适，造成跳动、倾斜或卡死现象； （3）电刷上压力不适当； （4）刷握装置不稳固，造成刷握位置偏离几何中心线； （5）刷架圈的定位不准确或安装不牢固等

26、。 第二节产生火花的原因 化学原因 在正常情况下，当电机长期运行之后，换向器滑动 面会覆盖一层很薄的薄膜，电刷在与换向器接触时，并 不是直接与换向器钢片本身接触，而是通过这层薄膜与 换向器铜片接触。要获得良好的换向，除保持电磁和机 械方面的良好条件外，还必须在换向器表面形成均匀而 光亮的薄膜层，不正常薄膜的出现将预示着电机换向的 恶化。 第三节改善直流牵引电动机换向的方法 一、设置换向极 换向极应满足以下要求： 1.极性正确 2.换问极绕组必须与电枢绕组串联 r e 3.换向极磁路处于低饱和状态 二、减小电抗电势 希望电抗电势的数值尽可能小些，这样抵消电抗电势 的所需要的换向电势也就小些。当这

27、两个电势的绝对 值都减小以后，它们的剩余电势也相应减小，这样就 改善了电机的换向条件。 第三节改善直流牵引电动机换向的方法 三、增加换向回路的电阻 换向回路电阻主要是决定于电刷与换向片之间的接 触电阻，增加接触电阻可以减小附加换向电流的数 值，从而改善电机换向。 脉流牵引电动机由于换向条件困难，广泛采 用高接触电阻的电化石墨电刷 第四节脉流牵引电动机的换向特点 一台换向正常的直流牵引电动机，若工作在脉动电 源下，这台电机换向将显著恶化，这是因为在脉动电源 条件下，牵引电动机的换向元件中，除已经介绍过的直 流电势外，由于脉动电源中交流分量的作用，还将引起 另外3种交流电势，即： (1)由电枢电流

28、交流分量Ia引起的交流电抗电势er； (2)由换向区磁通交变分量由K引起的交流换向电势 ek； (3)由主极磁通交变分量f引起的变压器电势et， 第四节脉流牵引电动机的换向特点 交流电抗电势er er=Kier 在一定的电流脉动系 数下，交流电抗电势 er的幅值正比于直流 电抗电势er=其交变频 率和相位与电枢电流 交流分量相同。 第四节脉流牵引电动机的换向特点 变压器电势et 变压器电势是由于主极磁通交变分量由f的作用，在 换向元件中感应的电势，其表达式为： dt d Wae f t= 第四节脉流牵引电动机的换向特点 换向元件中的交流合成电势 过大的er是引起脉流牵引电 动机换向困难的根本原

29、因。因 此，要改善脉流牵引电动机的 换向，就要尽可能地减小交流 剩余电势er。 第五节 改善脉流牵引电动机换向的方法 脉流牵引电动机的换向比直流牵引电动机困难，为 了保证脉流牵引电动机可靠运行，必须针对它在换 向方面存在的问题采取一定的措施。 一、减小交流电势的数值 1减小交流电抗电势er 2减小变压器电势et 第五节 改善脉流牵引电动机换向的方法 二、改善交流换向电势ek的相位 1.换向极铁心采用电工钢片叠制 2.机座内壁敷设磁桥 3.减小换向极漏磁通 4.采用全叠片或半叠片机座 第五节 改善脉流牵引电动机换向的方法 三、选择合适的变压器电势补偿不平衡电势 te 四、采用感应分路 由换向元件

30、各交流电势的相位关系可见，变压器电 势与交流电抗电势的相位几乎是相反的，因此可利 用来抵消。实践证明，这是积极有效的办法。为了 使在数值上和相位上都能补偿，必须选择合适的固 定磁场削弱系数。 第六节换向器上的环火 直流和脉流牵引电动机 在某些恶劣条件下运行 时，正、负电刷之间可 能形成一股强烈的环形 电弧；同时伴有闪光与 巨响，这种现象称为环 火（俗称“放炮”）环火是 直流和脉流牵引电动机 最严重的故障之一 第六节换向器上的环火 一、产生环火的原因 换向器片间电压 分布曲线和电位 特性 第六节换向器上的环火 电刷下火花的扩展 当原始火花较大时，随着换向 器的转动，原始火花将被机械地 拉长，从而

31、在电刷与换向片形成 电弧，该电弧能否维持甚至发 展，决定于电弧本身的能量及换 向器上的电位。图中1、2表示电 机的电位特性，3表示电弧特 性，a是电弧继续燃烧的临界点。 第六节换向器上的环火 牵引电动机运行时，电刷磨损而产生碳粉或电刷 碎片，换向器磨损的铜粉以及其他导电灰尘会积聚在 换向片间的沟槽中，这些可导电物质在换向片间形成 了所谓的导电桥。当片间电压过高时，此导电桥中的 导电尘粒因燃烧形成火花。若片间电压足够大，会在 这些导电尘粒燃烧后，出现片间电弧，当电弧向前扩 展时，它遗留下来的离化气体是导电的，因而，电弧 不断伸长，以至形成环火。 第六节换向器上的环火 防止环火的措施 1.限制换向

32、器圆周上的电 位梯度和最大片间电压值 2.采用适当的主极极靴形状 3.选择适当的极弧系数 4.设置补偿绕组 第七节牵引电动机的发热和通风冷却 一、电机的损耗和温升 直流牵引电动机在实现能量转换过程中，电机内部将 产生机械损耗、铁耗、铜耗和附加损耗等4类损耗， 这些损耗一方面使电机的输出功率减小、效率降低； 另一方面，损耗最终都变为热能,使电机各部分温度 升高,引起电机发热。 第七节牵引电动机的发热和通风冷却 均质固体的发热曲线，曲线表明物体发热时，其 温升随时间按指数函数规律变化。开始发热时，物 体与周围介质的温差较小，散发出的热量较少，产 生的热量大部分用以升高物体本身的温度，温度上 升得较

33、快。随着电机温度的升高，温差的增大，散 发的热量逐渐增加，用以升高物体本身的热量逐渐 减少，温度上升速度减慢。当发热体经过较长时 间，温度升高到一定数值后，产生的热量等于散发 热量，物体的温度不再升高，达到热稳定状态。此 时，物体的温升称为稳定温升，用表示。 第七节牵引电动机的发热和通风冷却 散热 电机的损耗引起发热而使电机温度升高，当电机的 温度高于周围介质温度时，热量开始向周围介质中 散发，称为电机的散热。 绝缘层的热传导作用 表面层的热散发作用 第七节牵引电动机的发热和通风冷却 牵引电动机的通风冷却 1.牵引电动机的通风方式 自通风独立通风 2.牵引电动机的通风结构和通风参数 强迫通风诱

34、导通风 轴向通风径向通风 采用强迫式独立通风 第十八章主型电器第十八章主型电器 第一节受电弓第一节受电弓 第二节高压连接器第二节高压连接器 第三节主断路器第三节主断路器 第四节真空断路器第四节真空断路器 第五节转换开关第五节转换开关 第六节司机控制器第六节司机控制器 第一节受电弓第一节受电弓 一、概述 受电弓是电力机车、电动车辆从接触网导线上受取电 流 的一种受流装置。它安装在机车车顶上，当受电弓升起时， 其受电弓滑板与接触导线接触，将电流引入车内。 电力机车上安装有两台受电弓，正常运行时一般只升后 弓，前弓备用。按结构形式分，受电弓分为双臂受电弓和单 臂受电弓两种。 第一节受电弓第一节受电弓

35、 二、基本结构及主要部件的作用 在韶山8型电力机车上采用 TSG363025型单臂受电 弓，由底架、铰链机构、弓头部分、传动机构、控制机构等 组成。 (一)底架 底架由纵梁和横梁组成 (二)铰链机构 铰链机构由下臂杆、推杆、中间铰链座、平衡杆、上 部框架等部件组成，是实现弓头升降运动的机构。 （三）弓头部分 弓头部分由滑板框架、羊角、滑板、弹簧盒、固体润 滑剂等组成。滑板是直接与接触导线接触受流的部件。 （四）传动机构 传动机构由传动气缸、传动绝缘子、U形连杆、转臂等 组成。 （五）控制机构 TSG363025型受电弓的控制机构由缓冲阀和升弓电 空阀组成，安装在机车内部，以便在机车内部调整升、

36、降 弓时间。 第一节受电弓第一节受电弓 第一节受电弓第一节受电弓 三、动作原理 升弓时，司机按下受电弓按键开关，升弓电空间得电， 压缩空气经缓冲阀的节流阀进人传动风缸，推动活塞克服降 弓弹簧的作用力，带动传动绝缘子和U形连杆右移，解除了对 下臂杆的约束力，升弓弹簧拉动下臂杆和推杆顺时针转动， 推杆推动铰链座和上部框架逆时针旋转，带动受电弓弓头升 起。 降弓时，司机恢复受电弓按键开关，受电弓电空阀失 电，传动风缸内的压缩空气经快排阀、电空阀排向大气，在 降弓弹簧的作用下，活塞带动U形连杆左移，当U形连杆与下 臂杆转轴接触后，迫使转轴向下移动，强制下臂杆做道时针 转动，最终使弓头下降到落弓位。 四

37、、静特性 在静止状态下，受电弓滑板在工作范围内对接网导线的 压力称为受电弓的静态接触压力。要求受电弓在工作高度范 围内有一较为合适的、基本不变的接触压力。 1.在工作高度范围内，受电弓的静态接触压力变化 小； 2.受电弓上升过程与下降过程的静态特性曲线不重 合； 3.调整弧形调整板的倾角，可以改变受电弓静态接触 压力的大小。 第一节受电弓第一节受电弓 第一节受电弓第一节受电弓 五、调整 1静态接触压力的调整 调整时，在弓头上加挂一9kg的重物，受电弓弓头能在任 意工作高度上停留。若在工作高度上限段不能停留。则应改变 升弓弹簧的变形量，加大或减小升弓力，然后检查弓头在工作 高度的下限段，若弓头不

38、能停留，调整螺栓，改变弧形调整板 的倾角，也就是通过改变升弓弹簧组的工作高度之间的变形量 来使其满足要求。 2升、降弓时间的调整 一般先调升弓时间，通过改变节流阀口大小就可初步调 整升弓时间。然后再调节快排阀弹簧的压缩量，改变快排的 时间长短，从而调整降弓时间。这种调整过程，要反复进 行，以便满足升、降弓的时间和动作要求。 3 弓头的调整 调整平衡杆的长度，保持弓头滑板面的水平。调整弹簧 盒杆和弓头弹簧，保证弹簧盒杆上下活动自如，无阻滞。 第一节受电弓第一节受电弓 第二节高压连接器第二节高压连接器 一、概述 高压连接器的主要功能是在两节机车进行连挂时，自 动连接两节机车车顶的25 kV高压电路

39、。它安装在每节车尾 部的车顶上，依靠机车连挂车钩的力量，与车钩同时对接， 分离时也随机车的车钩脱开而自动分离。SS4改型电力机车 采用的是TLG1-40025型高压连接器。 第二节高压连接器第二节高压连接器 二、基本结 构及主要部 件的作用 TLG1-400/25型高压连接器外形图 1支架绝缘子；2导电极；3软连接线；4半环；5导向羊角件；6喇叭形头部；7导电杆； 8橡胶波纹管；9挡板；10十字轴支架；11止动器；12球面止挡；13支承缸体；14伸张弹簧。 （一）机械传动部分 机械传动部分的作用是：连接力的传递和满足机车 各种运行条件的工作要求。它的结构由十字接头安装、 蜗卷簧和支承座体等组成

40、。 （二）电气连接部分 电气连接部分的作用是：既决定了喇叭型头部的摆 动方向，又起导通电流的作用。它的结构主要由喇叭型 头部、盖板装配、顶杆和弹簧等组成。 第二节高压连接器第二节高压连接器 第二节高压连接器第二节高压连接器 三、动作原理 在两节车需要连挂作重联运行时，依靠两节车车钩挂接 时的牵引力，将两台高压连接器的叉形件（动触头）插入彼 此的半圆环（静触头）中，接通两节车一次侧高压电路。拉 簧并使又形件勾住半圆环，保持接触压力恒定不变。 当两节车分离时，也是依靠两节车的分离时的牵引力， 又可自动分离，并断开两节车的一次侧高压电路，此时拉簧 复原。 第二节高压连接器第二节高压连接器 四、高压连

41、接器接合状态下的电流路径 从一节车的高压回路到导电极，经软连接线，到导电 杆，然后通过喇叭形头部内的软连线、半环、叉形件，到另 一台连接器的叉形件、半环、导电杆母线等，再到另一节车 的车顶母线。 第二节高压连接器第二节高压连接器 五、高压连接器的主要特点 1高压连接器自身不带操作机构，由于高压连接器 自身不带操作机构，其操作力均来源于机车车钩挂接或分离 时的牵引力，随机车车钩的连接或分离同时完成，不必单独 操作，非常方便。 2在接触状态下，触头接触压力只与拉簧有关，不 受机车牵引力状态的影响。 3导电触头为叉形结构，是典型的线接触方式，工 作状态稳定可靠，接触电阻小，散热性能好。 4高压连接器

42、不带灭弧装置，因此必须在无电状态 下进行对接或分离操作。 第三节主断路器第三节主断路器 一、概述 主断路器连接在受电弓和牵引变压器原边绕组之间， 安装在机车顶中部。在机车中起双重作用，既是机车电源总 开关，又是机车总保护电器。 当主断路器闭合时，机车通过受电弓从接触网导线上 获得电源，投入工作。若机车主电路和辅助电路发生短路、 接地、过载、调压开关卡位及零压等故障时，均通过主断路 器自动切断机车总电源，起着保护作用。主断路器属于高压 断路器的一种。 第三节主断路器第三节主断路器 二、基本结构及主要部件的作用 TDZ1A-1025型空气断路器以安装在机车车顶盖上铸 铝制成的底板为界，分上、下两大

43、部分。露在车顶上的为高 压部分，主要有灭弧室、非线性电阻瓷瓶、支持瓷瓶、隔离 开关和转动瓷瓶等部件。装在底板下部的低压部分，主要有 储气缸、主阀、延时阀、传动气缸、起动阀、辅助开关等部 件。 第三节主断路器第三节主断路器 TDZ1A-10/25型空气断路器 1灭弧室；2非线性电阻瓷瓶； 3非线性电阻；4干燥剂； 5弹簧；6距离开关； 7转动瓷瓶；8控制轴； 9传动杠杆；10气管； 11合闸阀杆；12起动阀； 13分闸阀杆；14主阀活塞； 15延时阀；16阀门； 17气管；18主阀； 19塞门；20支持瓷瓶； 21储风缸；22传动风缸； 23辅助开关。 第三节主断路器第三节主断路器 （一）高压部

44、分 1灭弧室 灭弧室是主断路器安装主触头、熄灭电弧的重要部件。 其主体为空心瓷瓶，一端装风道接头，通过支持瓷瓶的中心 空腔与主阀的气路相连；另一端装法兰盘，以此将高压电引 入主断路器。 灭弧室 1网罩；2外罩；3挡圈； 4缓冲垫；5触头弹簧； 6弹簧座；7法兰盘； 8固定盘；9导电管； 10弹簧；11灭弧室瓷瓶； 12动触头；13静触头； 14静触头杆；15风道接头； 16套筒；17隔离开关触头。 第三节主断路器第三节主断路器 2.非线性电阻 非线性电阻用于限制过电压，减小电压恢复速度。 3.隔离开关 隔离开关由静触头、动触指、弹簧装置、隔离开关闸刀 （动触杆）、法兰盘（下转动座）、铜滚珠、连

45、接件（上 转动座）及弹簧装置等组成。 第三节主断路器第三节主断路器 （二）低压部分 1.起动阀 起动间由左边的分闸阀和右边的合闸阀两部分组成，呈 对称分布。两阀有各自的阀杆、弹簧和密封垫，由各自的电 磁铁控制，共用阀体、密封垫和盖板。D、E、F3个空腔分别 与储风缸、主阀C腔、传动风缸相通。 第三节主断路器第三节主断路器 启动阀 1密封垫；2阀体；3阀杆；4密封垫；5弹簧；6盖板。 第三节主断路器第三节主断路器 2.主阀 主阀采用气动差动式结构。它由阀体、活塞、阀杆、阀 盘、弹簧等部件组成。主阀共有5条气路：A腔与储风缸相 连，B腔经支持瓷瓶通向灭弧室，C腔与起动阀的E腔相连，下 方与延时阀进

46、气孔相通，另有一条小气路将储风缸内少量的 压缩空气由通风塞门经主阀送入支持瓷瓶和灭弧室，保证灭 弧室内始终有一个对外的正压力，防止外界潮湿空气进入灭 弧室。 主阀 1阀体；2活塞；3阀杆；4滑块；5阀盘；6弹簧；7垫圈；8挡圈；9密封圈。 第三节主断路器第三节主断路器 第三节主断路器第三节主断路器 3.延时阀 延时阀的作用是使传动风缸较灭弧室滞后一定时间得到 储风缸的压缩空气，确保隔离开关比主触头延时动作，无电 弧开断。 延时阀由阀座、膜片、阀杆、阀体、弹簧、阀盖、调节 螺钉等部件组成。调节螺钉用于调整进入膜片下部空腔的气 路大小，改变延时时间。 第三节主断路器第三节主断路器 延时阀 1阀座；

47、2密封环； 3膜片；4阀杆； 5伐体；6阀门； 7弹簧；8阀盖； 9调节螺钉。 第三节主断路器第三节主断路器 4.传动气缸 传动气缸以 隔板为界，分为 左边的工作腔和 右边的缓冲腔两 大部分，活塞杆 上装有工作活塞 、缓冲活塞和套 筒，连杆销与控 制轴相连。 传动气缸 1套筒；2工作活塞；3活塞缸；4工作气缸体；5隔板；6缓冲 气缸体；7缓冲活塞；8套筒；9连接销。 第三节主断路器第三节主断路器 5.辅助开关 辅助开关由万能转换开关承担，其引出线通过插销或插 座同机车有关电路相连。 辅助开关的作用如下：一是接受机车整备控制电路的电 讯号，控制分、合闸电磁铁的动作；二是作分、合闸之间的 电气联锁

48、，即分闸完成后切断分闸线圈电路，接通合闸线圈 电路，为下一步合闸动作作好准备，保证下一步只能是合闸 动作而非分闸动作，反之亦然；三是与信号控制电路相连， 显示主断路器所处的状态，分闸状态时信号灯亮，合闸状态 时信号灯灭。 三、主断路器的动作原理 1.主断路器的分、合闸准备工作 储风缸充满足够的压缩空气；起动阀的D腔充满压缩空 气；另有少量的压缩空气经通风塞门、主阀、支持瓷瓶进入 灭弧室，使灭弧室内保持一定的正压力，防止外部潮湿空气 的侵入。 2.主断路器的合闸动作原理 司机按下主断路器合闸按键开关，合闸线圈得电，合闸 阀阀杆上移，起动阀D腔的压缩空气经起动阀F腔进人传动风 缸工作活塞的右侧，推动工作活塞左移，驱动传动杠杆带动 控制轴、转动瓷瓶转动，隔离开关合闸。 第三节主断路器第三节主断路器 第三节主断路器第三节主断路器 3.主断路器的分闸动作原理 司机按下主断路器分闸按键开关，分闸线圈得电，分闸 阀阀杆上移，起动阀D腔的压缩空气经起动阀E腔进入主阀的 C腔，主阀左移，储风缸内大量的压缩空气经支持瓷瓶进入 灭弧室，推动主动触头左移，电弧被吹入空心的动触头，冷 却、拉长、进而熄灭。 进入延时间的压缩空气经一定时间延时后，