第六章直流和脉流牵引电动机的试验 为了使机车具有优良的牵引性能,保证牵引电动机的质量是非常关键的环 节,因此,在牵引电动机制造和检修过程中,每一工序之后都要进行检査性的测 量和试验。电机组装就绪准备送出成品时,还要将电机置于专用试验设备上,按 照国家对该类型电机的技术要求进行严格的试验,以评定该电机的装配质量及其 技术性能。 本章介绍牵引电动机的试验项目,分析直流牵引电动机的试验线路,讨论直 流牵引电动机的试验方法,并简要介绍脉流牵引电动机的试验线路 第一节直流牵引电动机的试验项目 铁道部部颁标准“机车电机试验方法一一直流电机”(TB1704-2001)中规定, 牵引电动机的试验分为例行试验、型式试验和研究性试验3种。 、例行试验 例行试验也称为出厂试验,这是每一台电机出厂时都必须进行的试验,其目 的是确定该电机制造、修理和装配的质量,检验其工作特性、部件温升、换向性 能及绝缘性能等是否符合技术要求 例行试验项目的一般试验程序为 (1)电机外观检查及其外形尺寸和安装尺寸的检查 (2)绕组在实际冷态下直流电阻的测定 (3)小时定额下的温升试验 (4)速率特性曲线绘制 (5)超速试验; (6)电枢绕组匝间绝缘介电强度试验; (7)换向器跳动量检查 (8)换向试验; (9)绕组对机座及绕组相互间绝缘电阻的测定; (10)绕组对机座及绕组相互间绝缘介电强度试验 (11)其他在供需双方协议书中规定的例行试验项目。 每台牵引电动机的例行试验结果,必须按规定格式认真填写试验记录
第六章 直流和脉流牵引电动机的试验 为了使机车具有优良的牵引性能，保证牵引电动机的质量是非常关键的环 节，因此，在牵引电动机制造和检修过程中，每一工序之后都要进行检查性的测 量和试验。电机组装就绪准备送出成品时，还要将电机置于专用试验设备上，按 照国家对该类型电机的技术要求进行严格的试验，以评定该电机的装配质量及其 技术性能。 本章介绍牵引电动机的试验项目，分析直流牵引电动机的试验线路，讨论直 流牵引电动机的试验方法，并简要介绍脉流牵引电动机的试验线路。 第一节 直流牵引电动机的试验项目 铁道部部颁标准“机车电机试验方法——直流电机”（TB1704-2001）中规定， 牵引电动机的试验分为例行试验、型式试验和研究性试验 3 种。 一、例行试验 例行试验也称为出厂试验，这是每一台电机出厂时都必须进行的试验，其目 的是确定该电机制造、修理和装配的质量，检验其工作特性、部件温升、换向性 能及绝缘性能等是否符合技术要求。 例行试验项目的一般试验程序为： （1）电机外观检查及其外形尺寸和安装尺寸的检查； （2）绕组在实际冷态下直流电阻的测定； （3）小时定额下的温升试验； （4）速率特性曲线绘制； （5）超速试验； （6）电枢绕组匝间绝缘介电强度试验； （7）换向器跳动量检查； （8）换向试验； （9）绕组对机座及绕组相互间绝缘电阻的测定； （10）绕组对机座及绕组相互间绝缘介电强度试验； （11）其他在供需双方协议书中规定的例行试验项目。 每台牵引电动机的例行试验结果，必须按规定格式认真填写试验记录
二、型式试验 型式试验又称为鉴定试验,按照技术标准规定,牵引电动机凡遇下列情况之 均应进行型式试验 (1)新产品试制完成时 (2)电机设计或工艺上的变更足以引起某些特性或参数发生变化时,则应 进行有关的型式试验; (3)当检査试验结果与以前进行的型式试验结果发生不允许的偏差时也应 进行型式试验。 总之,型式试验的目的是对该类型电机作较详细深入的研究,以鉴定试验的 结果与设计数据是否相符,从而对改进该项电机的结构参数、工艺等提供试验数 据,每次型式试验的电机不得少于两台,而且当电机大量生产时,每隔半年或定 期进行抽试。 (1)型式试验的内容除了检查试验中所有试验之外,还包括以下项目: (2)换向器室内空气静压力头与通风空气量关系的测定(仅适应于强迫通 风的电机); (3)确定用以进行温升例行试验的小时定额电流; (4)连续或断续定额下的温升试验; (5)牵引电动机发热及冷却曲线簇的绘制; (6)特性曲线绘制 (7)最佳换向区的测定 (8)起动试验; (9)断开和接上电源试验(仅适应于直接或间接接触网供电的直流和脉流 电动机); (10)湿热试验(允许按部件检查); (11)耐振强度试验(允许按部件检查); (12)重量测定(仅适应新产品试制完成时)。 研究性试验是为了获得补充资料而作的有选择的特殊试验,试验项目和方法 在供需双方协议书中有明确规定 以上列出了牵引电动机例行试验和型式试验的项目。需要特别指出的是,必
二、型式试验 型式试验又称为鉴定试验，按照技术标准规定，牵引电动机凡遇下列情况之 一均应进行型式试验。 （1）新产品试制完成时； （2）电机设计或工艺上的变更足以引起某些特性或参数发生变化时，则应 进行有关的型式试验； （3）当检查试验结果与以前进行的型式试验结果发生不允许的偏差时也应 进行型式试验。 总之，型式试验的目的是对该类型电机作较详细深入的研究，以鉴定试验的 结果与设计数据是否相符，从而对改进该项电机的结构参数、工艺等提供试验数 据，每次型式试验的电机不得少于两台，而且当电机大量生产时，每隔半年或定 期进行抽试。 （1）型式试验的内容除了检查试验中所有试验之外，还包括以下项目： （2）换向器室内空气静压力头与通风空气量关系的测定（仅适应于强迫通 风的电机）； （3）确定用以进行温升例行试验的小时定额电流； （4）连续或断续定额下的温升试验； （5）牵引电动机发热及冷却曲线簇的绘制； （6）特性曲线绘制； （7）最佳换向区的测定； （8）起动试验； （9）断开和接上电源试验（仅适应于直接或间接接触网供电的直流和脉流 电动机）； （10）湿热试验（允许按部件检查）； （11）耐振强度试验（允许按部件检查）； （12）重量测定（仅适应新产品试制完成时）。 研究性试验是为了获得补充资料而作的有选择的特殊试验，试验项目和方法 在供需双方协议书中有明确规定。 以上列出了牵引电动机例行试验和型式试验的项目。需要特别指出的是，必
须遵守上述规定程序依次逐项进行,这是因为电机的工作特性、换向性能及绝缘 性能都与温度有关,因此,试验前的准备工作完成后,必须先做做温升试验,再 做电机在热状态下的其他试验项目。另外,用于铁路干线的电力机车、内燃机车 及动车上的直流和脉流牵引电动机的电压主和电流中都具有高次谐波分量,因此 某些项目的试验条件则有所不同,例如:脉流牵引电动机型式试验中的速率特性 测定、换向试验等既要在直流工况下进行,又要在脉流工况下进行;其温升试验 和效率特性的测定必须在具有实际脉动频率和电流脉动系数的脉动电流下进行 第二节直流牵引电动机的试验线路 直流牵引电动机的负载试验线路可以分为:直接负载试验线路和反馈负载试 验线路两类。对于容量较小的直流牵引电动机,可采用图6-1所示的直接负载试 验线路,此时,被试电动机M拖动发电机G作为它的负载,通过调节发电机励 磁电流或负载电阻R来调节被试电动机M的负载。这种直接负载试验线路的优 点是在调节或计量试验参数时都非常方便,而且其线路与电动机实际运行状态相 符。缺点是试验时需要消耗大量电能和增加大容量电源设备的投资。显然,对于 大容量的直流牵引电动机来说,采用直接负载试验线路是很不经济的。 U MHH 负载 HI Ho C 图6-1直接负载试验线路 目前,大容量直流牵引电动机的试验已广泛采用反馈负载试验线路,其基本 原理是:把两台同型号的直流牵引电动机在电和机械方面都耦合起来,使其中 台被试电动机运行,而另一台电机作发电机运行,此时电动机发出的机械能拖动 发电机运转,使发电机作为它的机械负载;而发电机发出的电能又回送给电动机 使用,使电动机成为它的电负载。因此,这两台同型号的电机互为能源,互为负 载,在试验时所消耗的电能仅为两个电动机本身损耗之和。显然,反馈负载试验
须遵守上述规定程序依次逐项进行，这是因为电机的工作特性、换向性能及绝缘 性能都与温度有关，因此，试验前的准备工作完成后，必须先做做温升试验，再 做电机在热状态下的其他试验项目。另外，用于铁路干线的电力机车、内燃机车 及动车上的直流和脉流牵引电动机的电压主和电流中都具有高次谐波分量，因此 某些项目的试验条件则有所不同，例如：脉流牵引电动机型式试验中的速率特性 测定、换向试验等既要在直流工况下进行，又要在脉流工况下进行；其温升试验 和效率特性的测定必须在具有实际脉动频率和电流脉动系数的脉动电流下进行 等。 第二节 直流牵引电动机的试验线路 直流牵引电动机的负载试验线路可以分为：直接负载试验线路和反馈负载试 验线路两类。对于容量较小的直流牵引电动机，可采用图 6-1 所示的直接负载试 验线路，此时，被试电动机 M 拖动发电机 G 作为它的负载，通过调节发电机励 磁电流或负载电阻 R 来调节被试电动机 M 的负载。这种直接负载试验线路的优 点是在调节或计量试验参数时都非常方便，而且其线路与电动机实际运行状态相 符。缺点是试验时需要消耗大量电能和增加大容量电源设备的投资。显然，对于 大容量的直流牵引电动机来说，采用直接负载试验线路是很不经济的。 图 6-1 直接负载试验线路 目前，大容量直流牵引电动机的试验已广泛采用反馈负载试验线路，其基本 原理是：把两台同型号的直流牵引电动机在电和机械方面都耦合起来，使其中一 台被试电动机运行，而另一台电机作发电机运行，此时电动机发出的机械能拖动 发电机运转，使发电机作为它的机械负载；而发电机发出的电能又回送给电动机 使用，使电动机成为它的电负载。因此，这两台同型号的电机互为能源，互为负 载，在试验时所消耗的电能仅为两个电动机本身损耗之和。显然，反馈负载试验
比直接负载试验经济得多,而且被试电动机容量不受限制。 反馈负载试验线路有多种形式,目前应用最为广泛的是带有升压机的反馈试 验线路,但在设备不足或条件限制的情况下,也可采用其他形式的反馈试验线路 带升压机的反馈试验线路 带有升压机的反馈负载试验线路原理如图6-2所示。图中M、G为同型号 牵引电动机,M为被试电动机,G为陪试发电机,这两台电机的同名端借助联轴 器机械耦合,电方面按图6-2连接。其中,电机M与G的主极串励绕组CM与 CG反向连接后串联在被试机M的电枢电路中;升压机S串联在陪试机G的电枢 电路中。升压机S和线路发电机H均为他励直流发电机,分别由三相异步电动 机驱动,它们的励磁绕组Ts和TH均由单独的励磁可调电源供电。 后 CI 图6-2带升压机的反馈负载试验线路 反馈试验时,应先起动升压机S,闭合开关S2,调节S的励磁电流,升压机 S产生的感应电势Es向电机M与G的闭合回路中输送电流IB。此时,由于流过 电机M与G的电枢电流大小相等,而且两台电机的磁通也大小相等,故对M一 G机组而言,两台电机产生的电磁转矩大小相等,方向相反,故MG机组处于 静止状态,为机组的起动作好准备 然后起动线路发电机H,闭合开关S1,并调节其励磁电流,使H的输出电 压UH逐步达到被试机M的额定电压,则线路电源UH向电机M和G两条支路 分别输入空载电流IoM和IoG。此时,在电机M支路中的总电流 IM=IB+IOM 而在电机G支路中的总电流为: IG=IM-I 被试机M支路电流IM的增加,使电磁转矩増大;陪试机G支路电流减小
比直接负载试验经济得多，而且被试电动机容量不受限制。 反馈负载试验线路有多种形式，目前应用最为广泛的是带有升压机的反馈试 验线路，但在设备不足或条件限制的情况下，也可采用其他形式的反馈试验线路。 一、带升压机的反馈试验线路 带有升压机的反馈负载试验线路原理如图 6-2 所示。图中 M、G 为同型号 牵引电动机，M 为被试电动机，G 为陪试发电机，这两台电机的同名端借助联轴 器机械耦合，电方面按图 6-2 连接。其中，电机 M 与 G 的主极串励绕组 CM 与 CG 反向连接后串联在被试机 M 的电枢电路中；升压机 S 串联在陪试机 G 的电枢 电路中。升压机 S 和线路发电机 H 均为他励直流发电机，分别由三相异步电动 机驱动，它们的励磁绕组 TS 和 TH 均由单独的励磁可调电源供电。 图 6-2 带升压机的反馈负载试验线路 反馈试验时，应先起动升压机 S，闭合开关 S2，调节 S 的励磁电流，升压机 S 产生的感应电势 ES 向电机 M 与 G 的闭合回路中输送电流 IB。此时，由于流过 电机 M 与 G 的电枢电流大小相等，而且两台电机的磁通也大小相等，故对 M— G 机组而言，两台电机产生的电磁转矩大小相等，方向相反，故 M—G 机组处于 静止状态，为机组的起动作好准备。 然后起动线路发电机 H，闭合开关 S1，并调节其励磁电流，使 H 的输出电 压 UH 逐步达到被试机 M 的额定电压，则线路电源 UH 向电机 M 和 G 两条支路 分别输入空载电流 IOM 和 IOG。此时，在电机 M 支路中的总电流为： IM=IB+IOM 而在电机 G 支路中的总电流为： IG=IM-IOG 被试机 M 支路电流 IM 的增加，使电磁转矩增大；陪试机 G 支路电流减小
电磁转矩减小,当被试机电磁转矩超过陪试机电磁转矩与两台电机空载转矩之和 时,机组开始按规定方向起动。在机组起动的同时,应及时调节升压机S的励磁 电流,并使起产生的感应电势Es与陪试机EG同向,且Es+EG)UH。按照图6-2 中所示的电流方向及电势极性,IG的方向与FG的方向相同,则陪试机G作发电 机运行;而IM的方向与EM方向相反,被试机M作电动机运行。被试电动机M 的负载电流IM主要取决于陪试机G的负载电流IG,IG的大小为: L=(Es+Ec Ros +r 式中Ras-一升压机S的电枢绕组和换向绕组的电阻; RaG-—陪试机G的电枢、换向极及补偿绕组电阻。 由此可见,升压机S在反馈试验线路中的作用是使陪试机G作发电机运行, 同时也可用来调节被试机M的负载电流。因此,在试验过程中,过份降低升压 机的励增电流是不允许的,因为升压机励磁电流过低时,可能使Es+EF≤UH,这 时电机M与G均为处于空载状态下的串励电动机,机组有飞速的危险。为此, 试验中应特别注意以下几点: (1)机组起动时,应严格按规定顺序操作,即先起动升压机,合上开关S2; 后起线路发电机,合上开关S1;试验完成后,应先断开开关S1,后断开开关S2 (2)机组起动的同时,应及时调节升压机励磁电流,使之不能太小,以保 证被试电动机M有一定的负载。 (3)对于串励直流牵引电动机,升压机应有一定的保护装置,以避免在升 压机失压时,造成机组飞速 采用此线路进行反馈试验时,被试电机的各种损耗可以直接由升压机和线路 发电机的输出功率来分别确定,因此能很方便地确定被试电机的效率 电机M与G的铁耗及机械损耗由线路发电机供给。因为当断开线路电源UH, 仅由升压机的S供电时,机组是无法起动的;只有同时接通线路电源UH后,才 能使机组转动起来。因此,两台电机在转动后才产生的铁耗及机械损耗必须由线 路电源供给,为此被试电机M的铁耗及机械损耗可确定为线路发电机输出功率 PH的一半 电机M与G的铜耗则由升压发电机供给。因为试验线路只有线路电源供电
电磁转矩减小，当被试机电磁转矩超过陪试机电磁转矩与两台电机空载转矩之和 时，机组开始按规定方向起动。在机组起动的同时，应及时调节升压机 S 的励磁 电流，并使起产生的感应电势 ES 与陪试机 EG 同向，且 ES+EG〉UH。按照图 6-2 中所示的电流方向及电势极性，IG 的方向与 EG 的方向相同，则陪试机 G 作发电 机运行；而 IM 的方向与 EM 方向相反，被试机 M 作电动机运行。被试电动机 M 的负载电流 IM 主要取决于陪试机 G 的负载电流 IG，IG的大小为： aS aG S G H G R R E E U I + + − = ( ) （6-1） 式中 RaS——升压机 S 的电枢绕组和换向绕组的电阻； RaG——陪试机 G 的电枢、换向极及补偿绕组电阻。 由此可见，升压机 S 在反馈试验线路中的作用是使陪试机 G 作发电机运行， 同时也可用来调节被试机 M 的负载电流。因此，在试验过程中，过份降低升压 机的励增电流是不允许的，因为升压机励磁电流过低时，可能使 ES+EF≤UH，这 时电机 M 与 G 均为处于空载状态下的串励电动机，机组有飞速的危险。 为此， 试验中应特别注意以下几点： （1）机组起动时，应严格按规定顺序操作，即先起动升压机，合上开关 S2； 后起线路发电机，合上开关 S1；试验完成后，应先断开开关 S1，后断开开关 S2。 （2）机组起动的同时，应及时调节升压机励磁电流，使之不能太小，以保 证被试电动机 M 有一定的负载。 （3）对于串励直流牵引电动机，升压机应有一定的保护装置，以避免在升 压机失压时，造成机组飞速。 采用此线路进行反馈试验时，被试电机的各种损耗可以直接由升压机和线路 发电机的输出功率来分别确定，因此能很方便地确定被试电机的效率。 电机 M 与G 的铁耗及机械损耗由线路发电机供给。因为当断开线路电源 UH， 仅由升压机的 S 供电时，机组是无法起动的；只有同时接通线路电源 UH 后，才 能使机组转动起来。因此，两台电机在转动后才产生的铁耗及机械损耗必须由线 路电源供给，为此被试电机 M 的铁耗及机械损耗可确定为线路发电机输出功率 PH 的一半。 电机 M 与 G 的铜耗则由升压发电机供给。因为试验线路只有线路电源供电