城市轨道牵引方式发展与选择论文.docx

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1、 毕 业 设 计 论 文题 目： 城市轨道牵引方式发展与选择系 部： 城市轨道交通系 专 业： 城市轨道交通车辆 班 级： 1432 姓 名： 杨晨 学 号： 201408053102 指导教师： 武静悦 2017 年 4 月山东职业学院毕业设计（论文）任务书班 级城轨1432学生姓名 杨晨指导教师武静悦设计（论文）题目城轨车辆牵引方式的发展与选择主要研究内容（1）城轨车辆牵引方式的历史演变。（2）当前几种主流牵引方式（直直、直交、同步电机、直线电机）的特点，优缺点对比。（3）选择一种最主流的牵引方式，设计牵引主电路结构，确定受流方式、牵引电机悬挂方式、传动方式、变流器控制方式等，阐明理由。（

2、4）展望牵引方式未来的发展趋势。主要技术指标或研究目标（1）通过本课题的设计，巩固和加强大学期间所学到电工技术、电子技术、牵引电机、城轨车辆牵引控制等方面的知识，检验所学专业知识的综合运用能力，为今后步入工作岗位打下良好的基础。（2）掌握各类牵引电机的结构、工作原理、控制方式，掌握牵引系统主电路构成，掌握各主要设备的操作和维护。（3）学会识读牵引主电路图纸、分析电路。（4）培养学生初步掌握理解、分析牵引系统主电路的方法和能力，资料收集检索能力，计算机文字处理、排版和绘图能力。基本要求 所提交设计方案能基本达到实际应用的要求，理论运用准确，符合国家的相关标准和行业标准。主要参考资料及文献城市轨道

3、交通车辆电机 秦娟兰 主编电力牵引与控制 谢维达 主编城市轨道交通车辆电气控制 华 平 主编电力牵引技术资料山东职业学院摘要随着城市化和机动化进程的不断加快,交通拥挤正迅速成为制约我国城市发展的重要问题之一。例如济南，每天上下班时间燕山立交这些重要交通要道堵得让人心碎；北京，三环路到五环路这短短的距离，不亚于当年红军长征。从很多城市交通的现状出发,解决交通问题迫在眉睫，而传统的交通方式已经不能满足如今的“庞然大物”，城市轨道交通作为新的交通运输方式以其不可比拟的优势快速发展起来，在城市公共交通中发挥着越来越大的作用。而且，国外大城市交通发展的经验也证明,单靠路面交通不可能从根本上解决城市交通问

4、题,我国高度密集的城市居住人口和有限的道路空间资源,决定了我国要优先发展“人均占用道路空间资源最少、能耗和污染最低”的城市轨道交通系统。重点发展以快速轨道交通为骨干的城市公共交通网络新体系势在必行。牵引电机作为机车的主传动设备。它是利用电磁感应定律和电磁力定律，即导体切割磁感线产生感应电动势和通电导体在磁场受到电磁力，实现电能和机械能的互换，从而完成机车牵引运行和制动停车。现代轨道交通应用的机车，大部分采用电传动，牵引电机是电传动系统必不可少的设备，我国牵引电机的发展大致经历为内燃机车用牵引电机、韶山系列电力机用车牵引电机、和谐系列机车用牵引电机。下面，我介绍了国内外城轨交通发展与现状。然后就

5、我国牵引电机的主要技术参数、结构、控制、性能来谈一谈牵引电机的选择与发展情况。从目前来看，大力发展轨道交通三相异步鼠笼式电机的使用,对于提升城市结构,解决城市发展中面临的经济与社会矛盾,实现可持续发展战略,具有很大的意义。关键词：轨道交通;异步电机;可持续发展 A目录摘要A目录B引言11城市轨道交通的历史21.1交通的出现21.2城轨交通的产生21.2.1世界城轨发展情况21.2.2中国城轨发展状况32城轨车辆牵引方式的发展32.1电力传动的发展42.2交流传动的发展42.3交流传动与直流传动的比较52.3.1直流传动电力机车工作原理52.3.2交流传动电力机车工作原理62.3.3交流传动与交

6、直流传动机车主电路的比较62.4动力分散的发展72.4.1动力集中与动力分散的概念72.4.2动力集中与动力分散的优缺点对比83城轨车辆牵引方式的选择103.1直流电机113.1.1直流电机的概念113.1.2直流电机的构成113.1.3直流电机的工作原理133.1.4直流电机的应用。133.2直线电机133.2.1直线电机的结构143.2.2直线电机的工作原理143.2.3直线电机的特点143.2.4直线电机的应用153.2.5直线电机与旋转电机比较1533永磁同步电机163.3.1永磁同步电机的概念163.3.2永磁同步电机结构和原理163.3.3永磁同步电机的特点183.3.4永磁同步电

7、机的应用183.4交流异步电动机183.4.1交流异步机的概念183.4.2交流异步电机结构和原理183.4.3交流异步电机优缺点184三相交流异步电动机194.1三相异步电动机结构与工作原理204.1.1基本结构204.1.2三相异步电动机的工作原理204.2相异步电动机的应用224.2.1机械制动224.2.2电力制动23总结23致谢24参考文献25B引言现如今的我们，可以吃着新疆的葡萄，喝着长白山的矿泉水，穿着外国制造的名牌服饰，住在上海的别墅里。这种现象在古代那是天方夜谭，就是皇帝都难以做到的这种地步。摆在眼前，却是很平常的事情。这是为什么呢？因为这得益于我们的交通。1城市轨道交通的历

8、史1.1交通的出现法国维希留教授说过：20世纪欧洲的哲学史，基本上可以视为回应速度变迁冲击的历史，更简单的说，就是一部交通史。可见，交通发展的历史与人类文明的发展历史是相依相随的。人类的发展必须需要交通，人类存在的必要条件是衣食住，即所谓的温饱问题，这是我所指的是，人类存在的必要条件。大家肯定听说过有关野人的事情吧，野人要生存下来，也是要满足衣食住这三个条件，当然，野人的衣服要比我们少一些。而人类社会的存在和发展还要再加上一个条件，那就是行交通。交通是社会发展的基础，是社会生产、流通、分配、消费以及社会人们工作、交往和旅游的先决条件。你说如果要出去旅游，没有交通工具，难道是走着去旅游，除非是去

9、散步。没有交通手段的人活动空间是非常有限的。就拿济南来说，你要从东边的历城区到达西边的长清区，开车去都要将近100分钟，这还要算上不堵车的情况下。为了扩大人的活动空间，人类必须学会使用交通手段。人类最早使用的交通工具是木舟，大约在公元前1w年，在两河流域，尼罗河流域河黄河流域，早起的人类，在进入文明时代之间，就开始使用独木舟了。在那时，除了木舟这个简陋的交通工具，就没有别的交通手段了，其原因在于早期在人类根本无法解决陆上交通的最根本困难：运载物体与地面的摩擦力。1.2城轨交通的产生1.2.1世界城轨发展情况人类社会文明进步的需要。自有人类以来，就有运输。交通运输的发展历史与人类文化的发展历史相

10、依相随。20世纪50年代以来，世界经济水平的迅速提高促进了城市的快速发展。随着城市现代化进程的加快，城市的规模日益扩大、城市人口不断增长。其中，工业结构和住房结构也发生了巨大的变化，对旅客运输需求也产生了很大的影响。随后，小汽车的出现了，一时成为了人们的出行的主要交通工具。但是随着时间的推移，小汽车数量的增加，有限的城市空间无法容纳小汽车的无限增长，使城市的交通拥挤不堪、事故频发，汽车在城市中的运行速度大大降低，不能发挥其应有的功效。同时，汽车的尾气、噪音等污染，使城市环境进一步恶化，极大地影响了城市经济等各方面的有序发展。所谓有需要就有创造。火车、小汽车这些交通工具不能满足人口密集大都市的交

11、通需要。那就创造或者发明一种更加高效率的交通工具-地铁。1863年英国伦敦建成了世界上的第一条地铁。这项交通为拥挤的大都市如何发展公共交通取得了宝贵的经验；特别是到1879年电力驱动机车的研发成功，使地下客运环境和服务条件得到了空前的改善，地铁建设显示了它强大的生命力。从此以后，世界各国相继开始建设地铁。至今为止，根据不完全数据统计，全世界已有40个国家80多座城市建成地铁，全世界地铁运营线路长度超过100km，其中，纽约和伦敦的地铁线路超过400km，巴黎地铁接近300km，目前还有20多个国家的30多个城市正在建设或者筹备建设地铁。世界地铁之最：最古老的地铁是伦敦的，1863年。车站最多的

12、地铁是纽约的地铁一期工程，共有468个车站。（建于1904年）最繁忙的地铁是莫斯科，每年最高客流量达33亿人次。（启用于1935年）最深的地铁是朝鲜平壤市的地铁，由于地质的原因，路线和车站离地面七八十米深。 1.2.2中国城轨发展状况亚洲国家地铁的兴建高潮大体要比欧洲发达国家晚10年。我国大城市地铁兴建的 高潮要比欧洲晚2030年。我国地铁建设起步晚，数量少。北京地铁是我国第一条地铁。1965年7月1号开始动工，1971年1月开始运营。天津1970年6月开始修建中国的第二条地铁线，于1984年12月开始通车。香港观塘线于1975年11月开始兴建，1979年10月1日正式通车。上海是第4个拥有地

13、铁的城市。1990年9月开工建设，1995年4月地铁一号线开始通车。1999年广州地铁1号线开通运营。深圳地铁2004年12月开通。南京地铁2005年9月开始运营的。青岛地铁2016年12月19日地铁3号线开通运营。除了上述城市，济南、苏州、南昌和郑州等城市都在建设或者筹备建设中。2城轨车辆牵引方式的发展2.1电力传动的发展时代在进步，技术在变革。从十九世纪七十年代开始,人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。想当初世界第一条地铁开通之后，大量的民众都去乘坐这个下排放大量的废气，影响乘客乘车环境。尽管空气污染，乘坐并不舒服，但马上世界各主要工业化国家的大城市都效仿修建了地铁。1879年

14、的世界第一台电力机车出现，因其自身相比较蒸汽更加有动力，更加安全和环保。它很好地替代了蒸汽牵引的驱动方式，成为当时城轨车辆新型的牵引方式。2.2交流传动的发展从1881年的第一台城市电车到后来很长时间都是直流传动。在1891年西门子试验了三相交流直接供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车, 1917年德国又试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。单这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。1957年,硅可控整流器( 即普通晶闸管) 的发明, 标志着电力牵引跨入了电力电子时代。大功率硅整流技术的出现，使电

15、传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机)，很自然地被更优越的交-直传动(交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机)所取代。1965年,晶闸管整流器机车问世, 使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革, 全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮。随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展，20世纪70年代以后出现了交-直-交传动(交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机)，即所谓的交流传动，又很自然地取代了交-直传动。2.3交流传动与直流传动的比较2.3.1直流传动电力机车工作原理直流传动电力机车包括直直型电力

16、机车和交直型整流器电力机车。 直直型电力机车是由直流电源供电，直流串励牵引电机驱动，通过串并联切换加凸轮变阻或晶闸管斩波器调阻（调压)方式进行调速和控制的机车。一般工矿用4轴电力机车串并联切换加凸轮变阻的电传动装置工作过程为:机车由受电弓从接触网取得直流电，经断路器QF，启动电阻R，向4台直流牵引电动机M1-M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所。随着4台牵引电动机接通电源即行旋转，电能转变为机械能，分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮实现牵引运行。 交直型整流器电力机车的能量传递是将接触网供给的单相工频交流电，经机车内部的牵引变压器降压，再经整流装置将交流转换为直流，然后向直流（脉流）牵引电

17、动机供电，从而产生牵引力牵引列车运行，如下图1.1所示。图1.12.3.2交流传动电力机车工作原理交（直）交型电力机车是指由各种变流器供电的交流异步或同步电动机作为传动电机的电力机车或电动车组。 根据变流器是否带中间回路，分为交直交变流器和交交变流器两类。根据中间回路选择元件的不同，又分为电压型系统、电流型系统两种基本结构。因此电力牵引领域的交流传动机车基本上有两类：电流型变流器供电的同步或笼型异步电动机机车和电压型变流器供电的笼型异步电动机机车。电压型变流器供电的笼型异步电动机系统原理。来自接触网的单相交流电经受电弓引入机车变压器，在牵引变压器中变换成所需的合适电压后送人电源侧变流器，将单相

18、交流电转换为直流电，提供给中间回路经平滑功率脉动，送入电动机侧的变流器，将直流电逆变为电压和频率可调的三相交流电供给三相异步牵引电动机，实现牵引运行。在这个系统中，机车先将电网的交流能量转换为直流能量，然后进一步转换成电压和频率可调的交流能量。 由于电压型变流器供电的笼型异步电动机机车的转矩脉动以及对电网的反作用小，适合于较大功率的机车，因此干线交流传动电力机车绝大部分都采用这种系统。2.3.3交流传动与交直流传动机车主电路的比较交流传动机车与交直流传动机车都是将接触网供给的单相工频交流电，经受电弓进入机车内部的牵引变压器降压，再经整流装置将单相交流电转换为直流电。所不同的是，交直传动机车会将

19、转换来的直流电通过滤波电抗器、电磁绕组进行滤波，然后向直流（脉流）牵引电动机供电，从而产生牵引力牵引列车运行。而交流传动机车会将转换来的直流电通过逆变器再逆变成三相交流电，向三相异步牵引电动机供电。 交流传动与直流传动机车主电路的区别在于两者变流装置的不同，从而造成的能量传递形式的不同。而交流传动机车与直流传动机车本质上的不同是，这两者所采用的牵引电机不同。交直与交流传动机车主电路比较如图1.2所示。通过机车交流传动与直流传动的分析比较，我们不难看出交流传动明显的发展优势。交流传动所以成为现代轨道交通发展的方向，因为直流电机结构上的缺点是存在电刷和换向器，无法改变电机存在的火花和环火的致命缺陷

20、，从而限制了直流电动机的功率和容量，不能很好地满足高速重载的发展要求，继而限制了直流传动的发展，因此在采用无整流子的交流电机成为趋势。图1.22.4动力分散的发展最初，电力取代了蒸汽之后，使用的还是动力集中方式牵引。20年代50年代，大城市和城郊快速列车需要具有相对较高的速度, 而且站间距较短, 动力分散的方式因具有大量的动轴而较早被采用。2.4.1动力集中与动力分散的概念动力集中型是将大部分机械和电气设备集中安装在位于列车两端的动力车即机车上，机车的动力转向架上装有牵引电机，驱动轮对牵引列车运行。中间客车没有动力，由机车牵引。机车不载客，客车载客。动力分散型是指将大部分机械和电气设备吊挂安装

21、在车辆地板下面，牵引电机安装在列车的全部或部分转向架上，使全部或部分轮对成为列车的驱动源，列车的全部车厢都可载客。252.4.2动力集中与动力分散的优缺点对比表1.1序号S/N内容Contents动力分散Power-Distributed 动力集中Power-Centralized 编组通常为固定编组，不可随意增减车辆数量，但可以采取2列联挂方型，动车与拖车同步增加或减少，不会造成过载或欠载。可任意加减拖车的数量，编组灵活。加减车厢后牵引力不变（因为动车数量不变），但阻力变化，易造成过载从而达不到原定速度，或欠载造成功率浪费。1动力配置列车的牵引动力可以分散设置，按需要增减动轴，使列车总功率不

22、受机车功率所限制。总功率受机车功率限制2换向行驶在两端都有驾驶室，可双向行驶，省却调车的时间，同时减少车务人员的工作及提高安全。列车换向时需先把机车在一端脱钩后再移到另一端挂钩，折返时间长。轴重最大轴重轻，对轨道冲击小。高速情况下最大轴重对轨道的破坏作用远远大于平均轴重，这也是为什么越是高速的列车越趋向于使用分散技术的原因机车最大轴重大，高速运行下对轨道冲击大。3载客量载客量较同等长度的动力集中型动车组高约20%，可充分利用站台长度。机车不能载客。4启动加速度启动加速度高，列车加速时间短，更适合发车密度大、站间距短的路线。启动加速度小，列车加速时间长，不适合发车密度大、站间距短的线路。5轮轨粘

23、着整体粘着性好，在加速时不易产生空转（车轮的牵引力大于轮轨间的粘着力，造成轮速异常上升），加速更稳定。集中动力车单轴粘着性能好于分散动力车，但由于动轴数量少，总的粘着性不如分散动力车，加速时易产生空转。6再生制动列车从高速减速到40km/h（不同的列车可能不同）的过程几乎不需要使用用空气制动，速度再降低空气制动开始补充，充分利用再生制动，将制动能量转换为电能反馈回电网,减少制动盘机械磨耗和能源浪费。机车受粘着限制，不能充分发挥动力制动的优越性。大量拖车靠制动盘的摩擦制动，导致制动盘磨耗严重，既浪费材料又浪费能源。7动力冗余即使有一、两组电动机发生故障，列车也能正常行驶。动力冗余性高，减少个别车

24、辆故障而造成机破救援。机车故障即需要救援，动力冗余性差。8纵向冲动车辆间的作用力小，牵引、制动时的纵向冲动小。车辆间的作用力大，牵引、制动时的纵向冲动大。9线路适应性线路适应力强。由于动轴多，所以更能适应陡坡，最大80。动轴少，线路最大坡度30。10全寿命周期成本LCC根据德国ICE2和ICE3动车组LCC研究结论：动力分散比动力集中低约10%。11检修维护由于电动机多并分散在各节动力车，零部件维护较复杂，维修成本也较高。主要动力设备集中管理，维护相对简单，维护成本相对较低。 12振动噪音动力设备分布在客车车下，车内振动、噪音较大。动力设备集中布置在机车，车厢内振动、噪声较小。 根据上述比较，

25、不难看出，在高速客运方面，动力分散型比动力集中型具有明显的优势。目前，世界上地铁趋向于采用动力分散型，就连其他轨道交通也开始转型为动力分散式的牵引方式。法国高速动车组TGV为动力集中型，下一代AGV已改用动力分散型。德国高速动车组ICE1/2为动力集中型，动车最大轴重达到19.5吨，DB运营数年后发现轨道变形频率加快，道砟粉碎现象严重，后来改用动力分散的ICE3，最大轴重减至16吨以下，才基本控制住了对轨道的破坏作用。日本高速动车组一直就是动力分散型为主。3城轨车辆牵引方式的选择如今很多地方都已经运行起了地铁，这项新型的交通，一辆一辆的轨道车驶过一座座车站，为旅客提供着方便的交通。但你知道吗？

26、其实，这些轨道车还是有着不一样的“心脏”-牵引电机。轨道交通车辆用牵引电机有许多种，应当因地制宜因时制宜地选用。比如主要有：直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和直线电机等。3.1直流电机3.1.1直流电机的概念直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产

27、生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。3.1.2直流电机的构成定子：（1）主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。铁心一般用0.5mm1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座

28、上。（2）换向极换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。（3）机座电机定子的外壳称为机座。机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。（4）电刷装置电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷

29、放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。转子：（1）电枢铁心电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。（2）电枢绕组电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈（以下称元件）按一定规律连接而成，线圈采

30、用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固定。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。（3）换向器在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘。（4）转轴转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。以韶山8型电力机

31、车为例：机车采用ZDIi5型脉流电动机，是带有补偿绕组的六极串励电动机。采用全叠片无机壳机座，叠片由I mm厚的钢板冲制而成。主极线圈共1l匝。换向极铁芯由05 mm厚的冷轧电工钢片W47050冲制。换向极线圈共7匝。补偿绕组线圈的两边分别嵌入相邻两个主极极靴部分的补偿槽内，共6匝，每槽2匝。电枢铁芯由50W465冷轧硅钢片的冲片叠压而成。电枢绕组由93个线圈组成，是单叠绕组，每个电枢线圈有4个电枢元件。电枢共用186根均压线。换向器直径500 mm，372片换向片材质为银铜合金。电刷为双分裂式，牌号为DE7。3.1.3直流电机的工作原理直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安

32、培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢

33、上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。3.1.4直流电机的应用。直流牵引电机在交通运输系统的电力牵引领域内得到十分广泛的使用。原因是直流电机调速方便，改变电机端电压或励磁即可调节电机的转速，同时直流串激电机具有适合于牵引需要的“牛马”特性。传统的调压或调磁是采用有触点电器和电阻进行的有级调速，直流电机的特性受到一定的影响。自从大功率半导体器件出现后，采用半导体斩波器取代传统的调阻控制，牵引性能明显改善，节能效果明显。斩波器本身随着半导体开关元件的不断发展而不断更新。20世纪70年代广泛采用晶闸管和逆导晶闸管斩波器技术，但由于这两种元件都没有自关断能

34、力，它们作为斩波器主控器件时，需要一套复杂的强迫换向电路，使斩波器的效率、工作频率、控制性能、体积、质量以及换向可靠性都受到了很大的限制。到了20世纪80年代，大功率自关断电力电子器件开发取得重大进展，如大功率晶体管(GTR)当时水平为1300 V、400 A，可关断晶闸管(GTO)达到4 500 V、3000 A的实用水平。采用GTO斩波器或GTR斩波器等，无须强迫换流电路，使车辆主电路大大简化，而且它们的工作频率高，可以减少平波电抗器和滤波器容量，甚至可以不必设置平波电抗器，这样既改善车辆运行性能，又可以做到小型化、轻量化。3.2直线电机3.2.1直线电机的结构它可以看作是将一台旋转电机沿

35、径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初次级之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。3.2.2直线电机的工作原理设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应图电动机。初级做得很长，延伸到运动 所需要达到的位置，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初 级移动通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。设引起涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密

36、度将按费来明法则产生连续的推力F。3.2.3直线电机的特点高速响应。由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。位精度高。线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。 速度快，刚度好。传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时提高了其传动刚度。加减速过程短行程长度不受限制 在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。噪音低。由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨

37、（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。效率高 由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。3.2.4直线电机的应用 直线电机主要应用于三个方面：应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；作为长期连续运行的驱动电机；应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。 U槽无刷直线电机可以直接驱动，无需将转动转为线性运动，机械结构简单可靠。电机运行超平稳，无齿槽效应，动态响应速度极快，惯量小，加速度可达20G，速度达到10-30m/s，低速1m/s时运动平滑，刚性高，结构紧凑，可选配直线编码器做高精度位置控制，其位置精度取决于所选编码器。 定子轨道可以按需要连接，因而理论上电机长度不限。

38、电机动子与定子不接触运动，没有采用普通丝杆滚珠和皮带等传动的磨损、卡死、背隙问题，因此我们的直线电机可以达到免维护长期工作。我们的U型槽式直线电机分为铁芯和无铁芯两类，铁芯类直线电机单位体积出力更大，非铁芯直线电机无磁滞和涡流效应，运动更加平滑高速，磁损耗少，发热小。 此类直线电机特别适用于：机器人、致动器、直线平台、光学光纤排列定位、精密机床、半导体制造、视觉系统、电子元件接插、工厂自动化等对运动系统 的速度和精度同时要求较高的应用场合。3.2.5直线电机与旋转电机比较直线电机电动车的推进力和制动力都利用直线电机。有1次侧在车上和地上2种。1次侧在车上时，要将VVVF逆变器和直线电机装载在车上，使车辆重量增加，车辆价格高；但在地面上的设备仅只有反作用板，又降低了建设费用。1次侧在车上的方式已在一部分地铁得到了实际应用。在直线电机的电动车中，推进力由铺设在钢轨间的反作用