牵引电机的基本原理_牵引电机的分类和各自特点

牵引电机的基本原理

牵引电动机是指产生机车或动车牵引动力的电动机。牵引电动机种类繁多，但它们都有一个对应机车和动车的牵引力和速度关系的特性，即基本牵引特性，它们既可以代表机车或动车的性能，也可以通过车辆的动轮轮径和传动比的关系转换成牵引电动机的转矩和转速的关系。

牵引电动机是驱动车辆动轮轴的主电动机，用于车辆的加速及制动。牵引电动机的定子绕组接通三相交流电，在定子空间将产生旋转磁场。转子绕组在旋转磁场中将产生感应电动机和感应电流，从而使转子受到电磁力的作用而转动。

交流牵引电机的分类和各自特点

交流牵引电动机在额定频率和额定电压不变的条件下，其自然工作特性是指给定电动机的转速n、电磁转矩T、定子功率因数cosφ1与输出功率P2之间的变化关系，而自然机械特性是指电动机和转速与电磁转矩之间的变化关系。常用的交流牵引电动机有以下几类：

1．单相串励换向器电动机

输入电压为单相低频交流，通常只采用串励，其自然运行特性与直（脉）流串励电动机基本相同。它极数较多，加上换向问题解决不够完善，只有欧洲部分国家在低频牵引电网下使用。

2．三相异步电动机

（1）转速特性n=f（P2）。在稳定运行的转速范围内，当P2增大时，电磁功率Pem和转子绕组铜损PCu2也随着增大，且PCu2比Pem增大略快，即转差率s=PCu2/Pem略有增加。因此，转速特性为略微下降的近似直线，这说明异步电动机的转速特性呈硬特性。

（2）转矩特性T=f（P2）。由T=CTΦI2=T0+P2/Ω可知，三相异步电动机与直（脉）流他励电动机一样，转矩特性为呈上升趋势的近似直线。

（3）定子功率因数特性cosφ1=f（P2）。空载时定子电流主要是励磁分量，因此空载时很低。随着P2的增大，转子电流的有功分量增长，对应的定子电流有功分量也增长，cosφ1很快上升。当P2增至额定负载以后，由于转差率s明显增大，使转子漏抗sX02增大，相对定子电流的无功分量也会增加，cosφ1反而逐渐减小。因此，定子功率因数特性呈弯曲线。

（4）机械特性n=f（T）。在稳定运行范围内，当T增大时，转子电流的有功分量I2cosφ2增大，表明转差率s略有增大，机械特性是略微下降的近似直线。因而异步电动机的机械特性呈硬特性。

3．三相同步电动机

（1）转速特性n=f（P2）和机械特性n=f（T）。由于同步电动机为交直流双边励磁电动机，其转速只取决于电枢电流频率和电动机极对数，而与P2和T无关，转速特性和机械特性为水平的绝对硬特性。

（2）转矩特性T=f（P2）。由“电机学”知识可知，电磁功率Pem随着输出功率P2的增加而增加，由于其转子同步角速度Ωr不变，转矩特性呈直线上升。

（3）定子功率因数特性cosφ1=f（P2）。由“电机学”知识可知，处于过励状态的同步电动机将从电源吸取电容性电流，以利改善cosφ1。空载时主要是直流励磁，在较小励磁时，功率因数cosφ1即可高于异步电动机。随着P2的增大，将在较大励磁时才能使cosφ1较高。

图11-3 常用牵引电动机工作特性

（a）三相异步电动机；（b）三相同步电动机

图11-3 （a）、（b）分别示出了三相异步电动机和三相同步电动机的自然运行特性。可见，三相异步电动机比三相同步电动机的特性有更明显的变化。