牽引電機的發展及前景展望

[摘要]本文主要闡述了牽引電機的由來、特點，以及發展至今演變過程和不斷變化的原因，以及將來的發展趨勢。同時討論了將來發展演變的前景趨勢以及可能遇到的主要技術問題！

[關鍵詞]牽引電機；構造；類別；發展；前景

1、軌道交通牽引力的發展

1.1機械化牽引的軌道交通

1804年由英國人經過多年的研究、改進才發明了第一臺單汽缸和大飛輪的蒸汽機車，能夠牽引5輛車廂，這就是最早有蒸汽機牽引的機車。世界上第一條地鐵則于侶63年1月10日在倫敦建成，由蒸汽機車牽引。但蒸汽機牽引的列車非常簡陋，乘客飽受煙熏之苦，并且有煤氣中毒的危險，但由于載客量大，充分顯示了作為城市大容量交通工具的發展前景

1.2電機牽引的軌道交通

自1831英國物理學家、化學家邁克爾.法拉利發現電磁感應現象，并制出世界上第一臺發電機，就把人類帶到了點得世界。繼后相繼出現了各種發電機。于1877年發電機用于商業生產，至1879年德國西門子-哈爾斯克電報研究所制作出有軌電車，自此電力牽引時代真正到來，此時用得就是電機牽引。

2、牽引電機的演變過程

牽引電機的基本結構和普通電動機是相似的，但由于其工作條件的特殊，一次它應具有以下特點：

（1）牽引電機懸掛在軌道車輛轉向架構架上或車軸上，并借助傳動裝置驅動車輛前進，因此牽引電機在結構上必須考慮傳動和懸掛兩方面的問題。

（2）牽引電機的安裝尺寸受到很大的限制，徑向尺寸受到輪徑直徑限制，軸向尺寸受到軌距的限制，故要求其結構必須緊湊。

（3）車輛運行時，鋼軌對車輛的一切動力影響都會傳給牽引電機，是牽引電機承受很大的沖擊和振動。

（4）牽引電機的使用環境惡劣，它睦在車體下面容易受潮、受污，還經常受到濕度、溫度的影響。

3、牽引電機至今的演變成果

3.1牽引電機的種類及使用的地點

目前，軌道交通的牽引電機主要有：直流牽引電機、交流牽引電機、直線牽引電機、永磁牽引同步電機等幾類：

1.直流牽引電機：目前還在北京，上海等地鐵列車上使用。

2.交流異步牽引電機：目前在上海，南京，北京等等地鐵，大鐵上使用。

3.直線電機：僅在廣州地鐵使用。

4.永磁牽引同步電機：目前在法國阿爾斯通、日本東芝、德國STARNBENG等研究公司研究中。

3.2各種牽引電機的構造及特點

3.2.1直流牽引電機

（一）構造

直流電機由定子和轉子兩大部分組成。

（1）定子

電機定子主要用來建立主磁場，并作為電機的機械支撐，包括機座、主磁極、換向極和電刷裝置等部件。

（2）轉子

電機轉子叉稱電樞，用來產生感應電動勢、流通電流、產生電磁轉矩，從而實現機電能量轉換。主要包括電樞鐵芯、電樞繞組、轉軸和換向器等部件。

（二）特點

（1）直流牽引電動機擁有較好啟動、調速性能和正反轉工作特性，適應機車牽引特性的需要.

（2）體積大、質量大、轉動慣量大、動態性能相應差。

（3）維護檢修工作量大、成本高、應用環境受限。

（4）換向困難。

3.2.2交流牽引電機

（一）構造

交流牽引電機由定子、轉子和氣隙三部分組成。

（1）定子

定子由鐵芯（電工硅鋼片疊成）、定子繞組、機座等部件組成。定子鐵芯內圓有許多形狀相同的槽，用于嵌放定子繞組，機座用于固定和支撐定子鐵芯，要求有足夠的機械強度和剛度。定子外部固定有端蓋。

（2）轉子

轉子由轉子鐵芯（硅鋼片疊成），轉子繞組及轉軸組成。轉子鐵芯安裝在轉軸上，表面開有槽，用于放置或澆注轉子繞組。在轉子的—端安裝有風扇，用于轉子高速轉動時的降溫散熱。

（3）氣隙

氣隙大小對異步電動機性能有很大的影響。氣隙大，則磁阻大，勵磁電流（滯后的無功電流）大，功率因數降低。氣隙過小，則裝配困難，運行不可靠。高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加，啟動性能變差。

（二）特點

（1）結構簡單、功率大、體積小、質量輕。

（2）成本低廉、工作可靠、慣量小、維護方便。

（3）獨立的通風模式。

（4）電路簡單，故障率低。

（5）可以在一般性能調速，也可以在高性能的交流調速和伺服系統。

（6）過載能力強、噪聲小、調速范圍廣、再生制動力大、可以防止車輪打滑。

（7）平穩舒適，節能20%-30%！

4、牽引電機及技術難關

（1）研究永磁材料的熱穩定性，詳細分析各種不同電磁材料的抗去磁能力，為設計制造理論依據。

（2）改進制造裝配工藝，設計專用設備保證研究永磁同步牽引電機的工業化生產。

（3）一步提高永磁同步牽引電機的弱磁控制性能。

（4）研究永磁同步牽引電機無速度無位置傳感技術，進—步減低成本，提高可靠性能。

（5）研究新型牽引電機對電網的穩定性影響，以及難處相應控制策略。

（6）研究永磁同步牽引電機的系統參數匹配，系統優化.

結論：

由于現在人們對軌道交通車輛的要求有了進一步的提升，很多知名企業已經迅速著手研制并開發出新—代的機車牽引永磁同步電動機，目前正在各個領域進行著評價試驗。這一切的g3都表明牽引電機的演變的必要性。此文根據現在的技術對未來牽引電機的發展方向進行基本預測，并闡述牽引電機發展過程可能會遇到的一些技術難關。