学 生 姓 名：        冯云波          

学       号：        100075          

专 业 班 级：   铁道机车车辆 302817  

指 导 教 师：        武  欣          

摘    要

HXD3型交流传动电力机车为交流传动货运机车，在HXD3型电力机车研制进程中采纳了国内外成熟、靠得住的新技术，机车以在中国国内骨干线上进行大型货运牵引为目的，采纳6轴货运大功率交流传动电力机车设计平台，采纳PWM矢量操纵、密闭式牵引变压器及整体驱动装置等新技术，尽可能考虑对环境爱惜，减少维修工作量。另外，考虑能够在中国全境范围内运行，机车知足环境温度在-40℃～40℃，海拔高度在2500m以下的条件。机车能够3组机车重联操纵运行。该机车能够知足我国铁路重载、快捷货物运输的需要。

此论文要紧是为了了解HXD3电力机车牵引电机的结构特点，通过对HXD3型电力机车牵引电机的要紧技术参数及特性、HXD3型牵引电机的结构和牵引电机的特点、设计探讨、保护与检修等的详细描述，能够使咱们明了的明白HXD3牵引电机的结构特点和如何去保护检修，能够让咱们明白如何正确的处置故障。从而延长牵引电机的利用寿命，提高其工作效率。

关键词：HXD3型电力机车牵引电机；结构特点；参数 

引    言

铁路作为国家重要的基础设施、国民经济的大动脉和公共化的交通工具,它负担着城乡、工矿各类物资和人员交流的要紧运输任务，在实现经济社会又好又快进展中肩负着重大责任，承担着艰巨任务。铁路具有占地少、污染小、能耗低、本钱低、运量大、全天候的比较优势，加速铁路科技创新步伐，对加速构建符合科学进展要求的我国综合交通运输体系，具有不可替代的重要作用。

HXD3型电力机车轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采纳IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。它的要紧技术装备达到或接近国际先进水平，代表了世界先进铁路技术的进展方向。

本论文共分为五个部份。第一部份讲述了HXD3型电力机车牵引电机的要紧技术参数及特性；第二、三部份讲述了HXD3型电力机车牵引电机的结构及特点；第三部份要紧研究了HXD3型电力机车牵引电机的设计探讨，使咱们对电机的性能有更进一步层次的熟悉；最后一部份要紧归纳了电机的故障预防和保护保养，深刻牢记如何提高电机的利用寿命。

1 HXD3型电力机车牵引电机的要紧技术参数及特性

 概述

HXD3型大功率交流传动电力机车是为重载货运设计制造的六轴交流传动电力机车。为了减缓目前我国铁路电力客车运力不足的状况，部份HXD3开始于2020年担当客运牵引任务。

HXD3型机车利用六台YJ85A型交流电牵引电动机，该型电机由东芝负责设计，永济电机引进相关技术进行生产，每台输出功率1,200 kW。首批永济厂批量生产的YJ85A电动机为数312台，于2006年12月完成交付。 至2007年12月20日，永济厂在2007年全年共生产了1158台YJ85A型牵引电动机供193辆HXD3机车利用。由于日本的新型电力机车要紧利用功率较小的牵引电动机，负载轴重相对较轻，对轨道的压力比较小，因此路况不行的线路上也能够营运。

HXD3型电力机车采纳异步电动机，异步电动机的原理是：定子通上三相电流后，在气隙中产生旋转的磁场，该磁场切割转子导条后在转子导条中产生感应电流，带电的转子导条处于气隙旋转磁场中将产生电动力，使转子朝定子旋转磁场的同一方向旋转。由于转子导条中的电流是因转子导条切割由定子绕组产生的气隙磁场才感应产生的，因此转子的转速只能低于气隙旋转磁场的转速，永久不可能与其同步，不然转子条与气隙磁场同步旋转，转子导条再也不切割磁场产生感应电流和产生电动力了，转子也不可能旋转了。此刻机车用异步牵引电动机调速普遍采纳交频变压调速技术。

 HXD3型牵引电机的要紧技术参数

额定功率                 （KW）                                     1250

额定电压                （V）                                      2150

额定电流                （A）                                       390

额定转速                （r/min）                                   1360

最高利用转数            （r/min）                                   2662

                                               （120km/h，车轮径1150mm）

最高实验转数            （r/min）                                   3195

恒功率转速范围          （r/min）                              1365~2662

频率                     (Hz)                                        46

效率                    （%）                                       94

功率因数                （%）                                       92

滑差率                  （%）                                       

极对数                                                                2

定子绕组接法                                                          Y

绝缘种类                                                        Class200

绝缘电压                （V）                                      1500

绝缘耐力电压             （V）                     1分钟3240（新造时5400）

（AC50或60Hz）

并联支路                                                              2

定子绕组节距                                                         14

工作制                                                             持续

悬挂方式                                                   滚抱式半悬挂

冷却方式                                                       强迫通风

                                         （风量为92m/min，静风压2800Pa）

总重量                  （Kg）                                     2600

齿轮比                                                      （101/21）

 HXD3型牵引电机的特性参数

牵引特性参数

电传动方式                                                  交-直-交传动

持续功率                                                        7200KW

机车速度：

持续制速度                                              70km/h（23t轴重）

                                                        65km/h（25t轴重）

最高速度                                                        120km/h

起动牵引力                                              520KN（23t轴重）

                                                        570KN（25t轴重）

持续牵引力（半磨耗轮）                                  370KN（23t轴重）

                                                        400KN（25t轴重）

恒功率速度范围                                  65km/h~120km/h（25t轴重）

                                                70km/h~120km/h（23t轴重）

机车牵引特性为恒牵引力、准恒速特性操纵，牵引操纵司机械手柄为13极，级间能滑腻调剂，每级牵引力转变设定为△F=80KN,如图所示。

图 牵引特性操纵曲线（25t轴重）

图 制动特性操纵曲线（25t轴重）

 制动特性参数

电制动方式                                                     再生制动

电制动功率                           7200KW（70km/h~120km/h）（23t轴重）

                                     7200KW（65km/h~120km/h）（25t轴重）

最大电制动力                            370KN（15km/h~70km/h）（23t轴重）

                                        400KN（15km/h~65km/h）（25t轴重）

机车制动特性为恒制动力、准恒速特性操纵，牵引操纵司机操纵器手柄为12级，级间能滑腻调剂，每级速度转变△V=10km/h，如下图。

2 HXD3型牵引电机的结构

HXD3型电力机车牵引电机的结构如下图。

图 HXD3型牵引电机

 定子

定子绕组为双层成型绕组，成型后嵌进定子槽中。为了取得足够的机械强度、良好的电气性能与优良的热稳固性，定子绕组用端箍固定。定子整体真空压力浸漆（VPI）。整个电机的绝缘品级为200级。电机浸漆后，三相绕组用电缆线引出，经安装在定子上的引出线夹板固定后与机车直接相连。

定子由定子铁芯、定子绕组等组成，如图所示。

图 定子结构

1-接线盒；2-定子铁芯；3-支撑架；4-端箍；5-定子绕组；6-槽楔

定子铁芯

    定子铁芯由冷轧硅钢板叠压，由上悬挂、下悬挂、小悬挂和两个通风道板与两头压圈焊接，使定子铁芯成为一个笼形壳体。定子铁芯焊完后进行喷砂和排除应力处置。

定子线圈

每一个线圈由薄膜绕包的电磁线绕成，线圈匝间垫有绝缘，对地用聚酰亚胺复合云母作为主绝缘，外包绝缘采纳无缄玻璃丝带。采纳环氧树脂层板EP GC203-TI180，其性能如表所示。

表 环氧树脂层压板 EP GC203-TI180

转子采纳铜条鼠笼式结构，端环外衣有护环，加工完成后槽内刷绝缘漆，铁芯外表面刷防锈漆，交出前需作动平稳处置。

转子要紧由导条、端环、压圈、铁芯和转轴等部件组成，如下图。

图 转子组成图

1-转轴；2-端环；3-D端压圈；4-铁芯；5-导条；6-端板；7-N端压圈

为了降低转子发烧，导条采纳低电阻率的无氧铜；为使鼠笼结构具有高靠得住性，端环采纳高强度的铬锆铜，导条端部弯形后和端环采纳高频钎焊一次性成型焊成一体，焊接工艺具有良好的一致性，焊接靠得住性高。为避免转子导条在转子冲片槽中振动而产生断条，转子导条插入转子冲片槽中后采取冲紧和端部弯形工艺，为保证冲紧成效，转子导条与转子槽装配间隙设计值很小。

 轴承及润滑结构

为了完全避免电侵蚀，轴承采纳陶瓷轴承。为了避免尘埃的入侵造成的润滑脂的污损，迷宫式密封圈部涂上润滑脂后进行组装。轴承是电机的一个重要部件，它关系到电机可否平安运行。

电机的传动端轴承采纳循环油润滑，齿轮箱中的油通过齿轮箱的油道进入D端轴承盖的进油室，从D端轴承盖上部的进油孔进入轴承室和轴承BC1-7088A，润滑轴承后，从回油通道流回齿轮箱。在进油室的上部和下部各设有一个进油孔，上部进油孔是主进油通道，下部进油孔用油绳大体堵住，作为紧急润滑进油通道。为避免润滑油进入电机定子内部，内轴承盖除采纳无接触式迷宫结构密封外，迷宫腔数量多，长度长，并设有回油孔，为避免电机内部冷却风的负压作用，还设置了气压平稳通道，密封成效好。其结构如下图。

图 电机传动端结构图

1-端盖；2-内油封；3-轴承；4-D端轴承盖；5-轴承挡圈；6-油绳；7-回油通道；8-密封圈；9-气压平稳通道

电机的非传动端轴承采纳无接触式迷宫密封结构。设有油杯，方便补充润滑脂。非传动端内侧密封迷宫间隙值大，数量多，既可保证平安运行，又可保证密封成效；外侧密封迷宫间隙值专门大，而且数量少，长时刻运行后，废润滑脂将易于排到外轴承盖内，减缓轴承发烧。轴承室体积大，可存储蓄用润滑脂多，延长从头润滑周期。其结构如下图。

图 电机非传动端结构图

1-N端端盖；2-N端轴承内盖；3-O型密封圈；4-轴承BB1-7099BB；5-N端轴承外盖；6-测速齿盘；7-内油封；8-油杯M10X1

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 速度传感器

HXD3型电力机车牵引电机采纳双脉冲式的速度传感器安装在驱动相反侧的端面处。因为那个速度传感器将两个传感元件内置在一个传感器本体中，结构极为简单，速度传感器只安装在安装底座上，不需要进行裂缝调整等的操作。

速度传感器由速度传感器本体和齿轮组成，检测主电动机的转数，将操纵车辆的速度用的矩形的脉冲信号输出到操纵装置。通过两个脉冲信号的交织，主电动机的旋转方向(前进后退)也同时进行检测。因此，在车辆行驶中起着超级重要的作用。

该速度传感器只通过紧固螺栓安装到主电动机上，齿轮和速度传感器前端的检测面的间隙就能够达到规定值（+），因此不需要进行间隙调整等。速度传感器间隙如下图。

图 速度传感器间隙

温度检测装置

在定子铁芯齿部安装有温度传感器PT100，用于检测电机的温度，PT100信号传送给操纵系统，由操纵系统监控电子定子铁芯温度，和避免温度过热。

通风系统

YJ85A型异步牵引电动机采纳强迫通风冷却。通风机由风筒、叶轮及导风板等要紧部件组成，风筒、导风板的利用材料为钢制。叶轮为铝合金一次成型铸件，在电动机的轴端部（1/10锥形轴）通过键，用止动垫圈及螺母旋紧固定。牵引电动机通风机组构造图如图、图所示。

图 牵引电动机通风机组构造图（吸入侧）

图 牵引电动机通风机组构造图（排风侧）

3 HXD3型牵引电机的特点

大体功能

    机车运行中，在牵引模式，牵引电机将电能转化为机械能，通过轮对驱动机车运行；在制动模式，牵引电机将机械能转化为电能，产生列车的制动力，现在电机处于发电状态。

 工作特点

HXD3型牵引电机采纳抱轴箱半悬挂方式。机车牵引电机与其他电机相较，工作条件十分恶劣，负载转变大，受线路冲击和振动严峻，恶劣的天气如风沙、雨雪、酸碱性气体阻碍侵蚀严峻。关于由逆变器供电的牵引电机来讲，当元件关断时，尖峰脉冲对牵引电机绝缘会产生极为不利的阻碍；除此之外，当牵引电机在超过额定转速运行时，电源的波形为矩形波，流经牵引电机的电流含有大量谐波，从而使牵引电机的工作效率降低，所产生谐波转矩将使牵引电机转速波动；同时还由于共模电压产生轴电流。因此，YJ85A型异步牵引电动机针对这些不良因素，采取了相应的改良方法。

 冷却方式

HXD3型牵引电机通风冷却采纳冷却方式。冷却空气通过车体侧墙百叶窗过滤后进入冷却风道，通过轴流风机、惯性过滤器后冷却牵引电机，最后由牵引电机的出风口排出车外。每一个风道内设有惯性过滤器，对空气进行二级除尘，在每一个牵引通风道处设有一个向车内排风的旁风口，旁风口处设有过滤网，为空气紧缩机等用风设备提供干净的风源，也使车内形成微正压。

4 设计探讨

YJ85A型异步牵引电动机应用于HXD3型电力机车，遵循了异步牵引电动机的大体设计原那么。在选择参数时，进行了认真的衡量，其设计体会值得借鉴。

电机起动转矩和传动比

YJ85A型异步牵引电动机最大起动扭矩为12127Nm，齿轮传动比（101/21）。机车设计时应依照负载要求选择适合的起动牵引力。为知足起动牵引力的要求，能够在电机的起动转矩和齿轮传动比之间进行匹配，以达到两边最优。能够选择大传动比，降低电机的转矩；也能够要求电机高转矩，选择小传动比，降低对传动齿轮的要求。起动牵引力一按时，传动比大，电机起动转矩小，电机起动电流小，能够选择较低磁场密度，降低电机的磁场饱和度，利于操纵的准确性和稳固性，同时降低综合本钱。电机与传动系统的最优匹配是在保证齿轮强度的前提下，选择大传动比，降低电机起动转矩。

YJ85A型异步牵引电动机与传动系统匹配了大的传动比，为了达到如此大的传动比，电机转轴采纳了内圆轴伸结构。

 电机极数

通常机车用异步牵引电动机极数能够选择4极和6极。从电动机设计的原那么来看，为了取得单位质量的最大转矩，6极电机比4极电机好，因为6极电机比4极电机的气隙磁密高、线圈端部短和定子内径大。但是在实际运用中，4极电机比6极电机更优。在相同转速下，4极电机的工作频率比6极电机低30%，4极电机的最高工作频率一样在120Hz左右，而6极电机的最高工作频率达到180Hz左右，极数大，电机工作频率高，变流器的开关损耗大，效率低；而且，极数大，工作频率高，励磁电流大，漏抗大，铁耗高，致使电机功率因数低，效率低。专门在高速区，4极电机比6极电机有更好的效率和好得多的功率因数，而且容易取得更宽的恒功区而不阻碍其他性能。

鉴于此，YJ85A型异步牵引电动机就采纳了4极结构设计，完全符合极数的选择原那么。

 定子导体

沿定子槽高度存在散布不均的磁场，靠近槽口处最强，致使导线中电流密度散布不均，导体靠近槽口处电流密度最大，使得电阻增大，铜耗增加。对小功率电机散嵌绕组来讲，那个问题容易解决；大功率电机采纳成型绕组，有效的方式是降低导体的高度和增加导体的宽度。

YJ85A型异步牵引电动机定子绕组导体高度较小，宽度较大。为了有效的降低导体刚度利于绕组成型尺寸的稳固性和偏于嵌装，在宽度方向采纳两根并绕的方式。

转差率与效率

现代电机设计追求高效率以节约能源，高效率电机，要紧考虑降低电机铜耗，因为电机损耗要紧体此刻铜耗。电机铜耗包括了定子铜耗和转子铜耗，将电机定子和转子的电阻减小，即可减少电机铜耗。对提高效率来讲，电阻越小越好，但对变流器供电的电机，由于存在操纵特性的匹配问题，转子转差率不能过小；而且由于HXD3型电力机车电机是并联运行的，转差率更不能过小。因此在知足变流器运行的要求下，取最小的转差率以取得电机的高效率。

YJ85A型异步牵引电动机设计时在知足变流器运行的要求下取较小转差率取得整个恒功率区高达94%以上的效率。在恒功率运行区间运行时，效率高达94%以上。其牵引效率曲线如下图，制动效率曲线如下图。

图 牵引效率曲线

图 制动效率曲线

5 HXD3型牵引电机的故障预防与保护检修

故障预防

为了在电机发生严峻损害前，检查和排除隐性故障，应按期的、认真的对电机的故障进行预防保护工作。操作进程中牵引电机旋转部份的电机暴露不封锁带危险电压，未经授权时打开盖板、不适当的对电机处置、错误操作都可能会致使严峻损害或材料损坏。因此，对电机进行保护前，应确认以下事项：

1.有资质的人员才能对牵引电机进行操作，没有资质的人员严禁操作或靠近牵引电机。

2.操作人员在现场操作或保护时，必需在关于装配和保护的说明书及所有其他的与任务相关的产品文件的指导下进行工作。

3.操作人员必需始终依照保护说明书中规定的方式进行操作。

4.操作前必需对电机实施放电处置。

 保护检修

 保护检修中需要的设备及工装目录

要紧设备：

●空转实验台          

●吹扫设备

●清洗设备           

●烘干设备

●耐压实验机          

●轴承清洗机

●动平稳机            

●导条振动测量仪

要紧工装：

●总装吊具（945-YJ85A-001-000）

●过度铜套

●导向杆

●拆传动端封环工装

●拆传动端内封环工装

●拆非传动端内封环工装

●拆轴承室工装

●转动手柄

●拆传动端轴承外圈工装

●拆非传动端轴承外圈工装

 定、转子的检修

定子的检修：用1000V兆欧表，测量定子绕组对地的绝缘电阻应不低于100MΩ。

用双臂电桥或TZ测量仪测量定子三相绕组冷态直流电阻，20°C时绕组的线电阻为+10%Ω，测量值折合到20°C时应在此范围内，三个线电阻与线电阻平均值的差不该超过平均值的+4%。

许诺用2500V兆欧表或升高电压的方式判定击穿点。

定子应维持良好的清洁状态，绕组端部、槽口、通风孔内不准积存油污和尘埃。

用50Hz、4590V正弦交流电进行对地耐压检查，1min无击穿闪络现象。

转轴轴承位和轴锥面及轴锥过渡圆角处应磁粉探伤检查，不得有裂纹。

通过上述检查确认定子无缺点后表面喷漆。

 端盖的检修

检查端盖的螺纹孔、止口面等，状况应良好。端盖有裂纹，许诺焊接加固处置。

端盖轴承安装孔座或内封环磨损拉伤时，可用金属喷漆或电刷镀方式修复，恢复至原形尺寸。

 轴承的检修

轴承内外衣圈、转动体、工作表面及套圈的配合面，必需光洁。不准有裂纹、磨伤、锈蚀、剥离、疲劳起层等缺点，有缺点的应报废。

轴承维持架不准有裂纹、飞边、变形。铆钉或螺钉不准有折断、松动，防缓件应作用良好。

轴承的清洗，应采纳能在轴承表面留下油脂的清洗剂。

轴承拆装时，严禁直接锤击。加热温度不得超过120°C。轴承内圈与轴的接触电阻值应不大于统计平均值的3倍。

轴承改换要成套，并别离在内、外圈上标明安装日期，下次检修时外圈要转动90°~120°。

改换轴承时，必需检查轴承内圈与轴径的配合尺寸，选配过盈量应符合技术要求和限度的要求。

 磁性排油螺栓检查

在电机传动端端盖下部安装了磁性排油螺栓（图）。该螺栓的作用是吸附过滤传动端润滑油路中的铁质残渣，减少润滑油的铁质残渣，以避免造成轴承的异样损害。因此常常对磁性排油螺栓进行清洗是保证轴承正常工作的重要一环。

图 磁性排油螺栓

 注意事项

●常常清理磁性排油螺栓，第一次运行万km和每运行10万km应清理。

●电机N端轴承必需每运行12万km就补充润滑脂，每次补充240g，补充润滑脂前应将注油嘴清理干净。补充了润滑脂的电机应在低速条件下移动车辆几千米使得润滑脂均匀散布，幸免发生轴承滚珠或轨面损伤的情形。

●齿轮箱油必需每20万km就改换一次。

●橡胶部件的预期寿命为5年，不但与运行距离有关，还与寄存时刻有关。

●电机轴承通过拆卸后，即便没有达到运行里程，也应改换轴承。

●主动齿轮从头安装时，需用环规和塞规别离检查主动齿轮、转轴内孔合面积在85%以上，压入时应严格操纵压入量~。

●非随车至机务段的电机运行前应拆下N端轴承盖中部的运输爱惜螺栓，并安装M16*30短螺栓的原位置以避免异物进入。

●接线盒内连接螺栓紧固力矩45~55Nm，严禁超过该值，以避免对接线柱进行损坏。

结    论

通过这篇论文的论述，使咱们了解了HXD3型电力机车牵引电机的结构特点。该电机设计先进，制作精巧，因此性能优良。HXD3型牵引电机悬挂采纳转动轴承的抱轴悬挂悬挂方式，既提高了寿命和靠得住性，又降低了机车大体阻力，提高了运用效率。通过五个章节的描述，咱们慢慢的了解了HXD3型牵引电机的牵引、制动特性，结构特点，通过设计探讨更好的了解了如何对该电机进行故障预防，保护检修。现在，铁路正迅猛进展，对电力机车电机的要求也愈来愈高，相信尔后类似于HXD3型的牵引电机将会取得愈来愈多的利用，届时将会大大提高铁路的运输能力。

致    谢

本论文在武欣教师的悉心指导和严格要求下完成，从课题选择到具体设计，都凝聚着武欣教师的心血和汗水。在学习期间，我一样感受着武欣教师精心的教诲。在此向武欣教师表示深深的感激和高贵的敬意。本论文能够顺利完成，一样归功由于列位任课教师的悉心教诲，感激机车教研室的所有教师，是你们让我学会了专业知识，使我能够在以后的工作中把握和运用专业知识。最后，感激西安铁路职业技术学院的所有教师、同窗和领导，是你们让我有了许许多多的收成，使我明白了许多道理，学会了很多知识，谢谢你们。

参 考 文 献

 [1] 张曙光.《HXD3型电力机车》.中国铁道出版社 ,（重印）

[2] 张曙光.《HXD2型电力机车》.中国铁道出版社,  

[3] 张曙光.《HXD1型电力机车》.中国铁道出版社, 

[4] 杨永林.《SS7E型电力机车》.中国铁道出版社, 2004北京

[5] 王冰.《电力机车整体》.中国铁道出版社, 2020

[6] 华平.《电力机车操纵》.中国铁道出版社, 第一版

[7] 赵承获.《电工学》北京：中国铁道出版社. 2008

 [8] 程怀汶.《电力机车机械部》.中国铁道出版社. 2003

[9] 张龙

[10] 闫永革

[11] 莫坚

[12] 张

[13] 蔡庆华

[14] 

[15] 冯欣南.《电机学》.机械工业出版社.

[16] 包学志.《电力机车专业知识》.西南交通大学出版社.

[17] 周立

[18] 刘子林

[19] [苏]纳霍德金、李忠武等译《牵引电机设计》.中国铁道出版社.2001

[20] 劳动部劳动司.《电机原理与维修》.中国劳动出版社.

[21] 曾青中.《电力机车检修与保养》.中国铁道出版社.

[22] 穆志超下载本文