牽引電機的基本原理

牽引電動機是指產生機車或動車牽引動力的電動機。牽引電動機種類繁多，但它們都有一個對應機車和動車的牽引力和速度關系的特性，即基本牽引特性，它們既可以代表機車或動車的性能，也可以通過車輛的動輪輪徑和傳動比的關系轉換成牽引電動機的轉矩和轉速的關系。

牽引電動機是驅動車輛動輪軸的主電動機，用于車輛的加速及制動。牽引電動機的定子繞組接通三相交流電，在定子空間將產生旋轉磁場。轉子繞組在旋轉磁場中將產生感應電動機和感應電流，從而使轉子受到電磁力的作用而轉動。

交流牽引電機的分類和各自特點

交流牽引電動機在額定頻率和額定電壓不變的條件下，其自然工作特性是指給定電動機的轉速n、電磁轉矩T、定子功率因數cosφ1與輸出功率P2之間的變化關系，而自然機械特性是指電動機和轉速與電磁轉矩之間的變化關系。常用的交流牽引電動機有以下幾類：

1．單相串勵換向器電動機

輸入電壓為單相低頻交流，通常只采用串勵，其自然運行特性與直（脈）流串勵電動機基本相同。它極數較多，加上換向問題解決不夠完善，只有歐洲部分國家在低頻牽引電網下使用。

2．三相異步電動機

（1）轉速特性n=f（P2）。在穩定運行的轉速范圍內，當P2增大時，電磁功率Pem和轉子繞組銅損PCu2也隨著增大，且PCu2比Pem增大略快，即轉差率s=PCu2/Pem略有增加。因此，轉速特性為略微下降的近似直線，這說明異步電動機的轉速特性呈硬特性。

（2）轉矩特性T=f（P2）。由T=CTΦI2=T0+P2/Ω可知，三相異步電動機與直（脈）流他勵電動機一樣，轉矩特性為呈上升趨勢的近似直線。

（3）定子功率因數特性cosφ1=f（P2）。空載時定子電流主要是勵磁分量，因此空載時很低。隨著P2的增大，轉子電流的有功分量增長，對應的定子電流有功分量也增長，cosφ1很快上升。當P2增至額定負載以后，由于轉差率s明顯增大，使轉子漏抗sX02增大，相對定子電流的無功分量也會增加，cosφ1反而逐漸減小。因此，定子功率因數特性呈彎曲線。

（4）機械特性n=f（T）。在穩定運行范圍內，當T增大時，轉子電流的有功分量I2cosφ2增大，表明轉差率s略有增大，機械特性是略微下降的近似直線。因而異步電動機的機械特性呈硬特性。

3．三相同步電動機

（1）轉速特性n=f（P2）和機械特性n=f（T）。由于同步電動機為交直流雙邊勵磁電動機，其轉速只取決于電樞電流頻率和電動機極對數，而與P2和T無關，轉速特性和機械特性為水平的絕對硬特性。

（2）轉矩特性T=f（P2）。由“電機學”知識可知，電磁功率Pem隨著輸出功率P2的增加而增加，由于其轉子同步角速度Ωr不變，轉矩特性呈直線上升。

（3）定子功率因數特性cosφ1=f（P2）。由“電機學”知識可知，處于過勵狀態的同步電動機將從電源吸取電容性電流，以利改善cosφ1。空載時主要是直流勵磁，在較小勵磁時，功率因數cosφ1即可高于異步電動機。隨著P2的增大，將在較大勵磁時才能使cosφ1較高。

圖11-3 常用牽引電動機工作特性

（a）三相異步電動機；（b）三相同步電動機

圖11-3 （a）、（b）分別示出了三相異步電動機和三相同步電動機的自然運行特性。可見，三相異步電動機比三相同步電動機的特性有更明顯的變化。