交流牵引电机的结构性能探讨.doc

交流牵引电机的结构性能分析

学 生 姓 名： 张 佩
学 号： 0 9 3 0 8 1 8
专 业 班 级： 铁道机车车辆培训2班
指 导 教 师： 王 易 平

毕业设计（论文）
摘 要
本文主要介绍了交流牵引电机的结构与性能，通过对牵引电机的结构剖析， 对各个组成部件的介绍，反映出不同结构电机的主要性能。
交流变频牵引电机作为车辆驱动的原动机是国际上二十世纪八十年代发展起来的先进牵引技术。 它以十分显著的优良特性在德、日、法等经济发达国家迅速发展，很快取代了传统的直流牵引电机。随着交流变频调速技术的日益成熟，可以对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调速，调速范围可达1：1000，比直流调速范围更大，尤其是没有了直流电机换向器的存在，因而克服了直流电机的许多弊端，交流牵引电机与直流电机相比，结构简单可靠、体积小、重量轻，更适合车辆对电机的安装空间和重量等方面的要求，更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能力强、噪声小、调速范围宽(0～5000r/min左右)、再生制动力巨大、可防止车轮打滑、可靠性高、维护方便、平稳舒适、节电20～30%等优点，成为现代城市轨道交通牵引机车驱动电机的首选产品。
为了解决直流和脉流牵引电动机的“转向”问题，有些国家已在使用晶闸管无换向器式牵引电动机和三相交流异步变频牵引电动机，并在试验以直线异步电动机为动力的磁悬浮高速车辆。晶闸管无换向器式牵引电动机是由一台同步电动机和一组晶闸管逆变器组成，用晶闸管和转子位置检测器来代替直流牵引电动机的换向器和炭刷结构。这种电动机具有直流电机的优点而没有困难的“换向”问题。但晶闸管及其控制系统相当复杂，所以电子元件直接影响电动机的运行可靠性。三相交流异步变频牵引电动机结构简单，工作可靠，成本低廉，是比较理想的牵引电动机。但由于需用变频调速，它的发展和应用一度受到限制。60年代，大功率晶闸管变频装置的发展使异步电动机能够实现变频调速。现在各国已有较多机车和动车采用三相交流异步变频牵引电动机。联邦德国和日本在试验的磁悬浮高速车辆上采用直线异步电动机。它的初级绕组敷设在地面导轨上，由地面的变频电源供电以产生行波磁场，调节供电电源频率就可改变磁悬浮高速车辆的速度。次级绕组就是反应板，装在车辆的构架上。初级行波磁场和次级感应电流的相互作用，不仅产生使车辆前进的推力，而且还产生磁拉力以悬浮车辆，并在制动工况时起着动力制动的作用。

关键词：交流牵引电机；结构；性能
- I -
目 录
摘 要 I
引 言 1
1 交流牵引电机的结构 2
1.1 牵引电机的简介 2
1.2 结构特点 3
1.3 牵引电动机的应用原理 3
1.4 工作特性 4
2 交流电机的结构组成 5
2.1 定子 5
2.2 转子 6
2.3 轴承 7
2.4 端盖 8
2.5 传感器 8
2.6 接线盒 8
3 三交流牵引电动机 10
3.1 三相异步电机种类 10
3.2 三相异步电动机的工作原理 10
3.3 旋转磁场 11
3.5 三相交流异步电动机机械特性 12
3.6 三相异步电动机型号字母表示的含义 13
3.7 使用 13
3.8 优点 13
3.9 三相异步电动机输出功率与牵引力的关系 13
4 发展趋势 15
结   论 17
致 谢 18
参考文献 19

- II -
毕业设计（论文）
引 言
铁路是国民经济大动脉，对巩固工农联盟，沟通城乡文化和物资交流，促进工、农业生产的发展，起着越来越重要的作用。作为现代化交通手段的铁路运输，安全正点，平稳运行，是铁路运输事业的高质量的集中体现；是“人民铁路为人民”、优质服务、铁路文明建设的重要标志；是反映路风好坏的一个重要窗口。因此，做好此项工作，是全体铁路职工的神圣职责。尤其是电力机车牵引的列车，运行速度和牵引重量日益提高，确保列车的安全，具有特别重要的意义，一旦发生行车事故，不仅经济损失是巨大的，甚至可能造成不良的政治影响。铁路运输是一个高度集中的大系统，为了不断提高运输能力，防止各类事故的发生，要求铁路的各个部门，必须协调一致。只有保证这个大系统的有机统一，才能保证铁路运输的畅通无阻。事实清楚的告诉我们：一趟列车晚点，将会打乱一个区段甚至几个区段的运行秩序。这也是铁路运输事业的一个重要特点。
作为机车车辆的专业学员，是铁路运输的主要技术工作人员，铁路运输任务完成质量的好坏，与我们技术要求水平的高低关系极大，因此，如何科学地使用好电力机车，充分发挥它的效能，掌握它的运行规律，以提高列车牵引重量和运行速度，多拉快跑，安全正点的完成运输任务，是我们必须研究的课题。只有了解和掌握了机车的牵引性能，列车运行的一般规律和有关运用知识，才能正确操纵机车，爱护机车，合理运用机车功率，安全正点，多快好省地完成运输任务。
列车操纵技术是以牵引理论为依据，在列车不同的运行条件下，因地制宜的采取合理的手柄操纵方法以及制动机的使用方法，达到安全，迅速，经济的效果。
机车乘务员是直接操纵列车运行的人员。工作中稍有疏忽，就可能造成极其严重的后果。
1 交流牵引电机的结构
1.1 牵引电机的简介
铁路干线电力机车、工矿电力机车、电力传动内燃机车和各种电动车辆（如蓄电池车、城市电车、地下铁道电动车辆）上用于牵引的电机。牵引电机包括牵引电动机、牵引发电机、辅助电机等。
⑴牵引电动机
在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。直流牵引电动机，尤其是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，获得广泛应用。
　　牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作条件：空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动;在恶劣环境中运用，雨、雪、灰沙容易侵入等。因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。
　　牵引电动机有两种悬挂方式。一种是牵引电动机和动轮轴连接的悬挂方式，称为抱轴式悬挂或半悬挂。采用这种悬挂方式时，动轮通过轨缝和道岔所产生的冲击振动会直接传给牵引电动机。抱轴式悬挂适用于结构速度低于120公里/小时的机车车辆。另一种是架承式悬挂(或称全悬挂)。采用这种悬挂方式时牵引电动机固定悬挂在转向架构架上，在牵引电动机轴端和小、大齿轮之间加入各种弹性连接元件，以减小冲击振动的影响。架承式悬挂适用于结构速度高于120公里/小时的机车车辆。
　　在用牵引变压器降压经硅整流器或大功率晶闸管整流后供电给直流串励牵引电动机时，加在牵引电动机上的电压为脉动电压，因此这种牵引电动机称为脉流牵引电动机。大功率脉流牵引电动机的“换向”条件更加困难。此外，电动机内部还有一些附加损耗，从而引起电动机温升，因此，脉流牵引电动机在设计和结构上还要采取一定的特殊措施，以解决“换向”和温升两个突出的问题。
⑵牵引发电机
专用于电力传动内燃机车，以供给牵引电动机电力的发电机，又称主发电机。牵引发电机有直流和交流两种。直流牵引发电机直接向直流牵引电动机供电。交流牵引发电机发出的三相交流电经硅整流器整流后再向直流牵引电动机供电。交流整流电路是三相的，整流电压虽然有脉动，但脉动量比较小，因此牵引电动机还被认为是一般的直流电动机。
⑶辅助电机
　　电力机车上的辅助电机可用直流电动机，也可用三相交流异步电动机。用直流电动机作为辅助电机时，须由专用的硅整流器供电。用三相交流异步辅助电动机时，须由静止变相、变频装置或专用的旋转电机供给三相电源。这种专用的旋转电机称为劈相机，可以把单相交流电变为三相交流电。
1.2 结构特点
交流牵引电机的基本结构由定子、转子、轴承、端盖，传感器、接线盒等构成。　
交流变频牵引电机作为车辆驱动的原动机是国际上二十世纪八十年代发展起来的先进牵引技术。 它以十分显著的优良特性在德、日、法等经济发达国家迅速发展，很快取代了传统的直流牵引电机。随着交流变频调速技术的日益成熟，可以对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调速，调速范围可达1：1000，比直流调速范围更大，尤其是没有了直流电机换向器的存在，因而克服了直流电机的许多弊端，交流牵引电机与直流电机相比，结构简单可靠、体积小、重量轻，更适合车辆对电机的安装空间和重量等方面的要求，更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能力强、噪声小、调速范围宽(0～5000r/min左右)、再生制动力巨大、可防止车轮打滑、可靠性高、维护方便、平稳舒适、节电20～30%等优点，成为现代城市轨道交通牵引机车驱动电机的首选产品。
1.3 牵引电动机的应用原理
牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作条件：空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动;在恶劣环境中运用，雨、雪、灰沙容易侵入等。因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。
牵引电动机有两种悬挂方式。一种是牵引电动机和动轮轴连接的悬挂方式，称为抱轴式悬挂或半悬挂。采用这种悬挂方式时，动轮通过轨缝和道岔所产生的冲击振动会直接传给牵引电动机。抱轴式悬挂适用于结构速度低于120公里/小时的机车车辆。另一种是架承式悬挂(或称全悬挂)。采用这种悬挂方式时牵引电动机固定悬挂在转向架构架上，在牵引电动机轴端和小、大齿轮之间加入各种弹性连接元件，以减小冲击振动的影响。架承式悬挂适用于结构速度高于120公里/小时的机车车辆。　　
在用牵引变压器降压经硅整流器或大功率晶闸管整流后供电给直流串励牵引电动机时，加在牵引电动机上的电压为脉动电压，因此这种牵引电动机称为脉流牵引电动机。大功率脉流牵引电动机的“换向”条件更加困难。此外，电动机内部还有一些附加损耗，从而引起电动机温升，因此，脉流牵引电动机在设计和结构上还要采取一定的特殊措施，以解决“换向”和温升两个突出的问题。
辅助电机电力机车上的辅助电机可用直流电动机，也可用三相交流异步电动机。用直流电动机作为辅助电机时，须由专用的硅整流器供电。用三相交流异步辅助电动机时，须由静止变相、变频装置或专用的旋转电机供给三相电源。这种专用的旋转电机称为劈相机，可以把单相交流电变为三相交流电。
1.4 工作特性
牵引机主要与各种管材挤出生产线、焊管生产线配套，为整个机组提供夹持牵引力，并使生产线运行同步并保持平稳，应用范围广。
⑴采用气动系统夹紧装置，夹紧压力可测、可调、可控、管材变形小；
⑵采用履带橡胶块/皮带/金属夹块，适应各种不同材料、直径和壁厚的管材；
⑶无级调速，变频控制，同步性好，运行平稳不打滑；
⑷牵引机结构简单、操作方便、使用寿命长。
2 交流电机的结构组成
交流电机的基本结构由定子、转子、轴承、端盖，传感器、接线盒等构成。如图2.1所示。

图2.1交流电机的结构组成

2.1 定子
电机中固定的部分叫做定子，在其上面装设了成对的直流励磁的静止的主磁极，电动势充当旋转磁场，后产生电磁转矩进行能量转换，以定子绕组的形状与嵌装方式区分。
定子是电动机静止不动的部分。定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。定子的主要作用是产生旋转磁场。
定子铁芯:是电机磁路的一部分，定子铁芯内圆上均匀开有槽，安放定子绕组。
机座:是用作固定与支撑定子铁芯。
定子绕组:是电机电路部分，它由三个在空间相差120°电角度、结构相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放在定子槽中。
绕组分类：定子绕组根据线圈绕制的形状与嵌装布线方式不同，可分为集中式和分布式两类：
⑴集中式绕组
集中式绕组应用于凸极式定子，通常绕制成矩形线圈，经纱带包扎定型，再经浸漆烘干处理后，嵌装在凸形磁极的铁心上。一般换向器式电动机(包括直流电机和通用电动机)的激磁线圈以及单相罩极式凸极电动机的主极绕组都采用集中式绕组。
集中式绕组通常每极有一只线圈，但也有采用庶极(隐极)形式的，如框架式罩极电动机就是用一只线圈形成两极的电动机。
⑵分布式绕组
分布式绕组的电动机定子没有凸形极掌，每个磁极由一个或几个线圈按照一定的规律嵌装布线组成线圈组，通电后形成不同极性的磁极，故也称隐极式。根据嵌装布线排列形式的不同，分布式绕组又可分为同心式和叠式两类。
①同心式绕组 同心式绕组是由几个形状相似但大小不同的线圈，按同一中心位置嵌装成回字形状的线圈组。同心绕组可根据不同的布线方式而构成双平面或三平面绕组。一般单相电动机及部分小功率或大跨距线圈的三相异步电动机的定子绕组采用这种型式。
②叠式绕组叠式绕组一般是由形状、大小相同的线圈，分别以每槽嵌装1个或两个线圈边，并在槽外端部逐个相叠均匀分布的形式。叠式绕组又分单层叠式和双层叠式两种。每槽只嵌入一个线圈边的为单层叠式绕组，或称单叠绕组；每槽嵌入两个属不同线圈组的线圈边时是分置于槽中上、下层，为双层叠式绕组，或称双叠绕组。根据嵌装布线方式变化不同，叠式绕组又可派生出交叉式、同心交叉式以及单双层混合式等型式。目前，一般功率较大的三相异步电动机定子绕组较多采用双层叠式；而小电机则多用单层叠式绕组中的派生型式，但极少采用单层叠式绕组。单层绕组一般用在10kW以下的电机，双层短距绕组用在较大容量的电机中。
2.2 转子
转子是电动机的旋转部分。它由转轴、转子铁芯和转子绕组组成。转子上有励磁绕组，在通入励磁电流,由于转子在原动力的作用下旋转,则会产生交变的磁场，定子的三相绕组依次切割磁力线.就会感应出大小相等,相差120°电角度的交流电动。
⑴转子绕组
交流异步电动机的转子绕组分鼠笼型与绕线型两类。鼠笼型结构较为简单，一般由合金铝浇注人转子铁心槽内并由两端端环短接而成；也有用铜条嵌入再焊上铜质端环的。为了改善起动性能，鼠笼型又可制成深槽式及双鼠笼等特殊型式。绕线型转子绕组与定子绕组相同，它除可用上述各式绕组外，还可用波形绕组。波形绕组是由单匝或几匝的杆形单元线圈，嵌装后由两个元件在端部焊接成一只线圈，并形成整个绕组，其布接线原理与上述绕组不同，但外形与双层叠绕组相似。波形绕组常应用于大型的交流电动机转子绕组及直流电动机的电枢绕组。
⑵定子绕组　　
定子绕组不同的接线形式可以形成不同的极性，电动机根据其极性关系，可分为显极式与庶极式两种类型。
　　①显极式绕组
　　一台具有四个凸极的电动机定子，它的每只线圈形成一个磁极；而且相邻两只线圈所形成的极性不同；在四个凸极上就形成了四个磁极。所以，在显极式绕组中，每组线圈形成一个磁极，即绕组的线圈组数与磁极数相等。此外，为使相邻磁极能呈N、s极性成对存在，则必须使相邻两组线圈里的电流方向相反。因此相邻两个线圈组的连接方式必须是反接串联，也就是电工术语称之为“头接头”、“尾接尾”。
　　实际上，除直流电机及单相凸极式罩极电动机外，一般定子都没有凸出的极掌。本图是为了较形象地说明问题而采用示意的画法。
　　②庶极式绕组
　　相邻两组线圈的极性是相同的，都是s极，由于同极性相斥的原理，使线圈形成的磁场经相邻凸极返回构成闭合磁路；从而使没有线圈的凸极上产生异极性N磁极。所以，在庶极式绕组中，每个线圈组将形成一对磁极，每相绕组的线圈组数为磁极数的一半。
　　在庶极式绕组中，因为每组线圈所产生的磁极极性都相同，因而所有线圈里的电流方向都相同，即相邻两个线圈组是顺接串联，这种接线方式便是电工俗称的“首尾相接”，即“尾接头”连接。
　　电机绕组是由线圈组构成一相或整个电磁电路的组合体；而线圈组则由一个或多个线圈顺接串联而成。因此线圈是电动机绕组的基本元件，也是以绝缘导线(圆形或矩形截面导线)按一定形状绕制而成。线圈可以是一匝，也可由数百上千匝绕成，其匝数的多少主要取决于电源电压和电动机电磁部分的参数，并由计算确定。
　　电动机线圈的形状有多种，但其基本结构由三部分组成，即嵌入铁心槽内的直线部分称有效边，而一只线圈有两个有效边，是产生电磁能量转换的有效部分；连接两有效边的部分，在线圈嵌装后处于铁心两端槽外，称线圈端部，它是线圈构成必不可少的部分，但不能作能量转换；引线是线圈绕制后的首、尾线头，也是引接线圈电流的连接点。
　　集中式绕组的绕制和嵌装比较简单，但效率较低，运行性能也差。目前的交流电动机定子绝大部分都是应用分布式绕组，根据不同机种、型号及线圈嵌绕的工艺条件，电动机各自设计采用不同的绕组型式和规格，故其绕组的技术参数也不相同。
2.3 轴承
电机进口轴承是一个支撑电机的零件，它可以引导电机轴的旋转，也可以承受电机轴上空转的零件。而轴承可以分为滚动轴承和滑动轴承，一般来说的轴承指的是滚动轴承。   随着社会的进步和发展，机械化在生产和生活中得到广泛应用。轴承作为机械中不可缺少的一部分，其使用的范围也将越来越广，因为只要有转动的地方都需要用到轴承，轴承在电机中主要起支撑及减少摩擦的作用，所以电机进口轴承的精度、噪声等都直接关系到机械使用及寿命。
人们经常发现，在电机上即使使用最好的轴承或进口轴承，效率其也不高，这就关系到电机进口轴承的使用和选择问题。电机轴承的寿命是与制造、装配，使用都紧密联系的，必须在每个环节都做好，才能使轴承处于最佳的运转状态，从而延长电机轴承的使用寿命。
2.4 端盖
端盖一般是指轴向尺寸大于径向尺寸的电机两端的盖子，主要作用是确定转子的轴的空间位置，当然需要与不同形式的轴承配合，通过端盖连接到固定电机定子的外壳上，保证转子与定子的间隙，一般是铸铁工艺，小电机也可以板材冲压成型。
2.5 传感器
分两大类：直流和交流电流传感器。
按用途可分为：工业传感器工业产品电流电压测量解决方案。用于控制、校准以及过流保护和监控。
⑴铁路传感器
为铁路行业提供瞬时电流电压检测，主牵引和辅助变频的控制和保护。
⑵自动化传感器
用于工业自动化领域的电量传感器，提供瞬时值，RMS，真RMS信号可以直接输入PLC，二次仪表或其他仪器。这些传感器有开口和固定两种磁芯，有盘式和导轨等不同的安装方式。通常用于电机保护、电源监控等领域。
⑶大电流传感器
用于冶铝、氯碱、有色金属冶炼等行业直流大电流的测量、控制与保护，电流测量范围可以测量500KA。精度高，工作温度范围宽广。
电流传感器因厂家不同有各自的技术类型，选择电流传感器时主要要选择好电流、精度、带宽等值。生产电流传感器的厂家很多，也有很多国外的品牌。我使用的是LEM。感觉不错，售后一般。技术支持很不错。
2.6 接线盒

图2.2接线盒示意图
3 三交流牵引电动机
实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。
三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后，产生旋转磁场并切割转子，获得转矩。三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点,被广泛应用于各个领域。
3.1 三相异步电机种类
按转子结构的不同，三相异步电机可分为笼式和绕线式两种。
笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。
绕线式三相异步电机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。
三相异步电动机主要由定子和转子构成，定子是静止不动的部分，转子是旋转部分，在定子与转子之间有一定的气隙。
定子由铁心、绕组与机座三部分组成。转子由铁心与绕组组成，转子绕组有鼠笼式和线绕式。鼠笼式转子是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成；线绕式转子绕组与定子绕组一样，由线圈组成绕组放入转子铁心槽里。鼠笼式与线绕式两种电动机虽然结构不一样，但工作原理是一样的。
3.2 三相异步电动机的工作原理

图3.1 三相异步电动机得结构
当三相异步电机接入三相交流电源(各相差120度电角度)时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场，该磁场以同步转速n0沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转。
　　该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体(转子绕组是闭合通路)产生感应电动势并产生感应电流（感应电动势的方向用右手定则判定）。
　　根据电磁力定律，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。载流的转子导体在定子产生的磁场磁场中受到电磁力作用(力的方向用左手定则判定)，电磁力对电机转子轴形成电磁转矩，驱动电机转子沿着旋转磁场方向旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。由于没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先，电机转动方向与旋转磁场方向相同。
3.3 旋转磁场
定子三相绕组通入三相交流电即可产生旋转磁场。当三相电流不断地随时间变化时，所建立的合成磁场也不断地在空间旋转，如图3.2所示。旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致，任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。

图3.2 旋转磁场
定子旋转磁场旋转切割转子绕组，转子绕组产生感应电动势，其方向由“右手螺旋定则”确定。由于转子绕组自身闭合，便有电流流过，并假定电流方向与电动势方向相同，转子绕组感应电流在定子旋转磁场作用下，产生电磁力，其方向由“左手螺旋定则”判断。该力对转轴形成转矩(称电磁转矩)，并可见，它的方向与定子旋转磁场(即电流相序)一致，于是，电动机在电磁转矩的驱动下，顺着旋转磁场的方向旋转，且一定有转子转速。有转速差是异步电动机旋转的必要条件，异步的名称也由此而来。
电动机长期稳定运行时，电磁转矩T和机械负载转矩T2相等，即T=T2。 　
3.4 转差率
旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。描述转子转速与旋转磁场转速相差的程度。在正常运行范围内，异步电动机的转差率很小，仅在0．01--0．06之间。如图3.3所示。

图3-3 电磁力产生原理
3.5 三相交流异步电动机机械特性
T-S的曲线图如图3.4左；T-n的曲线图如图3.4右，即为电动机的机械特性线曲。

图3.4 电动机的机械特性曲线
在机械特性图中，存在两个工作区：稳定运行区和不稳定运行区。在机械特性曲线的AB段，当作用在电动机轴上的负载转矩发生变化时，电动机能适应负载的变化而自动调节达到稳定运行，故为稳定区。机械特性曲线的BC段，因电动机工作在该区段时其电磁转矩不能自动适应负载转矩的变化，故为不稳定区。
3.6 三相异步电动机型号字母表示的含义
J——异步电动机； O——封闭； L——铝线缠组； W——户外； Z——冶金起重； Q——高起动转轮； D——多速； B——防爆； R一绕线式； S——双鼠笼； K一—高速； H——高转差率，如图3.5所示。

图3.5三相异步电动机型号字母表示的含义
3.7 使用
三相异步电机功率大，主要制成大型电机。它一般用于有三相电源(Triple-phase power)的大型工业设备中。首先说明一点的是，三相异步电机只用于电动机，极少用作发电机，都是同步电机用来发电。
对于1kW以下的小功率三相异步电机，不仅可以作三相运行，而且也可以作单相运行。
3.8 优点
⑴结构简单、牢固，维修方便
⑵功率大、体积小、重量轻
⑶有良好的牵引性能
⑷节省电器设备，操作简便
⑸可以得到更高的功率因数和更小的电网谐波干扰电流。
3.9 三相异步电动机输出功率与牵引力的关系
1kw＝102kgm/s
1Hp＝75kgm/s
Hp——马力（工程单位制）或1kw＝1000Nm/s（国际单位制）
理论上1kw的电动机没有时间限制可以带动任意重量的物体。
假设有一个5000吨的物体，用1kw的电动机提升，那么它的提升速度是V＝102kgm/s÷5000000kg＝0.0000204m/s＝0.07344m/h
就是1kw的动力可以用1小时把5000吨的物体提升7.344cm（假设机械效率为100％的情况下）。
从式中可以看出，同样功率，速度越小，力越大。
三相异步电动机运行时输出功率的大小取决于负载
⑴当三相异步电机接入三相交流电源(各相差120度电角度)时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场，该磁场以同步转速n0沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转。
⑵该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体(转子绕组是闭合通路)产生感应电动势并产生感应电流（感应电动势的方向用右手定则判定）。
⑶根据电磁力定律，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。载流的转子导体在定子产生的磁场磁场中受到电磁力作用(力的方向用左手定则判定)，电磁力对电机转子轴形成电磁转矩，驱动电机转子沿着旋转磁场方向旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。由于没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先，电机转动方向与旋转磁场方向相同。
4 发展趋势
铁路作为陆上运输的主力军，在长达一个多世纪的时间里居于垄断地位。但是自本世纪以来，随着汽车、航空和管道运输的迅速发展，铁路不断受到新的浪潮的冲击。
为了适应社会和经济发展的需要，适应货主和旅客——安全、准确、快速、方便、舒适的要求。各国铁路纷纷进行大规模的现代化技术改造，同时改革运输组织工作，积极采用高新技术，在重载、高速运输和信息技术方面取得了新的突破，再加之现代管理和优质服务以及铁路的区域联网、洲际联网，使铁路增添了新的活力，在陆上运输中仍继续发挥着骨干作用，在现代化运输方式中占着重要的地位。
各国铁路客运发展的共同趋势是高速、大密度，扩编或采用双层客车。采用动车组和电力机车牵引旅客列车是实现客运高速化的重要条件。轻轨交通将倍受青睐，因为它是改善城市交通环境、最富有生命力的一种交通工具；市郊铁路与地下铁道、轻轨铁路紧密合作，共线、共站，共同组成大城市的快速运输系统，这是各国解决人口密度较大地区客运繁忙的有效措施。在未来的铁路发展中，大城市快速运输系统将同全国铁路网连接，紧密配合，形成客运统一运输网。
在货物运输方面，集中化、单元化和大宗货物运输重载化是各国铁路发展的共同趋势。重载单元列车是用同型车辆，固定编组、定点定线循环运转，首先用于煤炭运输，后来扩展到其他散装货物，对提高运能，减少燃油消耗，节省运营车、会让站、乘务人员等都有显著效果，经济上受益很大，如美国铁路货运量有60％是由单元列车这种方式完成的。俄罗斯曾试验开行了重量为43407吨的超长重载列车，列车由440辆车组成，全长6．5公里，由4台电力机车牵引，情景十分壮观。
现代铁路的列车性能已趋于能源和维护费用的极限。旅客列车的速度受到安全的约束，货物列车的重量也已达到桥梁和线路的活载极限。铁路的软件革命即改进管理与控制，可使铁路的技术设备发挥更高效能。由电子计算机、光导纤维、数字技术构成的信息系统，将改变传统的通信、信号两个领域的关系。发展的趋势是以计算机联锁，取代目前的电气—机械联锁。另外，自动排列进路，可使密集列车运行作业最优化，并使调度员摆脱人脑速度和能力的限制。
　在电气化铁路上，采用最高用电量控制技术，即在峰值时，可自动地暂时切断采暖等用电，以保证正常牵引用电。目前，日本及西欧各国大部分电气化铁路都采用了远动系统。这种系统的发展过程是：从有接点的继电系统，到无接点的半导体电子系统，直至电子计算机控制系统。
在硬件方面，各国都在加强铁路机车车辆的技术改造。随着内燃机车代用燃料的出现，对传统内燃机车发动机重新优化已成必然，目前，大部分电力机车采用直流串励电动机，这种电机尽管有良好的牵引特性，但易发生空转。采用YOMH交流电力机车已是发展方向。
　　对于货物车辆来说，除采用大型货车外，在降低货车自重，提高轴重或增加轴数等方面下工夫。对于客车来说，为了达到高速化的目的，重在发展轻型化车辆。转向架的结构、车体的结构都在向轻量化发展。
　　随着新材料的不断涌现，耐大气腐蚀的耐候钢、热镀锌钢板等金属材料，玻璃钢、泡沫聚氨酯、合成纤维布等聚合材料以及精密陶瓷材料，还有光导纤维、超导材料都逐步在铁路机车车辆、集装箱、线路、隧道、桥梁、通信以及接触网等各方面被普遍采用。
　　可以预见，随着高新技术的发展和应用，铁路将重新焕发青春。
交流牵引电机，几大地铁车辆控制系统生产商（西门子，庞巴迪，阿尔斯通，现代-rotem等）都在生产交流控制技术的产品，大的趋势还是交流牵引电机，地铁车辆的牵引电机使用直流的已经很少了，除了北京一号线等早期的地铁车辆使用的是直流电机，目前的各地铁车辆使用的都是交流电机，其供电方式是直流供电。有DC1500的，有DC750的等，交流电机的调速主要靠的是“调频”即调节供给电机的交流电的频率，交流电是靠一种VVVF（调频调压）装置，俗称牵引逆变器提供，VVVF将直流电逆变为交流电供给牵引电机，为调节电机的转速可以调节交流电的频率，控制转矩可以通过调节电压。具体工作原理还有太多我无法进一步解说。
三相交流牵引电动机无换向器的三相交流电动机在制造成本、单位功率重量、运行维修等方面、比有换向器的直流电动机有一系列优点，特别是三相异步电动机结构最为简单、工作最为可靠以及具有优越的防空转性能。近30年来，由于电子技术特别是大功率晶闸管变流技术的迅速发展，研制出体积小、重量轻、功率大、效率高的变流装置——静止逆变器，作为三相交流电动机的变频电源，使三相交流牵引电动机在铁路电力牵引中的应用取得了突破性进展。由三相交流电动机的优点和直流电动机在牵引运用方面长期积累的经验以及电力交流技术的成就三者完美结合，而研制出来的新型三相交流电传动机车具有更大的牵引能力、更好的牵引特性和更高的经济技术指标。因此，从发展远景来看，它将在未来牵引传动中占据主导地位。
结   论
毕业论文是我学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的研究和分析了交流牵引电机的结构与性能，本人摆脱了单纯的理论知识学习状态，实际设计的结合锻炼了本人的综合运用所学的专业基础知识，同时也提高了查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使本人的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。通过此次毕业论文使我更加了解城市轨道交通的运营在实际中的缺陷。
⑴解决提速难的问题，因线路少，造价昂贵。现在的问题就转换为各个枢纽中心的提速和统筹问题以及各个交界处之间的衔接问题，要简单得多。   
⑵真正让城市轨道交通运输满足全国人民的需求，而不是少数中心城市市民的需求。同时，还可以满足不同层次人的需求。   
⑶推动城市化进程，比如促进市区与郊区之间旅游，促进枢纽中心物流等，带动就业（因为可以创造新的工作机会和方式）等等。   
⑷合理分工，枢纽中心重点发展商业和物流，周围地区重点发展工业、农业等。
随着我国铁路建设的快速发展, 铁路网络的覆 盖面有了较大的提高, 在经济发达地区一般也是地 理条件较好的地区基本已有铁路网覆盖, 而在建和 规划建设的铁路将在地形地貌复杂、地质条件困难 等地区进行, 大功率机车更能适应于我国新建铁路 和既有改造铁路. 采用大功率机车能提高货物列车 的牵引质量、运行速度, 改善运行图客、货运行线的 结构, 增加了线路通过能力, 增强了竞争力.提高是有限的，但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。

致 谢。
三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。
本文最终得以顺利完成，与老师的帮助分不开的，在此要感谢的是我的指导老师王易平老师，在他的指导帮助下，我才能够顺利的完成任务。老师给我提供了不少的意见，提出了一系列可行性的建议，在此向表示深深的感谢！
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