第六章 直流和脉流牵引电动机的试验Word文档下载推荐.docx

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（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。

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：

（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时，电机M、G都处于空载状态（注：

试验中绝不允许），只有铁耗和机械损耗，当升压电源同时供电时，M、G才有一定的负载。

因此，两台电机在负载后产生的铜耗由升压电源供给，为此被试电机M的铜耗可确定为升压发电机输出功率PS的一半。

总上所述，带有升压机的反馈试验线路具有以下优点：

（1）被试电动机的工况调节非常简单。

改变升压机的励磁电流，就能平滑地调节被试机的负载电流；

改变线路发电机的励磁电流，就能调节被试机的端电压。

（2）试验所消耗的能量仅为直接负载试验所消耗能量的20%左右。

（3）被试电动机的各种损耗可直接由升压机和线路发电机的输出功率来确定。

（4）在试验线路中装上转换开关，可使被试机和陪试机互换，两台同型号电机都能在电动机状态下试验，不必在试验台上移动，方便操作。

这种反馈试验线路的缺点是，需要大容量的直流发电机组，如果加上其他辅助电机及励磁机组、控制电源等，所需要旋转机组的数量将更庞大，这些数量众多的交、直流旋转电机不仅给设备投资、试验耗电量以及维修等增加了费用，而且整个实验台都将被噪音所充斥，这不但不利于试验，而且污染环境，损害劳动着。

基于上述原因，近来一些厂、段已采用了由晶闸管供电装置代替一些直流发电机的反馈试验线路。

二、采用晶闸管供电装置的反馈试验线路

图6-3采用晶闸管供电装置的反馈线路

图6-3所示为采用晶闸管供电系统的反馈线路方框图，在这一系统中，晶闸管供电装置取代线路发电机和升压机，图中SCR1作为线路电源U1，SCR2则作为升压电源。

在这个系统中，线路机组SCR1采用了电压负反馈以使电机在试验时保持某一恒定的电机端电压，为了防止电机直接起动时过大的冲击电流，在系统中引入了电流截止负反馈，因此SCR1供电装置是一个闭环自动调节系统；

对于升压机组SCR2装置则只要求改变起端电压以调节负载，无其他特殊要求，为使线路简化，采用开环控制。

采用晶闸管供电装置的反馈试验线路优点很多，但起过载能力差，即使是瞬时过电压或过电流，都是可能损坏元件，因此必须采用硒堆和阻容吸收装置进行过电压保护，采用快速熔断器及自动开关作短路保护等，这些都增加了试验线路的复杂性。

三、陪试机他励的反馈试验线路

图6-4陪试机他励的反馈试验线路

由于条件的限制而难以得到直流高压线路电源时，可采用陪试机他励的试验方法，其试验线路如图6-4所示。

图中：

M、G为同型号的两台直流牵引电动机，M为被试电动机，陪试发电机G的主极绕组CG改接成他励，有单独的励磁机LG供电，主回路中只串联了一个升压机S。

试验时只要调节升压机S和励磁机LG的电压，就可以广泛地调节被试电动机的负载。

但是，他励法试验线路如不采取适当措施，电机试验中的调节将十分困难，试验中单独调节升压电源电压或励磁机电压，都会引起被试电动机电压和电流的变化，给电机工作点（电压、电流、转速）的确造成困难。

为了改善对被试电动机的调节，该线路中的升压电源必须是具有电压（速度）、电流双闭环调节系统的晶闸管整流电源，以确保在调节升压机电势ES时，使被试机电压改变，而负载电流不变；

调节励磁机电势EL时，改变被试机负载电流，而电机电压基本保持稳定。

采用这种试验线路时，除了陪试机G的主极绕组铜耗由励磁机LG供给外，两台电机的其余铜耗及全部铁耗、机械损耗均由升压电源供给。

由于这两台电机的励磁电流不同，其铁耗与附加损耗也各不相等，因此在求取被试电机的效率时将十分复杂和困难。

但由于线路中省去了直流高压电源，使试验线路变得较为简单，因此在不需要精确测定电机效率或仅作为一般性例行试验的情况下，采用这种线路还是简单可行的。

目前，在部分有牵引电动机检修能力，需要进行牵引电动机负载试验的厂、段，他励法试验台已陆续投入使用。

第三节直流牵引电动机的试验方法（*）

直流牵引电动机的试验是根据铁道部部颁标准“机车电机试验方法——直流电机”（TB1704-2001）以及各型牵引电动机试验大纲规定的方法进行。

以下按直流牵引电动机例行试验规定的程序，简要介绍其主要项目的试验方法和技术要求。

一、试验前的准备

1．一般性检查

一般性检查的目的是检查电机的装配质量，其主要内容包括：

外观尺寸检查；

各零件连接强度检查；

磁极极性与磁极线圈电压降测量；

刷架装置检查及换向器工作表面状态检查等。

2．绕组在实际冷态下绝缘电阻的测定

如果绕组表面温度与周围环境温度之差不大于4K时，即可认为电机处于冷态。

绕组绝缘电阻采用1000V兆欧表测量，测量时，兆欧表手柄应匀速转动（一般控制在90-150r/min），并在指针稳定后读数。

测量结束，绕组应对地放电。

各绕组对机座及各绕组相互间的绝缘电阻应分别测量，测量结果应不低于按下式确定的数值：

（6-2）

式中R—电机绕组的绝缘电阻；

UN—电机的额定电压（V）；

PN—电机的额定功率（kW）。

3．绕组在实际冷态下直流电阻的测定

为了用电阻法测定电机在热态下各绕组的温升，在试验前应先测得绕组的冷态直流电阻及周围冷却空气温度，以便在温升试验后算出电机各绕组的温升。

测量绕组直流电阻时，电枢应静止不动，用电压表、电流表法进行测量。

用电压表、电流表法测量组直流电阻时，应采用稳定的直流电源，被测绕组应与可变电阻器及电流表串联在电路中，电压表要直接接在被测绕组的出线端上进行测量，如图6-5所示。

测量电流通常为被测绕组额定电流的10%以下，通电测量时，电流表、电压表读数要同时尽快读出。

改变电流值测量3次，取3次测量求得的电阻平均值作为测量结果。

若某次测量求得的电阻值与平均值之差大于

2%时，则应重新测量。

图6-5用伏安法测量直流电阻

对于牵引电动机的主极绕组、换向极绕组和补偿绕组的电阻，采用电压表、电流表法在被测绕组出线端进行测量。

而测量电枢绕组电阻时，应将毫伏表通过金属棒接到预先做有标志的两片换向片上进行测量。

如果电刷不提起，毫伏表应接在位于相邻两组电刷中心线下的换向片上。

由于电枢绕组的直流电阻较小，为了提高测量的准确度，电机制造厂在试验时，通常用双臂电桥来测量电枢绕组直流电阻。

4．空转检查

在试验前电机通电空转的目的是为了初步检查电机各部件的装配质量及轴承运转情况，通过空转可以研磨电刷，使电刷接触面更为理想。

空转检查时，电机应放置平稳，在低电压、空载、不强迫通风的条件下进速过程行。

转速应逐渐上升，在升速过程中注意监视电机的状态，最终使电机在额定转速或最大转速下运行30min。

要求电机各部件（电枢、轴承、电刷、磁极、机座）应无异常振动及噪音；

轴承、换向器及电刷应无过热现象；

电刷与换向器的接触面积应不小于80%。

对于需在两个转向运行的牵引电动机，在应正、反两个转向各运行30min。

5．电机的电刷中性线测定。

电刷安装位置正确与否将直接影响电机的换向质量，因而电机试验前要通过试验使实际的电刷位置与理想的电刷位置之间的差异越小越好。

在电刷与换向器接触良好（电刷接触面积达80%以上）的状态下，测定电刷中性线的方法有：

感应法、正反转发电机法和正反转电动机法3种。

用感应法测定电刷的中性线位置时，电机不必转动，不仅测试方法简便，而且准确性也较高，是目前最常用的一种方法。

用感应法测定电刷中性线的方法是：

使被试电机的电枢静止不动，在相邻的两组电刷上接上小量程的双向直流毫伏表（或微安表），主极绕组采用他励，通以5%-10%的额定励磁电流，如图6-6所示。

借助开关S，交替接通和断开励磁回路时，如果电刷位置偏离电刷中性线，则毫伏表的指针将出现摆动。

调整刷架位置，重新进行测量，直到开关接通或断开励磁回路时，毫伏表指针停止摆动或摆动所显示的毫伏数最小（例如小于5mV），此时的电刷位置可以认为是在较理想的电刷中性线上。

为确定测定结果的准确性，可以稍微转动电枢，在不同位置上作几次测量。

图6-6感应法测定电刷中性线

6．机组的安装及测量仪器的选择

将经过上述检查和测试合格的两台牵引电动机吊入试验台位。

通过联轴器耦接的两台电机水平、成直线地固定在试验台上，以免试验过程中电机发生振动、跳跃或移动。

两台电机按反馈试验线路图连接成试验电路，并接入所需的测量仪表，电气测量仪表精度应不低于0.5级；

分流器为0.2级；

其他测量仪器为1级，仪表量程应使待测数值在其20%-95%范围内。

试验台上应有标准风筒，向两台电机同时供给的需的冷却风量。

在完成试验台的安装与调试工作后，方可开始进行电机的小时温升试验。

二、小时定额下的温升试验

温升试验的目的是检查被试牵引电动机的电枢绕组、定子绕组（主极绕组、换向极绕组及补偿绕组）、换向器和轴承的发热情况。

由于这些间件所处位置不同，温升测量方法也有所不同，通常各绕组的温升采用电阻法来测定，而换向器、轴承和表面温度则用温度计进行测量。

小时定额下的温升试验采用图6-2所示的直流反馈试验线路，在试验过程中供给电机的风量应保持额定风量不变。

对于强迫通风的电机则应在电机进风口用温度计测量冷却空气的温度。

起动试验机组并调节被试电机M的电压为额定电压，电流为小时额定电流，保持此工况运行1h。

定子各绕组的电阻用电压表、电流表法来测量，最好每隔10-15min测量一次，并在温升试验结束前10s内进行最后一次测量，以此测量结果按下式计算各绕组的温升：

式中

——试验结束时的绕组电阻（

）；

R。

——实际冷态时的绕组电阻（

ｔ。

——实际冷态时的绕组温度（℃）；

——试验结束时的冷却空气温度（℃）。

其中，

温度应取试验过程的最后1/4时间内几个相等时间间隔的温度计读数的平均值。

温升试验结束时，应急速制停机组（切断线路电源后，增加升压机的励磁），同时立即停止通风，以便进行电枢绕组电阻的测量。

测量应在切断电源、停止通风后45s内开始，持续5min，每次测量的时间间隔为：

前3min内不超过20ｓ；

此后不超过30ｓ。

根据不同时刻的电阻值，画出如图6-7所示的电枢绕组电阻冷却曲线，然后将曲线延长到与纵坐标相交，交点

即为试验结束时的电枢绕组电阻值。

据此值用公式（6-3）即可计算出电枢绕组的温升。

测量结束后应尽快地起动电机，恢复被试电机原来的工作状态。

图6-7试验结束时的电枢绕组电阻的确定

换向器温度经常采用半导体点温计或其他热时间常数较小的温度计来测量，电机停转后，应立即将温度计放到换向器表面发热最严重且易于接触的部位，待仪表指示基本稳定后读数。

也可用红外线测温仪直接测量该处温度，测量方法是：

在仪器的有效范围内使其所发出的红外线对正发热部位，待温度稳定后直接读取温度数值。

电机轴承温度常采用膨胀式温度计测量，温度计球部应用油灰包住并牢固地粘贴在前后轴承盖上，以使温度计尽可能贴附在被测部位的表面，减少热量的丧失（但存在变化磁场的位置不能用水银温度计）。

也可用红外线测温仪直接进行温度测量。

根据国家技术标准规定，电机各绕组和换向器的温升应不超过其绝缘等级规定的温升限值；

电机滚动轴承的温升应不超过55℃（冷却空气温度不超过40℃）。

例行试验时采用反馈试验法进行的温升试验结果对被试机和陪试机均是有效的。

三、速率特性的测定

测定速率特性的目的是核定新设计试制的、新制待出厂的或检修后待出厂的牵引电动机

特性是否符合要求，另外也是为了选择速率特性相同的牵引电动机安装在同一台机车上，使机车的负载能在各牵引电动机中均匀分配。

特别是对于新设计试制的牵引电动机，按国家技术标准规定，应对其最初试制的6至10台电机制取该类型牵引电动机的“典型速率特性”。

此典型速率特性是在额定电压、额定磁场以及各磁场削弱级下，进行正、反转试验后求取平均值制成。

典型速率特性不仅提供了求取机车牵引特性的依据，而且对以后制造或修理出厂的牵引电动机提供了试验的鉴定标准。

速率特性测定试验在电机热态下进行，被试电机在保持额定电压及规定励磁条件下，分别测定正反两个转向的速率特性，每条曲线应从80%最高转速到90%最大电流的电流范围内连续测量4-5点，同时读取电机的转速、电枢电流、励磁电流和端电压值，根据试验数据绘制出速率特性

曲线。

国家技术标准规定：

例行试验，只需测定被试电动机在额定电压、额定磁场和最小磁场削弱级下的速率特性。

速率特性的制造允差规定为：

（1）在额定电压和给定的输入电流下，电动机在任一转向上测出的转速对典型速率特性上相同电流值时的转差允差为：

在额定磁场时不超过

3%；

在大于50%磁场削弱级时不超过

4%；

在小于50%磁场削弱级时不超过

6%；

（2）在额定电压、额定电流和额定磁场时，电动机正、负两个转向的转速差值，对此两方向转速的算术平均值之比不超过3%。

牵引电动机速率特性测定后，往往有可能出现速率特性不合要求的情况，例如：

整台电机的速率特性偏高或某一转向速率特性偏高等。

若整台电机速率特性偏差高，多数是主磁通偏小造成的，主要原因可能是：

主极气隙偏大，主极绕组有短路现象及电枢铁心叠压质量有问题等，遇到这种情况只能将电机吊下试验台后解体处理。

若电机某一转向速率特性偏高，则说明电刷不在中性线上，这时在试验台上只需顺转速偏高的转向移动电刷到中性线上即可。

调试经验是：

对于额定转速为1000r/min左右的牵引电动机，刷架每移动1mm，转速将增加或减小20r/min左右。

四、超速试验及换向器跳动量检查

为了检查电机各转动部件（如电枢绕组、扎线、槽楔、轴承及换向器）的紧固情况及机械强度，每台电机在热态下应能承受2min的超速试验。

为了便于调节电机的转速稳定上升，试验时将被试电机作他励电动机空载运行，陪试电机被驱动空转，通过减小励磁电流及增加端电压（不超过被试电机的最大电压）的方法，使电机转速达到该电机最大转速的1.25倍，持续2min。

试验完成后，可增加励磁电流及减小端电压，使转速下降后切断电源。

试验后电机各转动部件应无任何影响电机正常运转的机械损伤和永久性变形，并仔细检查换向器状态及其工作表面跳动量。

换向器跳动量通常采用磁力百分表来进行测量，即将百分表固定在机座上，表头接触换向器工作表面（表头接触宽度应大于换向器云母槽宽），用手慢慢转动电枢一周，观察并记录表针摆动的最大幅值；

也可用牵引电动机换向器椭圆度检测仪进行测量，测量方法是：

打开该仪器的电源开关，使其测试探头与换向器工作表面相接触，电枢转动时该仪器自动记录换向器跳动量的最大值和最小值，然后利用其自带的微型打印机将测试结果直接打印出即可。

技术标准规定：

牵引电动机在热态时，换向器跳动量应不大于0.04mm；

冷态和热态时的跳动量之差应不大于0.02mm，但测量应在换向器前端工作表面的同一位置进行。

五、换向试验

换向试验的目的在于确定牵引电动机在规定的工作条件下，换向器和电刷之间的火花程度。

稳定条件下的换向试验应在电机超速试验后、热态下进行。

为了获得正确的试验结果，换向试验前应预先消除产生火花的机械原因。

表6-1电力机车牵引电动机的换向试验工作点

工作点号

电压

电流

转速

励磁率

允许火花等级

1

最高电压

最大电流

----

最小磁场

2

额定电流

3

最大转速

对于电力机车牵引电动机，换向试验时应在最高工作电压（对直接从接触网受电的牵引电动机，其最高工作电压为额定电压的1.2倍；

对于通过车上变压器一整流器供电的脉流牵引电动机