第五章脉流牵引电动机的结构 脉流牵引电动机的结构与普通直流电机基本相同,但为了适应牵引电动机运 行性能、通风冷却方式、传动方式、安装方式及使用环境等条件,脉流牵引电动 机某些零部件的结构与普通直流电机有一定差别 本章在介绍牵引电动机定额的基础上,结合牵引电动机实际结构,介绍牵引 电动机制造中常用的电工材料,讨论脉流牵引电动机主要零部件的功用和结构型 式,最后扼要说明典型脉流牵引电动机的结构特点 第一节牵引电动机的定额和额定数据 电机是实现机、电能量转换的机械,因此要有各种电量和机械量来表征其运 行性能,电机的定额就是由电机制造厂按照国家技术标准要求,对电机全部电量 和机械量的数值以及运行方式所做的规定,表示了电机的运行特点和工作能力。 规定定额的目的是为了能在试验台上验证电机的性能,作为评价电机的依据,对 不同电机进行比较;还是应用部门正确使用电机的依据 、牵引电动机的定额 机车用直流电机的定额按照铁道部标准“机车用直流电机基本技术条件” (TB1449-2000规定,分为连续定额、小时定额、断续定额及等效定额4类, 全部按定额运行称为“额定运行” 1.连续定额 连续定额是相应于电机在试验台上,按温升试验所规定的条件连续运行,且 温升不超过规定限值时,所能承受负载的定额,见表4-2。 2.小时定额 小时定额是相应于电机在试验台上,按温升试验所规定的条件,从实际冷态 开始运行一小时,而温升不超过规定限值时所能承受负载的定额 3.断续定额 断续定额是相应于一系列完全相同的周期,每一周期包括一个或几个在规定 负载值下的工作时间,根据情况,不论是否被一个停止时间所隔开,在长期运行 以后,电机的温升不超过规定的限值。 4.等效定额 等效定额是断续定额的替代办法。它具有恒定电压、电流和转速值的连续或
第五章 脉流牵引电动机的结构 脉流牵引电动机的结构与普通直流电机基本相同，但为了适应牵引电动机运 行性能、通风冷却方式、传动方式、安装方式及使用环境等条件，脉流牵引电动 机某些零部件的结构与普通直流电机有一定差别。 本章在介绍牵引电动机定额的基础上，结合牵引电动机实际结构，介绍牵引 电动机制造中常用的电工材料，讨论脉流牵引电动机主要零部件的功用和结构型 式，最后扼要说明典型脉流牵引电动机的结构特点。 第一节 牵引电动机的定额和额定数据 电机是实现机、电能量转换的机械，因此要有各种电量和机械量来表征其运 行性能，电机的定额就是由电机制造厂按照国家技术标准要求，对电机全部电量 和机械量的数值以及运行方式所做的规定，表示了电机的运行特点和工作能力。 规定定额的目的是为了能在试验台上验证电机的性能，作为评价电机的依据，对 不同电机进行比较；还是应用部门正确使用电机的依据。 一、牵引电动机的定额 机车用直流电机的定额按照铁道部标准“机车用直流电机基本技术条件” （TB1449 一 2000）规定，分为连续定额、小时定额、断续定额及等效定额 4 类， 全部按定额运行称为“额定运行”。 1．连续定额 连续定额是相应于电机在试验台上，按温升试验所规定的条件连续运行，且 温升不超过规定限值时，所能承受负载的定额，见表 4—2。 2．小时定额 小时定额是相应于电机在试验台上，按温升试验所规定的条件，从实际冷态 开始运行一小时，而温升不超过规定限值时所能承受负载的定额． 3．断续定额 断续定额是相应于一系列完全相同的周期，每一周期包括一个或几个在规定 负载值下的工作时间，根据情况，不论是否被一个停止时间所隔开，在长期运行 以后，电机的温升不超过规定的限值。 4．等效定额 等效定额是断续定额的替代办法。它具有恒定电压、电流和转速值的连续或
短时定额的作用,就温升而言,它与电机在实际使用中承受一系列断续的工作周 期是等效的。 根据机车运行特点,牵引电动机负载的性质基本L是连续的和短时重复的 因此,牵引电动机规定了两个定额,即连续定额和小时定额。 二、额定数据 在规定定额下,制造厂对电机的每个电量或机械量所规定的数值,称为电机 的额定数据。牵引电动机所规定的两种定额下的额定数据含义如下: 1.额定小时功率Ph 额定小时功率是指牵引电动机在规定的通风条件下,从实际冷态开始运行一 小时,各部件温升不超过允许值时,电动机轴上输出的有效机械功率。 2.额定连续功率PN= 牵引电动机在连续定额功率下工作,经过较长时间运行以后,电机温升在允 许范围内不再增加时,电动机轴上输出的有效机械功率。 小时功率和连续功率在概念上的区别是:电动机从实际冷态开始在小时功率 下运行一小时,损耗产生的热量主要被电动机各部件所吸收。因此,小时功率的 大小主要取决于电动机热容量的大小;电动机长时间运行后,损耗产生的热量全 部由冷却介质散发出去,因此,连续功率取决于电动机的散热能力,通风效果越 好,散发的热量就越多,连续功率也越大 3.额定电压UN 额定电压是指在额定运行时电机的端电压。 由直流接触网直接供电的直流牵引电动机,其额定电压等于接触网的额定电 压。对于通过机车上变压器一整流器组及平波电抗器供电的脉流牵引电动机,其 额定电压不受接触网电压的限制,可根据机车和牵引电动机在设计和运用方面最 经济、最可靠的条件来选择,由用户和制造厂协商决定。 为保证牵引电动机正常可靠运行,铁道部标准TB1449-2000中规定了电机 的最高电压。对于由直流接触网供电的牵引电动机,最高电压规定为额定电压的 12倍。对于通过机车上变压器一整流器组及平波电抗器供电的脉流牵引电动机, 最高电压规定为额定电压的1.16倍 额定电流IN
短时定额的作用，就温升而言，它与电机在实际使用中承受一系列断续的工作周 期是等效的。 根据机车运行特点，牵引电动机负载的性质基本 L 是连续的和短时重复的。 因此，牵引电动机规定了两个定额，即连续定额和小时定额。 二、额定数据 在规定定额下，制造厂对电机的每个电量或机械量所规定的数值，称为电机 的额定数据。牵引电动机所规定的两种定额下的额定数据含义如下： 1．额定小时功率 PNh 额定小时功率是指牵引电动机在规定的通风条件下，从实际冷态开始运行一 小时，各部件温升不超过允许值时，电动机轴上输出的有效机械功率。 2．额定连续功率 PN∞ 牵引电动机在连续定额功率下工作，经过较长时间运行以后，电机温升在允 许范围内不再增加时，电动机轴上输出的有效机械功率。 小时功率和连续功率在概念上的区别是：电动机从实际冷态开始在小时功率 下运行一小时，损耗产生的热量主要被电动机各部件所吸收。因此，小时功率的 大小主要取决于电动机热容量的大小；电动机长时间运行后，损耗产生的热量全 部由冷却介质散发出去，因此，连续功率取决于电动机的散热能力，通风效果越 好，散发的热量就越多，连续功率也越大。 3．额定电压 UN 额定电压是指在额定运行时电机的端电压。 由直流接触网直接供电的直流牵引电动机，其额定电压等于接触网的额定电 压。对于通过机车上变压器一整流器组及平波电抗器供电的脉流牵引电动机，其 额定电压不受接触网电压的限制，可根据机车和牵引电动机在设计和运用方面最 经济、最可靠的条件来选择，由用户和制造厂协商决定。 为保证牵引电动机正常可靠运行，铁道部标准 TB 1449—2000 中规定了电机 的最高电压。对于由直流接触网供电的牵引电动机，最高电压规定为额定电压的 1.2 倍。对于通过机车上变压器一整流器组及平波电抗器供电的脉流牵引电动机， 最高电压规定为额定电压的 1.16 倍。 4．额定电流 IN
额定电流是指电机在额定运行时,允许从电源输人的电流。牵引电动机的额 定电流与额定小时功率和额定连续功率相对应,有额定小时电流INh和和额定 连续电流IN=,它们和功率、电压的关系为 (5-1) (5-2) 式中Ⅴh一小时额定运行时的效率 连续额定运行时的效率 电机使用中不允许超过的电流称为最大电流。对于牵引电动机,最大电流规 定为额定电流的2倍。 5.额定转速n 额定转速是指电机在额定运行时的转速。牵引电动机的额定转速是指与机车 额定速度相对应的电动机转速(按机车轮箍处于“半磨耗”状态进行换算)。小 时定额和连续定额下的额定转速分别为nNh和nN= 牵引电动机的最大转速是指与机车正常运行时的最大速度相对应的电动机 转速(按机车轮箍处于“半磨耗”状态进行换算) 6.串励电动机的励磁率 串励电动机的励磁率是指励磁绕组中的安匝数与该励磁绕组在相同电枢电 流下所能得到的最大安匝数之比。 串励牵引电动机的励磁条件规定如下 (1)当通过励磁绕组的电流等于电枢电流时,为满磁场; (2)当电动机以使用中允许的最大励磁率运行时,为最大磁场; (3)当电动机以比最大磁场较小的励磁率运行时,为削弱磁场; (4)当电动机以使用中允许的最小励磁率运行时,为最小磁场; 5)当电动机励磁绕组无并联的固定分路时,最大磁场和满磁场相等。 牵引电动机的型号 我国牵引电动机的型号在1987年以前是根据电工产品型号编制办法统一编 制的,它由汉语拼音大写字母和阿拉伯数字组成。汉语拼音字母表示电动机的类
额定电流是指电机在额定运行时，允许从电源输人的电流。牵引电动机的额 定电流与额定小时功率和额定连续功率相对应，有额定小时电流 INh 和和额定 连续电流 IN∞，它们和功率、电压的关系为： Nηη Nh Nh U P I = （5-1） = Nη N N U P I （5-2） 式中 Vh——小时额定运行时的效率； η∞——连续额定运行时的效率。 电机使用中不允许超过的电流称为最大电流。对于牵引电动机，最大电流规 定为额定电流的 2 倍。 5．额定转速 nN 额定转速是指电机在额定运行时的转速。牵引电动机的额定转速是指与机车 额定速度相对应的电动机转速（按机车轮箍处于“半磨耗”状态进行换算）。小 时定额和连续定额下的额定转速分别为 nNh 和 nN∞ 牵引电动机的最大转速是指与机车正常运行时的最大速度相对应的电动机 转速（按机车轮箍处于“半磨耗”状态进行换算）。 6．串励电动机的励磁率 串励电动机的励磁率是指励磁绕组中的安匝数与该励磁绕组在相同电枢电 流下所能得到的最大安匝数之比。 串励牵引电动机的励磁条件规定如下： （1）当通过励磁绕组的电流等于电枢电流时，为满磁场； （2）当电动机以使用中允许的最大励磁率运行时，为最大磁场； （3）当电动机以比最大磁场较小的励磁率运行时，为削弱磁场； （4）当电动机以使用中允许的最小励磁率运行时，为最小磁场； （5）当电动机励磁绕组无并联的固定分路时，最大磁场和满磁场相等。 三、牵引电动机的型号 我国牵引电动机的型号在 1987 年以前是根据电工产品型号编制办法统一编 制的，它由汉语拼音大写字母和阿拉伯数字组成。汉语拼音字母表示电动机的类
型,如直流(或脉流)牵引电动机用“ZQ”表示;数字表示该电机的近似功率 数(单位为kw),SS3B型电力机车采用的脉流牵引电动机型号为ZQ800-1, 该电机的功率为800kw,横线后面的数字表示同功率电机的设计序号。 1987年1月1日开始实施的铁道部标准《机车用电机产品型号编制和申请 办法》(TB1705-86),对专为铁路干线机车、动车设计制造的电机型号编制 方法作了新的规定。 产品型号由产品代号、用途及设计代号和改型设计代号3部分组成,按下列 顺序排列。 产品代号用汉语拼音大写字母表示,由电流制代号和电机种类代号两个小节 顺序组成。 具体代号规定为:交流一一J;直流(或脉流)一—Z;发电机一一F;电动 机一一D;劈相机一一P 用途和设计代号用3位阿拉伯数字组成。左起第一位数字为电机用途代号, 具体代号规定为:牵引电动机一-1:主发电机——2;辅助电动机一一3;辅助 发电机一—4。第二、三位数字为设计代号,由归口单位按设计顺序给定。如SS 型电力机车采用的脉流牵引电动机,其型号为ZD115,设计顺序为15号 改型设计代号以汉语拼音字母表为序,标明改型的次序。对于第一次设计的 产品,不标注改型设计代号。 对于现在生产的产品,可沿用原型号,但改型时必须申请新型号。 四、铭牌 每台牵引电动机都有一块铭牌,铭牌上标有该电机的型号、主要额定数据及 绝缘等级、励磁方式等,铭牌样式如下 铁道部株洲电力机车工厂脉流牵引电动机 电机型号ZD105 定额 连续制小时制 出厂日期年月 技术条件ZD1000000-JT额定功率800 860KW 重量 3970kg 励磁方式串励 额定电压1020 最大电压1183V 绝缘等级HF 额定电流 最大电流1200A 出厂序号 XXXXX 额定转速960 最大转速1850rmin
型，如直流（或脉流）牵引电动机用“ZQ”表示；数字表示该电机的近似功率 数（单位为 kw），SS3B型电力机车采用的脉流牵引电动机型号为 ZQ 800－1， 该电机的功率为 800 kw，横线后面的数字表示同功率电机的设计序号。 1987 年 1 月 1 日开始实施的铁道部标准《机车用电机产品型号编制和申请 办法》（TB1705—86），对专为铁路干线机车、动车设计制造的电机型号编制 方法作了新的规定。 产品型号由产品代号、用途及设计代号和改型设计代号 3 部分组成，按下列 顺序排列。 产品代号用汉语拼音大写字母表示，由电流制代号和电机种类代号两个小节 顺序组成。 具体代号规定为：交流——J；直流（或脉流）——Z；发电机——F；电动 机——D；劈相机——P。 用途和设计代号用 3 位阿拉伯数字组成。左起第一位数字为电机用途代号， 具体代号规定为：牵引电动机——1；主发电机——2；辅助电动机——3；辅助 发电机——4。第二、三位数字为设计代号，由归口单位按设计顺序给定。如 SS8 型电力机车采用的脉流牵引电动机，其型号为 ZD115，设计顺序为 15 号。 改型设计代号以汉语拼音字母表为序，标明改型的次序。对于第一次设计的 产品，不标注改型设计代号。 对于现在生产的产品，可沿用原型号，但改型时必须申请新型号。 四、铭 牌 每台牵引电动机都有一块铭牌，铭牌上标有该电机的型号、主要额定数据及 绝缘等级、励磁方式等，铭牌样式如下： 铁道部株洲电力机车工厂脉流牵引电动机 电机型号 ZD105 定额 连续制 小时制 出厂日期 年 月 技术条件 ZD10-000-000-JT 额定功率 800 860KW 重量 3970kg 励磁方式 串励 额定电压 1020 1020V 最大电压 1183V 绝缘等级 H/F 额定电流 840 910A 最大电流 1200A 出厂序号 XXXXX 额定转速 960 940r/min 最大转速 1850 r/min 额定磁场 96% 96%
第二节牵引电动机常用的电工材料及绝缘结构(*) 牵引电动机运行条件十分苛刻,不仅在体积、重量方面受到限制,而且承受 轨道冲击,并在恶劣的环境下使用。因此,电工材料的选用对其运行性能。电气 和机械强度有着非常重要的意义。 牵引电动机常用的电工材料有导电材料、导磁材料和绝缘材料。 导电材料 用来制造牵引电动机线圈的导线、换向器的梯形铜排、引线电缆和电碳制品 等均属导电材料 1.导线 导线有铜导线和铝导线两种。牵引电动机的线圈一般采用软铜导线,它是由 含铜量在99.9%以上的纯铜(或称紫铜)制成的硬铜线,经退火处理而得。它 具有导电性能好(仅次于银)、电阻系数小、良好的导热性和耐腐蚀性,在常温 下有足够的机械强度、良好的延展性、便于加工等一系列优点。 铜导线按外表面有无绝缘层分为裸铜线和电磁线两类。 (1)裸铜线裸铜线是一种表面没有绝缘层的导线。按其截面形状可分为扁 铜线和圆铜线两种,扁铜线又可分为硬扁铜线(TBY)和软扁铜线(TBR)两种 牵引电动机的磁极线圈常采用软扁铜线制成 (2)电磁线 电磁线是一种外表面带有绝缘层的导线。按耐热等级、绝缘材料类别、用途 的不同可分为:普通漆包线、耐髙温漆包线、纤维漆包线及特种漆包线等 牵引电动机电枢线圈常用的电磁线有高强度聚脂漆包线、高强度聚脂亚胺漆 包线、高强度聚酷亚胺漆包线、玻璃丝包线、玻璃丝包漆包线、髙强度聚酚亚胺 薄膜漆包线等。 2.梯形铜排 牵引电动机的换向片采用由电解铜经冷技成型的梯形铜排制成,在牵引电动 机中,为了提髙换向片的耐磨性、耐弧性和机械性能,梯形铜排中常含有银、锅 铬、铝和稀土等 3.电碳制品 电碳制品用来制造电机的电刷,主要是由于它具有良好的导电性、极高的导
第二节 牵引电动机常用的电工材料及绝缘结构（*） 牵引电动机运行条件十分苛刻，不仅在体积、重量方面受到限制，而且承受 轨道冲击，并在恶劣的环境下使用。因此，电工材料的选用对其运行性能。电气 和机械强度有着非常重要的意义。 牵引电动机常用的电工材料有导电材料、导磁材料和绝缘材料。 一、导电材料 用来制造牵引电动机线圈的导线、换向器的梯形铜排、引线电缆和电碳制品 等均属导电材料。 1．导线 导线有铜导线和铝导线两种。牵引电动机的线圈一般采用软铜导线，它是由 含铜量在 99．9％以上的纯铜（或称紫铜）制成的硬铜线，经退火处理而得。它 具有导电性能好（仅次于银）、电阻系数小、良好的导热性和耐腐蚀性，在常温 下有足够的机械强度、良好的延展性、便于加工等一系列优点。 铜导线按外表面有无绝缘层分为裸铜线和电磁线两类。 （1）裸铜线裸铜线是一种表面没有绝缘层的导线。按其截面形状可分为扁 铜线和圆铜线两种，扁铜线又可分为硬扁铜线（TBY）和软扁铜线（TBR）两种。 牵引电动机的磁极线圈常采用软扁铜线制成。 （2）电磁线 电磁线是一种外表面带有绝缘层的导线。按耐热等级、绝缘材料类别、用途 的不同可分为：普通漆包线、耐高温漆包线、纤维漆包线及特种漆包线等。 牵引电动机电枢线圈常用的电磁线有高强度聚脂漆包线、高强度聚脂亚胺漆 包线、高强度聚酷亚胺漆包线、玻璃丝包线、玻璃丝包漆包线、高强度聚酚亚胺 薄膜漆包线等。 2．梯形铜排 牵引电动机的换向片采用由电解铜经冷技成型的梯形铜排制成，在牵引电动 机中，为了提高换向片的耐磨性、耐弧性和机械性能，梯形铜排中常含有银、锅、 铬、铝和稀土等。 3．电碳制品 电碳制品用来制造电机的电刷，主要是由于它具有良好的导电性、极高的导
热系数、耐髙温,在有水蒸气的情况下,石墨自润滑性好,化学稳定性好,只与 很强的氧化剂作用等优点。 电碳制品由碳质材料。碳一石墨材料、天然石墨材料、电化石墨质材料和金 属一石墨质材料等5类基本材料组成 脉流牵引电动机运行状况是否良好,除取决于其设计和结构是否合理外,还 与正确选用电刷的材料及结构有着密切的关系。因此,脉流牵引电动机广泛采用 电化石墨电刷。 二、导磁材料 用来制造牵引电动机铁心的材料主要是电工钢片。电磁性能好的电工钢片在 定的频率和磁感应强度下具有低的损耗,在一定的磁场强度下具有高的磁感应 强度。此外,加工性能、尺寸公差和表面质量等也是衡量电工钢片质量的指标 普通电工钢片是由硅钢锭轧制而成,含硅量一般在0.8%4.8%之间,电工钢 片按轧制方法分为热轧和冷轧电工钢片两种,按含硅量多少可分为低硅。中硅和 高硅电工钢片。常用厚度有035mm和0.5mm两种。牵引电动机的电枢铁心采 用冷轧电工钢片,其厚度为0.5mm 三、绝缘材料 牵引电动机中使用有多种绝缘材料。由同一种或几种绝缘材料通过一定的工 艺而组合在一起所形成的结构称为绝缘结构。牵引电动机中采用绝缘材料和绝缘 结构,其基本作用就是把具有不同电位的各带电部件之间以及带电部件与机座、 铁心等不带电的部件隔开,以确保电流能按规定的路径流通。若电机中带电部件 与机座、铁心等不带电的部件之间的绝缘被破坏,叫做电机“接地”。若电机中 电位不同的带电部件之间的绝缘被破坏,叫做“短路”。接地和短路都是电机的 故障状态,严重的绝缘损坏将导致整个电机烧损。 1.绝缘材料的基本要求 为保证电机可靠运行,避免发生接地和短路故障,对电机绝缘材料和绝缘结 构的基本要求是 (1)应有良好的介电性能,即具有较高的绝缘电阻和耐压强度(绝缘的耐 压强度是指lmm厚的绝缘材料在电压作用下不被击穿所能承受的电压值); (2)应有良好的耐热性能,即不因长时间受热作用而失去它的介电性能和
热系数、耐高温，在有水蒸气的情况下，石墨自润滑性好，化学稳定性好，只与 很强的氧化剂作用等优点。 电碳制品由碳质材料。碳一石墨材料、天然石墨材料、电化石墨质材料和金 属一石墨质材料等 5 类基本材料组成。 脉流牵引电动机运行状况是否良好，除取决于其设计和结构是否合理外，还 与正确选用电刷的材料及结构有着密切的关系。因此，脉流牵引电动机广泛采用 电化石墨电刷。 二、导磁材料 用来制造牵引电动机铁心的材料主要是电工钢片。电磁性能好的电工钢片在 一定的频率和磁感应强度下具有低的损耗，在一定的磁场强度下具有高的磁感应 强度。此外，加工性能、尺寸公差和表面质量等也是衡量电工钢片质量的指标。 普通电工钢片是由硅钢锭轧制而成，含硅量一般在 0.8%-4.8%之间，电工钢 片按轧制方法分为热轧和冷轧电工钢片两种，按含硅量多少可分为低硅。中硅和 高硅电工钢片。常用厚度有 0.35 mm 和 0.5 mm 两种。牵引电动机的电枢铁心采 用冷轧电工钢片，其厚度为 0.5 mm。 三、绝缘材料 牵引电动机中使用有多种绝缘材料。由同一种或几种绝缘材料通过一定的工 艺而组合在一起所形成的结构称为绝缘结构。牵引电动机中采用绝缘材料和绝缘 结构，其基本作用就是把具有不同电位的各带电部件之间以及带电部件与机座、 铁心等不带电的部件隔开，以确保电流能按规定的路径流通。若电机中带电部件 与机座、铁心等不带电的部件之间的绝缘被破坏，叫做电机“接地”。若电机中 电位不同的带电部件之间的绝缘被破坏，叫做“短路”。接地和短路都是电机的 故障状态，严重的绝缘损坏将导致整个电机烧损。 1．绝缘材料的基本要求 为保证电机可靠运行，避免发生接地和短路故障，对电机绝缘材料和绝缘结 构的基本要求是： （1）应有良好的介电性能，即具有较高的绝缘电阻和耐压强度（绝缘的耐 压强度是指 1mm 厚的绝缘材料在电压作用下不被击穿所能承受的电压值）； （2）应有良好的耐热性能，即不因长时间受热作用而失去它的介电性能和
机械强度 (3)应有良好的机械强度和耐磨性能(机械强度是指绝缘材料每εm面积 所能承受的拉力kg); (4)应有良好的导热性、防潮性等 2.绝缘材料的分类 绝缘材料的种类很多,可分为天然绝缘材料和人工绝缘材料,有机绝缘材料 和无机绝缘材料,或者用不同的绝缘材料组合而成的复合绝缘材料。 绝缘材料也可根据产品形态分为以下六类: 漆、树脂和胶类:包括浸渍漆、覆盖漆和环氧树脂等。 浸渍纤维制品类:包括漆布、漆管和绑扎带等 层压制品类:包括层压板、层压管和层压棒等; 塑料类:包括粉末塑料和玻璃纤维塑料等; 云母制品类:包括云母带、云母板和云母箔等; 薄膜、粘带和复合制品类:包括薄膜、粘带和各种复合制品等。 上述绝缘材料的性能和作用是不同的,但都是电机绝缘结构中常用的材料。 牵引电机运行时,其绝缘结构经常受温度、湿度、大气中的氧气。电场及机 械振动的作用,特别是温度的剧烈变化和在长时间的热作用下,会使绝缘材料的 性能逐渐变坏,最终完全失去绝缘性能(这种现象称为绝缘材料老化)。因此 为了在同一工作温度下,合理地选用绝缘材料,使牵引电机在足够长的时间内可 靠地运行,通常将各种绝缘材料按其耐热性能来进行分级,也就是每一级的绝缘 材料都规定了它的极限容许温度。如果电机各部分的温度不超过所选用绝缘材料 的极限容许温度,则该电机能在足够长的年限内可靠运行。 绝缘材料的耐热分级见表5一1,表中绝缘“级别”的符号是由国际电工协 会规定的;“极限容许温度”是指电机绝缘结构中最热点的容许温度。表5-1 中只列举了一些电机中常用的绝缘材料,各种绝缘材料的名称。型号、规格、耐 热等级、性能指标和主要用途可在电工手册或产品目录中查到。 四、牵引电机的绝缘结构 牵引电机的绝缘结构主要有以下几类 1.匝间绝缘
机械强度； （3）应有良好的机械强度和耐磨性能（机械强度是指绝缘材料每 c ㎡面积 所能承受的拉力 kg）； （4）应有良好的导热性、防潮性等。 2．绝缘材料的分类 绝缘材料的种类很多，可分为天然绝缘材料和人工绝缘材料，有机绝缘材料 和无机绝缘材料，或者用不同的绝缘材料组合而成的复合绝缘材料。 绝缘材料也可根据产品形态分为以下六类： 漆、树脂和胶类：包括浸渍漆、覆盖漆和环氧树脂等。 浸渍纤维制品类：包括漆布、漆管和绑扎带等； 层压制品类：包括层压板、层压管和层压棒等； 塑料类：包括粉末塑料和玻璃纤维塑料等； 云母制品类：包括云母带、云母板和云母箔等； 薄膜、粘带和复合制品类：包括薄膜、粘带和各种复合制品等。 上述绝缘材料的性能和作用是不同的，但都是电机绝缘结构中常用的材料。 牵引电机运行时，其绝缘结构经常受温度、湿度、大气中的氧气。电场及机 械振动的作用，特别是温度的剧烈变化和在长时间的热作用下，会使绝缘材料的 性能逐渐变坏，最终完全失去绝缘性能（这种现象称为绝缘材料老化）。因此， 为了在同一工作温度下，合理地选用绝缘材料，使牵引电机在足够长的时间内可 靠地运行，通常将各种绝缘材料按其耐热性能来进行分级，也就是每一级的绝缘 材料都规定了它的极限容许温度。如果电机各部分的温度不超过所选用绝缘材料 的极限容许温度，则该电机能在足够长的年限内可靠运行。 绝缘材料的耐热分级见表 5 一 1，表中绝缘“级别”的符号是由国际电工协 会规定的；“极限容许温度”是指电机绝缘结构中最热点的容许温度。表 5—l 中只列举了一些电机中常用的绝缘材料，各种绝缘材料的名称。型号、规格、耐 热等级、性能指标和主要用途可在电工手册或产品目录中查到。 四、牵引电机的绝缘结构 牵引电机的绝缘结构主要有以下几类： 1．匝间绝缘
表5-1绝缘材料耐热等级表 级别极限容 绝缘材料类别和名 用于电机中绝缘材料的名称 1以云母片和粉云母纸1醇酸玻璃云母带 为基础的材料 2环氧玻璃粉云母带 2聚脂薄膜和纤维 3玻璃柔软云母板 3.玻璃纤维 4醇酸玻璃柔软云母板 4以矿物作填料的热硬5环氧换向器粉云母板 性合成胶(环氧、聚脂等)6聚脂漆包线漆 7.酚醛玻璃布板 8三聚氰胺醇酸漆 9环氧聚脂酚醛层压玻璃布板 10环氧聚酯酚醛无溶剂漆 11.聚酯薄膜聚酯纤维纸复合箔(简称DMD) 12醇酸玻璃漆布 13聚酯薄膜玻璃漆布复合箔 14.聚酯薄膜环氧玻璃坯布 1以环氧为基础的玻璃1硅有机环氧玻璃布板 云母制品 2.聚酯薄膜耐高温合成纤维纸复合箔(简称 2芳香聚酥胺纤维纸的NMN) 复合材料 3环氧酚醛上胶玻璃漆布 4耐高温合成纤维纸 5环氧酚醛层压玻璃布板 6不饱和聚酯无溶剂漆 7聚酯浸渍漆 8硅有机塑形云母板 1硅有机漆和硅有机云1.硅有机玻璃云母带 母制品 2硅有机玻璃粉云母带 2硅有机橡胶制品 3.硅有机柔软云母板 3聚酚亚胺薄膜的复合4硅有机玻璃粘带 硅有机玻璃布带 4硅有机玻璃制品 6硅有机浸渍漆 7硅有机石棉塑料 8聚田工胺薄膜 9聚酸亚胺漆包线 10聚配亚胺薄膜耐高温合成纤维纸复合箔(简 称NHN) 1L耐高温合成纤维纸 12聚二苯醚层压玻璃布板 13.聚酷亚胺层压玻璃布板 1.聚二苯醚制品 1.二苯醚云母板 2聚四氟乙烯 2聚酚亚胺浸渍漆 3聚酚亚胺薄膜或耐高3聚酚亚胺薄膜 温的硅人机漆包线
表 5-1 绝缘材料耐热等级表 级别 极限容 许温度 绝缘材料类 别和名 称 用于电机中绝缘材料的名称 B 130 1.以云母 片和粉 云母纸 为基础的材料 2.聚脂薄膜和纤维 3.玻璃纤维 4.以矿物 作填料 的热硬 性合成胶（环氧、聚脂等） 1.醇酸玻璃云母带 2.环氧玻璃粉云母带 3.玻璃柔软云母板 4.醇酸玻璃柔软云母板 5.环氧换向器粉云母板 6.聚脂漆包线漆 7.酚醛玻璃布板 8.三聚氰胺醇酸漆 9.环氧聚脂酚醛层压玻璃布板 10.环氧聚酯酚醛无溶剂漆 11.聚酯薄膜聚酯纤维纸复合箔（简称 DMD） 12.醇酸玻璃漆布 13.聚酯薄膜玻璃漆布复合箔 14.聚酯薄膜环氧玻璃坯布 F 155 1.以环氧 为基础 的玻璃 云母制品 2.芳香聚 酥胺纤 维纸的 复合材料 1.硅有机环氧玻璃布板 2.聚酯薄膜耐高温合成纤维纸复合箔（简称 NMN） 3.环氧酚醛上胶玻璃漆布 4.耐高温合成纤维纸 5.环氧酚醛层压玻璃布板 6.不饱和聚酯无溶剂漆 7.聚酯浸渍漆 8.硅有机塑形云母板 H 180 1.硅有机 漆和硅 有机云 母制品 2.硅有机橡胶制品 3.聚酚亚 胺薄膜 的复合 制品 4.硅有机玻璃制品 1.硅有机玻璃云母带 2.硅有机玻璃粉云母带 3.硅有机柔软云母板 4.硅有机玻璃粘带 5.硅有机玻璃布带 6.硅有机浸渍漆 7.硅有机石棉塑料 8.聚田工胺薄膜 9.聚酸亚胺漆包线 10.聚配亚胺薄膜耐高温合成纤维纸复合箔（简 称 NHN） 11.耐高温合成纤维纸 12.聚二苯醚层压玻璃布板 13.聚酷亚胺层压玻璃布板 C >180 1.聚二苯醚制品 2.聚四氟乙烯 3.聚酚亚 胺薄膜 或耐高 温的硅人机漆包线 1.二苯醚云母板 2.聚酚亚胺浸渍漆 3.聚酚亚胺薄膜
匝间绝缘是指同一线圈的各个线匝之间的绝缘。其作用是将电机各绕组中电 位不同的导体互相隔开,以免发生匝间短路。属于这一类的绝缘有主极线圈和换 向极线圈的匝间绝缘,电枢线圈的匝间绝缘以及换向片片间绝缘等。因为匝间的 电位差不大,因此匝间绝缘所包扎的层数不多,厚度较薄。一般情况下,匝间绝 缘只需包扎一层或仅靠导线本身所带绝缘(如漆包线,单丝或双丝高强度漆包线 及薄膜导线等)即可。对于扁铜线绕制的线圈,也只垫2~3层漆布或复合绝缘 但匝间绝缘是电机绝缘结构中比较薄弱的环节,因此在线圈包扎成型或嵌线装配 时,必须保证不能损伤匝间绝缘 2.层间绝缘 层间绝缘是指线圈上、下层之间的绝缘。其作用是防止线圈上、下层之间由 于绝缘层损坏而引起层间短路。属于这一类的绝缘有分层平绕的主极线圈各层间 的绝缘、电枢绕组前后端节部分及槽内部分上、下层之间的绝缘等 3.对地绝缘 对地绝缘是指电机各绕组对机座和其他不带电部件之间的绝缘。其作用是把 电机中带电部件和机座、铁心等不带电部件隔离,以免发生对地击穿。属于这 类的绝缘有主极线圈和换向极线圈的对地绝缘,电枢绕组的对地绝缘以及换向器 的对地绝缘等。电枢绕组在嵌线前预先放人槽内的槽衬绝缘和槽底垫条,称为槽 绝缘,在绕组端部的为端部绝缘,在绕组端部与电枢前压圈之间的绝缘一般称为 支架绝缘,这些都是对地绝缘。对地绝缘是电机的主绝缘,它的工作电压较髙, 所以它的电性能和热性能必须满足电机运行的要求。对地绝缘的层数和厚度,取 决于绝缘材料本身的电气性能和电机的额定工作电压。在绝缘材料具有一定的电 气强度条件下,电机的额定工作电压越高,对地绝缘包扎的层数(或绝缘厚度) 也要求越多。 4.外包绝缘 外包绝缘是指包在对地绝缘外面的绝缘。其作用主要是保护对地绝缘免受机 械损伤并使整个线圈结实平整。当然,外包绝缘也起到了对地绝缘的补强作用 5.填充及衬垫绝缘 填充绝缘主要用于填充线圈的空隙,使整个线圈牢固地形成一个整体,减少 振动,也使线圈成型规矩、平整,以利于包扎对地绝缘,也有利于散热
匝间绝缘是指同一线圈的各个线匝之间的绝缘。其作用是将电机各绕组中电 位不同的导体互相隔开，以免发生匝间短路。属于这一类的绝缘有主极线圈和换 向极线圈的匝间绝缘，电枢线圈的匝间绝缘以及换向片片间绝缘等。因为匝间的 电位差不大，因此匝间绝缘所包扎的层数不多，厚度较薄。一般情况下，匝间绝 缘只需包扎一层或仅靠导线本身所带绝缘（如漆包线，单丝或双丝高强度漆包线 及薄膜导线等）即可。对于扁铜线绕制的线圈，也只垫 2～3 层漆布或复合绝缘。 但匝间绝缘是电机绝缘结构中比较薄弱的环节，因此在线圈包扎成型或嵌线装配 时，必须保证不能损伤匝间绝缘。 2．层间绝缘 层间绝缘是指线圈上、下层之间的绝缘。其作用是防止线圈上、下层之间由 于绝缘层损坏而引起层间短路。属于这一类的绝缘有分层平绕的主极线圈各层间 的绝缘、电枢绕组前后端节部分及槽内部分上、下层之间的绝缘等。 3．对地绝缘 对地绝缘是指电机各绕组对机座和其他不带电部件之间的绝缘。其作用是把 电机中带电部件和机座、铁心等不带电部件隔离，以免发生对地击穿。属于这一 类的绝缘有主极线圈和换向极线圈的对地绝缘，电枢绕组的对地绝缘以及换向器 的对地绝缘等。电枢绕组在嵌线前预先放人槽内的槽衬绝缘和槽底垫条，称为槽 绝缘，在绕组端部的为端部绝缘，在绕组端部与电枢前压圈之间的绝缘一般称为 支架绝缘，这些都是对地绝缘。对地绝缘是电机的主绝缘，它的工作电压较高， 所以它的电性能和热性能必须满足电机运行的要求。对地绝缘的层数和厚度，取 决于绝缘材料本身的电气性能和电机的额定工作电压。在绝缘材料具有一定的电 气强度条件下，电机的额定工作电压越高，对地绝缘包扎的层数（或绝缘厚度） 也要求越多。 4．外包绝缘 外包绝缘是指包在对地绝缘外面的绝缘。其作用主要是保护对地绝缘免受机 械损伤并使整个线圈结实平整。当然，外包绝缘也起到了对地绝缘的补强作用。 5．填充及衬垫绝缘 填充绝缘主要用于填充线圈的空隙，使整个线圈牢固地形成一个整体，减少 振动，也使线圈成型规矩、平整，以利于包扎对地绝缘，也有利于散热
衬垫绝缘的主要作用是保护绝缘结构在工艺操作时免受机械损伤。例如ZDI 05型牵引电动机的电枢绕组,为了避免嵌线和打槽楔时损伤电枢绕组的绝缘, 在槽底和槽楔下各垫一层0.5mm厚的341层压玻璃布板,作为衬垫绝缘 6.换向器绝缘 换向器绝缘包括换向片片间绝缘和换向片组对地绝缘。换向器的主绝缘是换 向片组和压圈间的Ⅴ形云母环及云母套筒。它们通常由多层优质虫胶塑性云母 板经烘压压制而成,其厚度取决于电机的额定工作电压 第三节脉流牵引电动机的基本结构 脉流牵引电动机的结构与普通直流电机基本相同,主要由静止的定子和旋转 的转子两大部分组成。定子的作用是产生磁场、提供磁路和作为牵引电动机的机 械支撑,由机座、主磁极、换向极、端盖和轴承等部件组成;转子的作用是产生 感应电势和电磁转矩,从而实现能量转换,由转轴、电枢铁心、电枢绕组和换向 器等部件组成。转子通过电枢轴承与定于保持相对位置,使两者之间有一个间隙, 称为空气院。此外,脉流牵引电动机还有一套电刷装置,电刷和换向器接触,以 实现电枢电路与外电路的连接 脉流牵引电动机由于发热严重,换向困难,所以它的某些部件具有特殊的结 构型式。图5-1所示为SS4型和SS4改型电力机车采用的ZD105型脉流牵引电 动机的纵、横剖面图 定子 1.机座 脉流牵引电动机的机座既作为安装电动机所有零件的机械外壳,又是联系各 磁极的导磁铁轭。为了使有限的安装空间得到最佳利用,并使机座重量最轻(机 座重量占牵引电动机总重量的(30%~35%),合理地选择机座形状十分重要。 现代牵引电动机采用的整体式机座,通常有方形和圆形两种,如图5-2所示。 对于抱轴式悬挂的4极牵引电动机通常采用方形机座,且主磁极布置大部分采用 水平一垂直布置,如图5一2(a)所示。这种结构可以合理地布置磁极,较好地 利用转向架下部空间,但是机座较重,加工工艺比较复杂。对于6极或极数更多 的牵引电动机大都采用圆形机座,如图5-2(b)、(c)所示,虽然圆形机座 的空间利用率不如方形机座好,但它可以减轻电机重量和简化加工工艺。因此
衬垫绝缘的主要作用是保护绝缘结构在工艺操作时免受机械损伤。例如 ZDI 05 型牵引电动机的电枢绕组，为了避免嵌线和打槽楔时损伤电枢绕组的绝缘， 在槽底和槽楔下各垫一层 0.5 mm 厚的 341 层压玻璃布板，作为衬垫绝缘。 6．换向器绝缘 换向器绝缘包括换向片片间绝缘和换向片组对地绝缘。换向器的主绝缘是换 向片组和压圈间的 V 形云母环及云母套筒。它们通常由多层优质虫胶塑性云母 板经烘压压制而成，其厚度取决于电机的额定工作电压。 第三节 脉流牵引电动机的基本结构 脉流牵引电动机的结构与普通直流电机基本相同，主要由静止的定子和旋转 的转子两大部分组成。定子的作用是产生磁场、提供磁路和作为牵引电动机的机 械支撑，由机座、主磁极、换向极、端盖和轴承等部件组成；转子的作用是产生 感应电势和电磁转矩，从而实现能量转换，由转轴、电枢铁心、电枢绕组和换向 器等部件组成。转子通过电枢轴承与定于保持相对位置，使两者之间有一个间隙， 称为空气院。此外，脉流牵引电动机还有一套电刷装置，电刷和换向器接触，以 实现电枢电路与外电路的连接。 脉流牵引电动机由于发热严重，换向困难，所以它的某些部件具有特殊的结 构型式。图 5－1 所示为 SS4 型和 SS4 改型电力机车采用的 ZD105 型脉流牵引电 动机的纵、横剖面图。 一、定 子 1．机座 脉流牵引电动机的机座既作为安装电动机所有零件的机械外壳，又是联系各 磁极的导磁铁轭。为了使有限的安装空间得到最佳利用，并使机座重量最轻（机 座重量占牵引电动机总重量的（30％～35％），合理地选择机座形状十分重要。 现代牵引电动机采用的整体式机座，通常有方形和圆形两种，如图 5—2 所示。 对于抱轴式悬挂的 4 极牵引电动机通常采用方形机座，且主磁极布置大部分采用 水平一垂直布置，如图 5—2（a）所示。这种结构可以合理地布置磁极，较好地 利用转向架下部空间，但是机座较重，加工工艺比较复杂。对于 6 极或极数更多 的牵引电动机大都采用圆形机座，如图 5—2（b）、（c）所示，虽然圆形机座 的空间利用率不如方形机座好，但它可以减轻电机重量和简化加工工艺。因此
