和谐HXD1型机车用变频异步牵引电机

1、第 卷第期年丿1日电力机弔打城轨午辆大功率机车和谐HX/型机车用变频异步牵引电机邓日江株洲南车电机股份有限公司 湖南株洲摘要介绍 取人功率交流传动电力机午用型变频并步牵引电机的族木结构、技术参数和特H:并结合该电机的特征阐述了变频牵引电机的设计参数选取要点.关键词 变频牵引电机 开步电动机 参数 结构 符性中图分类号文献标识码文章編号© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2009 China Academic Journal El

2、ectronic Publishing House. All rights reserved, -转速传憋器一转子端端收桶日期作者简介邓II江T.程师年毕业华中珅工大学电机专业现从孚电机设计开发T作.型电机横制面圏端轴承型人功率交流传动电力机车采用引进的 空变频异步牵引电机.该电机由西门（ 公司开发其设计符合的要求有着优异的调速性能 克服直流电机的许等缺点。主要技术参数额定功率额定电用额宦电流效率最高电压最人电流额定转速最高转速工作频率范围极对数绝缘等级一体化真空浸无溶剂漆级冷却方式强迫风冷冷却风量 悬挂方式滚动轴承的抱轴式悬挂质昴约结构型电机采用滚动轴承的抱轴式悬挂 方式横向安装 毎台 熨机

3、车由 台该电机驱动。该 电机采用铜条做笼转为适应不带电抗器的 变流 器的运行 电机进行了优化设计。 电机主 要由定子、转了、端盖和轴承零部件组成其横剖面图如 图所示.-端端盖一定子一端轴承一主动优轮图邓日江和谐型机4：用变频片步牵引电机 'I小 期该电机定产主雯由挟心、定（压圈、筋板、定犷线圈 等部件组成采用叠片式无机处焊接结构处有结构紧 凑、体积小、重量轻、散热冷却效果好等持点。定犷爪圈和筋板等主结构部件采用优质铸件结构 强度高耐振动冲击性能好.该电机铁心采用优质冷轧硅钢片叠爪而成该硅钢 片绝缘性能强导磁性能好铁磁损耗小.定了绕纽匝间绝缘采用耐电晕薄膜 主绝缘采用交 义叠包的玻璃布补

4、强冇机硅云母带和亚胺薄膜嵌装后 整体真空圧力浸有机硅漆具有良好的电气性能以及防 潮、防霉、耐振、心命氏、可靠性筒零特点。绝缘等级 级可以承受u以上的匝间冲击电压.电机转/主要rti导条、端环、用圈、铁心和转轴等部 件纽成采用制条鼠笼结构特别适用于逆变器供电I： 况。为获得更人的额宦功率和减少损耗 转了铁心进行r 优化设计。电机转轴采用锻造的优质介金钢材料具冇较高的 机械强度、抗疲劳性能和耐冲击性能.采用高胡质的绝缘轴承能有效地防止电流腐蚀运 行可靠。非传动瑞轴承采用涧滑脂润滑 并具有补充润滑 脂的功能。传动瑞轴承采用油润滑 经过优化设计的润滑 油路既能保证充分的润滑油润滑轴承乂不至于因油太 参

5、而导致轴承发热和油泄曙齿轮磨耗留下的杂质也不 会与润滑油起进入轴廉 确保轴承安全运行。轴承密封 采用无接触式迷宫结构e轴承i|算寿命不少于 万 。在定子铁心齿中安装冇温度传感器用于监控定了 绕组温度保证电机的安全运行.牵引电机的转速测量及转向确定是由装在电机非传 动端的双通道速度传感器完成的。它给出两路相差° 的速度信号这两个信巧用來测量电机转速和判定电机 转向以便对电机进行控制.两路信号的相位差用来判断 电机转向。电机采用强迫通风空气冷却结构。电机设计使用寿 命为 年。特性牵引特性起动点电机转矩为转速为恒转矩起动至.恒转矩转折点电机力矩转速恒功起始点电机力矩转速.怛功结束点电机力矩

6、转速。制动特性电机制动功率为.制动起始点亦即最高制动速度点、制动恒功起始点电机的制动力矩为转速为。制动恒功结束点电机的制动力矩为转速为。制动结束点电机制动力矩为转速为设讣探讨变频异步牵引电机应用于 型 机车遵循r变频异步牵引电机咸木设计原则在选择参 数时进行了仔细地权衡其设计经验值得借鉴。电机起动转矩和传动比机车设计时应根据负载耍求选择介适的起动牵引 力。为满足起动牵引力的耍求可以在电机的起动转矩和 齿轮传动比之间进行匹配以达到双方最优。可以选择人 传动比 降低电机的转矩 也可以要求电机髙转矩 选择 小传动比 降低对传动齿轮的要求。起动牵引力定时 传动比人 电机起动转矩小电机起动电流小可以选择

7、 较低徴场密度 降低电机的磁场饱和度 利于控制的准确 性和轻定性同时降低综合成本。电机与传动系统的最优 匹配是在保证齿轮强度的询提下 选择人传动比 降低电 机起动转矩.变频异步牵引电机弓传动系统匹配 r人的传动比.为j达到如此人的传动比电机转轴采用 了内恻锥轴伸结构。电机极数通常机车用异步牵引电机极数可以选择 极和 极. 从电动机设计的原则来看为r获得单位质杲的最大转 矩 极电机比 极电机好 囲为 极电机比 极电机的 气隙磴密高、线圈竭部組和定内径人。然而在实际运用 中 极电机比极电机更优。在相同转速下 极电机的 工作频率比 一般在左右耗人效率低极电机低极电机的最高丁作频率左右 而 极电机的报

8、高工作频率达到 极数人 电机匸作频率高 变流器的开关损 而且 极数人 工作频率高 励磁电流人 漏 导致电机功率因数低效率低特:别在高速抗人铁耗高 区极电机比极电机冇更崗的效率和好紂多的功率因 数并M容易获得更宽的恒功区ifu不影响其他性能。可见变频电机极数不能只根据便电机体积和重量 最小的原则选择还必须考出变流器的限制、频率、损耗分布和功率因数等因素.变频异步牵引电机就采用r 极结构设计完全符合极数的选择原则，定子导体沿沱rww度玄在分布不均的磁场一铠近椚口处城 强导致导线中电流密度分布不均 导体靠近槽口处电流 密度最人使得电阳増大铜耗增加。对小功率电机散嵌© 1994-2009 C

9、hina Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 电力机乍打城轨车辆 年笫 期© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 图z?/ieinjnw,牵引效率曲线l(:<ytl8070605n4(lM2(Imo¥O2OEO100908070605 00 1 000绕组來说这个问题容易解决人功率电机采用成取绕 组仃效的方法是降低导体的高度和增加导体的宽度。变

10、频异步牵引电机定了绕组导体高 度较小宽度较人为r冇效降低导休刚度利于绕组成巾 尺寸的稳定性和便于嵌装在宽度方向采用两根并绕的 方式。转子导条和椚形变频异步牵引电机转了导条宽而 浅椚口高度比较高。电机的转f与定/ 样 也存在集肤效应 使得转r 疑笼电阻增人 电源频率在 以下时 频率越局衣 现得更加明显 而且转了疑笼集狀效应比定了绕组更明 显在传统电机中采用深的转（导条其至采用双鼠笼结 构以便利用隼肤效应增人起动转矩.对于变频电机其原 理刚好相反变频电机在低电压低频起动起动电流小 起动转矩人因此没冇必塑利用集肤效应增人起动转矩 而足采用宽而浅的导条 克服集肤效应 减小损耗 増人 最人转矩颠覆转矩以

11、获得宽的恒功运行区变频电机的漏感不仅根据所要求的颠覆转矩来确 定而且需嬰考虑对变流器供电时谐波电流、斩波频率、 基波电流和电了开关元件峥值限制的影响.随着榊宽的増加漏抗下降.在导条截而积不变的情 况下当槽宽较小时 由于槽高增加 槽漏抗增加 总漏抗 增加 当槽宽较人时 由于槽高降低 槽漏抗减小 但谐波 漏抗增人 总的漏抗也增人 利于抑制谐波电流。为增 加椚漏抗 可以将椚口的高度适当增加。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 主耍考虑降低电机铜耗 因为电机损耗主耍体现在铜耗。 电机铜耗包括定了铜耗和转了铜耗 将电机定子和转了 的电阳减小即可减少电机铜耗.对提高效率來说 电阻 越

12、小越好但对变流器供电的电机由于存在控制特件的 匹配问题转了转差率不能人小而且山于 型机车 电机肚并联运行的转是率更不能人小。所以在满足变流 器运行的要求下取最小的转差率以获得电机的高效率.变频异步牵引电机设计时在满足变 流器运行的燮求卜取较小转差率获得整个fit功区高达以上的效率。其牵引效率曲线如图所示制动效率 曲线如图所示。在恒功运行区运行时效率高达 以 上.轴承由于变流器供电对电机磁路造成扰 导致变频电 机轴*容易产生电腐纯使軸承损伤缩小轴用使用寿 命特别是人功率电机这种现彖更显著.500 2 000 2 500 3 (XX) 3 500n/rmin图制动效率曲线电腐蚀电流在电机屮右两种通

13、路第种通路是转 轴一非传动端轴仗一泄（一传动端轴広 第二种圧宦r 屮的电流通过两端轴承后经转轴和齿轮流向机年接地 处。对于第一种情况电机采用一端绝缘轴承即可隔断腐 蚀电流的通路从而防止轴承电腐蚀。由于非传动端轴承 较小制成绝缘轴*的成本相对较低 所以般非传动端 轴*采用绝缘轴承。但对丁由开关频率较高的变流器供电的人功率电机两端都采用绝缘轴承可以冇效削 弱第二种回路电流的影响。变频异步牵引电机功率而且由 变流器供电所以电机两端采用绝缘轴廉。结论型变频异步牵引电机设计经过参数 的仔细斟酌平衡利弊 选取最适合参数 并针对不带电 抗器的变流器运行进行优化设计符合了标准的要求同时满足了型机车的运用需耍。参考文献程福秀林金铭规代电机设计 北京机植E业出版社纳裾穂金牵引电机设计 北京中国饮道