BS EN 613773电力牵引间接变流器供电交流电动机与其控制系统综合试验.docx
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BSEN613773电力牵引间接变流器供电交流电动机与其控制系统综合试验
铁路应用—
机车车辆—
第3部分：
间接变流器供电的交流
电动机及其控制系统的综合试验
本欧洲标EN61377-3：
2002已获得英国标准的资格。
ICS45.060
除非版权法允许，无英国标准协会的许可不得复制BSi
国家前言
本英国标准是EN61377-3：
2002的正式英文版本，该标准等同于IEC61377-3：
2002。
受GEL/9技术委员会即铁路电气应用委员会-GEL/9/2技术分会即机车车辆分会委托，英国参与了标准的制订，并负有以下义务：
-帮助咨询者理解本标准；
-向国际/欧洲责任委员会提出关于解释的咨询或修改的建议及保持英国权益的知晓。
-监控有关国际的和欧洲的发展并在英国发布。
代表该技术分会组织的目录可以向其秘书处索取。
交叉引用
本标准引用的执行国际或欧洲出版物的英国标准可以在标题为“国际标准对应附录”部分的BSI目录中找到，或者在线使用“BSI电子目录”或英国标准的“查找”工具进行查找。
本标准并不意味着包括合同的所有必需的条款，本标准的使用者应对它的正确运用负责。
与此英国标准保持一致并不意味着其可免受法律的约束。
本英国标准2003年7月31日
由标准局授权发行。
页数摘要
本标准由封页、内封页、EN标题页、页面2~页面25及后页组成。
本文件显示的BSI版权通知指出了本文件最后的出版时间。
©BSI2003年7月31日
出版后修正
修正编号
日期
所涉及的正文
ISBN0580423328
ICS45.060
英文版
铁路应用-
机车车辆
第3部分：
间接变流器供电的交流电动机
及其控制系统的综合试验
（IEC61377-3：
2002）
本欧洲标准2002年11月1日由CENELEC批准。
CENELEC的成员必须遵守CEN/CENELEC的内部章程，此章程规定无任何更改地给予本欧洲标准以国家标准的资格。
涉及此类国家标准的更新目录和文献参考可向中心秘书处或任何CENELEC的成员申请获得。
本欧洲标准有三种官方版本（英语、法语、德语）。
同时由CENELEC成员负责翻译成的任何本国语言版本，在通知中心秘书处后，都具有与官方版本相同的资格。
CENELEC成员由以下各国的国家电工委员会组成：
奥地利、比利时、捷克斯洛伐克共和国、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、匈牙利、冰岛、爱尔兰、意大利、卢森堡、马耳他、荷兰、挪威、葡萄牙、斯洛伐克、西班牙、瑞典、瑞士和英国。
CENELEC
欧洲电工标准委员会
中心秘书处：
布鲁塞尔史塔萨特街35号B-1050
前言
文件9/693/FDIS的正文，IEC61377-3将来的修订本1由IECTC9即铁路用电气设备和系统技术委员会制订，文件草案已提交到IEC-CENELEC并行投票表决，并于2002年11月1日由CENELEC批准成为欧洲标准EN61377-3。
下述日期已确定：
-欧洲标准必须通过等同国家标准出版或批准形式，以国家标准级别执行的最迟日期
（dop）
2003-08-01
-与欧洲标准相冲突的国家标准必须撤回的最迟日期
（dow）
2005-11-01
标示了“标准的附录”的附录是本标准的一部分。
在本标准中，附录A和附录ZA都是标准的附录。
附录ZA由CENELEC补充。
认可通知
经CENELEC批准，国际标准IEC61377-3：
2002文本没有经过任何修改成为一个欧洲标准。
目录
1范围和目的5
2引用标准6
3定义7
4环境条件9
5组合系统特性10
5.1规定特性10
5.2典型特性10
5.3组合系统特性10
5.4信息及职责交换11
6试验分类11
6.1总则11
6.2型式试验11
6.3研究性试验12
7试验12
7.1总则12
7.2试验条件12
7.3温升试验13
7.4并联异步电动机的附加试验14
7.5特性曲线试验和容差15
7.6综合试验16
7.7研究性试验18
附录A（标准的附录）用户与制造厂之间的协议项目27
附录ZA（标准的附录）对国际出版物及其对应欧洲出版物的标准参考28
图1－组合系统—所涉及的当事人8
图2－牵引传动20
图3－强制性特性－电压源变流器供电的异步电动机组合系统（两个实例）21
图4－强制性曲线－电压源变流器供电的异步电动机组合系统22
图5－强制性特性和曲线－电流源变流器供电的异步电动机组合系统23
图6－强制性特性和曲线－电流源变流器供电的同步电动机组合系统24
图7－一个异步组合系统背靠背试验的试验台安排25
图8－轮径差对异步电动机转矩特性的影响25
图9－一个组合系统运行范围实例26
图10－短时直流电源中断的电路构成实例26
图11－电源电压突变的电路构成实例26
表1－试验列表19
铁路应用-机车车辆-
第3部分：
间接变流器供电的交流电动机
及其控制系统的综合试验
1范围和目的
本国际标准适用于电动机、间接变流器及其控制系统的组合，制订本标准的目的是：
-由一台变流器、交流电动机及相关的控制系统组成的电传动系统的性能特性；
-通过试验检验这些性能特性的方法。
可以考虑两种组合系统：
a）交流电动机由变流器供电，在机械输出（转矩，速度）和变流器本身（主要是辅助电机，例如冷却风机电动机）之间没有任何控制系统。
电动机工作就好象是直接从母排得电（变频变压或者非变频变压）。
b）交流电动机（并联的或非并联的）带有控制系统，控制系统位于机械输出和逆变器之间。
第一种系统根据IEC60349-2和IEC61287-1进行试验。
本标准适用于第二种系统，主要是牵引传动。
IEC60349-2适用于由变流器供电的电动机，IEC61287-1适用于电力电子变流器；IEC60571适用于电子设备；本标准适用于电动机、变流器及其控制系统的组合。
因此，IEC60349-2描述了验证电动机与其技术条件一致的试验，IEC61287-1描述了验证变流器与其技术条件一致的试验。
一般情况下，本标准中所提及的试验可以代替上述提及标准中对应的试验，这一点是无需证明的。
各当事人间应达成一个协议以避免重复试验。
一组完整的综合试验很繁重，经常需要高压电源，这种电源在车间里总是没有。
用户和制造厂之间应达成一个协议，以允许在车间或机车车辆上进行试验。
在本标准起草当时，已经用于牵引运行的仅有下列三种电动机-逆变器组合形式，但对将来可以使用的其它组合形式也可适用：
。
-电压恒定（电压源）逆变器供电的异步电动机；
-电流恒定（电流源）逆变器供电的异步电动机；
-电流恒定（电流源）逆变器供电的同步电动机。
逆变器的输入（见图2）可以是一个直流电源，或者是一个中间直流回路。
中间直流回路通过一个整流器从交流电源获得（IEC61287-1第2.2.1条款），或者通过斩波器从直流电源获得（IEC61287-1第2.2.2条款），或者从自带的电源（例如车载发电机，蓄电池或其它电气能源）获得（IEC61287-1第1.1条款）。
2引用标准
下列作为参考的文件对本标准的应用是不可缺少的。
对过期标准的参考，仅限于修订引证时用；对已更新标准的参考，应该应用参考标准的最新修订版本（包括任何修正）。
IEC60050-411：
1996，国际电工词汇（IEV）—第411章：
旋转电机。
IEC60050-551：
1998，国际电工词汇（IEV）—第551章：
电力电子学。
IEC60050-811：
1991，国际电工词汇（IEV）—第811章：
电力牵引。
IEC60349-2：
1993，电力牵引—铁路机车车辆和公路车辆用旋转电机—第2部分：
电子变流器供电的交流电动机。
IEC60349-3：
1993，铁路机车车辆和公路车辆用旋转电机—第3部分：
用组件损耗总和确定变流器供电的交流电动机的总损耗。
IEC60571：
1998，铁路机车车辆用电子设备。
IEC60850：
2000，铁路应用—牵引系统的供电电压。
IEC61287-1：
1995，安装在铁路机车车辆上的电力变流器—第1部分：
特性和试验方法。
3定义
本标准使用的一般术语的定义应参考IEC60050（411），IEC60050（551），IEC60050（811），IEC61287-1和IEC60349-2。
本国际标准采用下面的定义。
3.1
组合系统（combinedsystem）
由间接变流器、电动机、相关控制系统、连接用等效电源电缆和一个等效冷却系统所组成的单元。
3.2
用户（user）
订购组合系统的机构。
除非授权给一个主要承包方或顾问，用户通常是使用机车车辆或设备的机构（见图1）。
3.3
制造厂（manufacturer）
对供应的组合系统负有技术责任的机构（见图1）。
注意：
上述定义的制造厂也可能是电动机、逆变器、控制器的供应商，或者所有的供应商，或者一个都不是。
3.4
供应商（supplier）
负责一个或多个组合系统委托的机构（见图1）。
用户
制造厂
供应商
（变流器）
供应商
（控制器）
供应商
（电动机）
IEC2281/02
图1－组合系统—所涉及的当事人
3.5
制造工厂（manufacturer’sworks）
通常是进行试验的场所。
3.6
负载（duty）
组合系统所承受负载的规定，如果适用的话，包括电制动、空载、整备和无电时间，以及它们当时的持续时间和顺序。
3.7
负载周期（dutycycle）
随时间可以重复或者不可以重复的负载变化，以及周期时间太短而不能达到热平衡时间内的负载变化。
3.8
负载曲线（loadprofile）（也可见IEC61287-1）
主要是组合系统承受的、在3.6中定义的负载下，变流器输出电流和其他相关参数的时间函数。
注：
负载曲线可以相当于有效负载，或者是一个理论周期。
3.9
组合系统定额（ratingofacombinedsystem）
制造厂指定的组合系统的一组同时测得的电量和机械量，包括它们的持续时间及顺序。
3.10
额定值（ratedvalue）
定额中包含的任一参量的数值。
3.11
连续定额（continuousrating）
组合系统在试验台上以给定的速度长时间运行，温升不超过IEC60349-2和IEC61287-1中给出的限值时，组合系统所能传递的机械输出功率。
注：
可以规定几个连续定额。
3.12
短时定额（short-timerating）（例如：
1h）
组合系统在试验台上以给定的速度从冷态起动，运行指定的时间，温升不超过IEC60349-2中表2和IEC61287-1中给出的限值，同时也满足本标准规定的其他相应要求时，组合系统所能传递的机械输出功率。
3.13
短时过载定额（short-timeoverloadrating）
组合系统在试验台上以给定的速度运行指定的时间，试验按照IEC60349-2中第6.1.6条款的规定执行，温升不超过IEC60349-2中表3和IEC61287-1中给出的限值时，组合系统所能传递的机械输出功率。
注：
短时过载定额就确定组合系统对负载的适应性来说是有价值的，这种负载指组合系统在低于连续定额下运行相当长时间之后，又接着在高于连续定额下运行一段时间，这与机车运用情况极其相似，但与高速动车的重复短时负载及其类似负载无关，对后一种运用情况不应作规定。
3.14
断续负载定额（intermittentdutyrating）
组合系统在规定负载周期下运行，在该工作周期任意一点的温升不超过IEC60349-2和IEC61287-1中给出的限值。
3.15
周期性负载定额（periodicdutyrating）
组合系统在周期性负载下运行，在该工作周期任意一点的温升不超过IEC60349-2和IEC61287-1中给出的限值。
4环境条件
有关电动机、变流器和控制系统的环境条件在IEC60349-2、IEC61287-1和IEC60571中详细说明。
5组合系统特性
5.1规定特性
作为惯例，组合系统技术条件应包括特性曲线。
这些称之为“规定特性”的曲线应绘到每个变量设计的极限值。
通常情况下，该特性应为在牵引系统交流或直流电源电压在规定的标称值下的规定特性。
如果用户和制造厂另有协议，该特性也是牵引系统电源高电压和低电压下的规定特性。
这些特性应为在电动机绕组基准温度为150℃及供应商所预期的变流器部件温度下绘制的规定特性。
可以用轮周牵引力和机车车辆速度替代电动机的转矩和转速来表示特性，此时要注明传动比、轮径和传动损耗。
如果传动损耗采用约定值，则应按IEC60349-2中的图B.1选用。
除非另有规定，规定特性应在组合系统订货单签妥之前提交给用户。
牵引供电系统的标称电压值应由用户规定。
应优先采用依照IEC60850的标准值。
5.2典型特性
典型特性应依照7.5所进行的型式试验结果得出。
5.3组合系统特性
组合系统在整个工作范围内，表示为一个速度函数的规定特性和典型特性包括：
a）外部特性，例如组合系统的机械转矩，输入值：
电压、电流及功率与速度的函数关系。
b）内部特性，例如中间直流回路的电流和电压，如果有的话，逆变器输出电流的方均根值，逆变器输出电流和电压的基波分量的方均根值，异步电动机的转差，同步电动机的励磁电流与速度的函数关系。
c）内部参数值，例如切换瞬间，点对点和点对地的泄漏电压、温度等与速度的函数关系。
注意：
内部切换瞬间用于检查委托方的绝缘试验电压。
如果效率是一个重要参数，应对效率做出要求，也应绘制效率特性。
对用于内燃/电力机车车辆或蓄电池供电的机车车辆上的组合系统，效率是特别重要的。
组合系统效率特性应考虑相关的部件，例如电动机、变流器、电缆、冷却风机及冷却泵。
在同步电动机传动情况下，效率的测量应包括励磁损耗。
只有外部特性和内部最大重复性切换瞬间是强制性的特性。
其它内部特性及参数值可以测量，但结果不应影响组合系统的验收。
图3～图6显示了最常见的强制性曲线实例。
5.4信息及职责交换
IEC60349-2和IEC61287-1指出了电动机设计者与变流器设计者之间相互交换信息的要求，以保证组合系统能满足上述所提及标准的要求。
这种信息交换的记录文件是电动机和变流器技术条件的一个必备部分。
定义3.3对制造厂做出了定义，将其作为对提供的组合系统负有技术责任的机构。
因此，为满足本标准的要求，制造厂应对组合系统委托方的技术条件负责。
6试验分类
6.1总则
试验分三类：
-型式试验；
-研究性试验；
-例行试验。
本标准不直接涉及例行试验，系统中每个部件的例行试验按照其相关标准执行。
6.2型式试验
型式试验用来验证新型组合系统的定额、特性和性能。
对于每一种新的设计，要对一台组合系统做型式试验。
如果在组合系统完成型式试验之后，决定对设计或者委托方制造工艺进行修改，应评估这些修改对组合系统性能的影响。
然后，在用户和制造厂之间达成一个不再次进行型式试验或者仅进行部分试验的协议。
按照用户和制造厂之间的协议，如果制造厂能提供一套完整的在一个类似设计、具有相同冷却条件和相似功率的组合系统通过型式试验的型式试验报告，则该组合系统不要求再做型式试验。
6.3研究性试验
研究性试验是为了获得补充资料而对组合系统的对电动机供电的变流器、或由变流器供电的电动机、或对组合系统控制器进行的试验。
该试验应仅在用户与制造厂已签订研究性试验协议时才进行。
除非用户和制造厂之间对此另有协议，该试验结果不应影响组合系统的验收。
7试验
7.1总则
综合试验为按照运用中的实际参数运行委托方的组合系统提供了机会。
电动机转矩、直流回路电压（或电流，在电流源变流器的情况下），如果有的话，变流器的输出电流和电压等都是那些运用中产生的参数。
制造厂在试验开始之前应提供一份试验规范给用户，试验规范概要说明为满足合同要求应进行的本标准中的试验。
下面所进行的试验，制造厂应提供一份详尽的试验报告给用户。
7.2试验条件
7.2.1试验时的冷却
组合系统应按照运用时安排的冷却条件进行试验，包括作为机车车辆部分的管道和过滤器，或者按照等效的冷却条件进行冷却安排。
可以测量相关参数（流量、压力、温度等）以表示冷却条件等效于机车车辆上的冷却条件。
对于自然冷却很重要的设备部件，其冷却条件可以模拟与机车车辆运行时提出的冷却条件一致的冷却条件。
所有冷却条件的模拟应符合协议规定。
关于每个部件冷却条件的详细说明在相关标准中给出。
7.2.2电源电缆
建议电源电缆布置成可以提供如规定的温度和电磁方面要求的几乎等效的条件。
电源电缆应优先采用机车车辆上使用的电源电缆，但是等效的电源电缆也可以使用。
如果有要求，制造厂应提供关于电源电缆及其布置的所有资料。
注：
倘若在试验台上模拟的是现场最差的条件，采用与机车车辆上的完全相同的电源电缆布置是不必要的。
例如，如果能合理地预期最高温升在电缆布置的2m处，则该部分应在试验台上进行模拟，但其它部分的电缆布置在温度方面的试验就可以省略。
7.2.3电源
电源可以来自机车车辆电源或来自试验台其它可用的电源。
只要在有关的情况下，应考虑电压波形、频率、系统感抗、电容及电阻。
7.2.4机械输出功率的测量
机械输出功率应直接地（转矩表）或间接地（校准机械）在电动机轴上测得，测量的精度应是本标准相关条款中所提及的精度。
如果用户和制造厂双方商定，如果存在两种组合系统，可用损耗总和法或背靠背法推导出被试组合系统的机械输出功率，这些方法正在确认中（图7提供了一个为背靠背试验方法布置试验台的实例）。
注：
损耗总和法包括对以下损耗的评估：
－电动机，来自对交流输入的测量（IEC60349-3技术报告解决损耗总和的方法；在这种情况下，测量的精度将是报告中规定的精度）；
－变流器，通常来自输入的测量；
－电缆，和，如果有的话，电阻器及运行组合系统必需的电抗器。
7.2.5并联异步电动机的特殊条件
当几台异步电动机通过一台逆变器并联供电时，不同的轮径差可能使一些电机处于其最差的负载条件（情形1）。
如果通过降低牵引力消除轮径差（情形2），控制器可以设计成维持所有电动机在一个将施加的负载水平内。
因此，轮径差的结果将影响转矩特性，或者电动机的温升，或者两者都影响。
用户和制造厂之间就允许的最大轮径差应达成一致协议。
无论如何，进行特性试验和温升试验时应当作没有轮径差存在。
如果控制器设计成使一些电动机工作在其最差的负载条件（情形1），则应进行一个附加的温升试验。
如果控制器设计成通过降低牵引力维持电动机在一个负载水平（情形2），应通过计算获得一个附加的转矩特性，或者，如果用户和制造厂之间有协议，可以通过一个完整的试验获得一个附加的转矩特性。
7.3温升试验
7.3.1总则
试验应在系统的保证定额下进行。
注：
对于并联的电动机，根据7.2.5可以要求进行附加试验。
在连续定额试验时，可以通过在试验起始阶段增加负载或减少组合系统某些组件的通风量，来缩短达到稳定温度的时间，但在起始阶段之后，额定条件要维持至少2h，或者维持到由合适的方法证明已达到稳定的温度为止。
在周期性负载定额试验时，可以通过在试验起始阶段计算等效的定额和进行重复周期，来缩短达到稳定温度的时间。
第5.4条款规定了组合系统制造厂负责技术责任。
因此，根据其相关标准，供应商进行委托方的温升试验是不必要的。
可以认为委托方已通过了温升试验，但是在综合试验过程中温升不得超过子标准中规定的参数值。
如果子标准中对该参数值没有做出规定，那么该参数值可以通过协议确定。
即使电气参数不正好是供应商和制造厂之间协议的电气参数，该参数值仍然有效。
7.3.2温度测量
组合系统部件温度的测量在相关标准中描述。
7.4并联异步电动机的附加试验
附加试验的条件按照用户和制造厂之间的协议。
7.4.1单台电动机的温升试验
按照7.2.5中规定的情形1进行该试验。
除非另有规定，该试验应认为仅一台电机驱动一个有着最大轮径差的轮对。
应修正基准控制，以使转差对应于由于轮径差引起的最差负载条件。
图8显示了轮径差对转矩特性影响的例子，以及转差变化趋势。
注：
对应的转差等于：
s±（△D/D[（n－1）/n]）
（＋运行时，－制动时）
其中：
s（p.u.）
为特性试验中测得的转差（电动机热态，参见7.5.1.2）；
n
为并联的电动机数；
△D/D（p.u.）
为轮径中最大轮径差。
对于所有连续定额和一小时定额（主要是机车）及与制动模式无关的地方所设计的运用，应进行根据最差的负载条件（对于轮径差）增加负载的连续定额温升试验。
通常，这有利于说明电动机是适合运用的。
每次与制动模式有关时，应进行温升试验。
为了达到最高温度条件，应使用规定的负载周期。
这考虑了运行时较高的负载条件和制动时较低的负载条件（主要是大量客运应用）。
7.4.2完整试验
并联的电动机应由一台逆变器供电。
除非另有规定，这些电动机应加负载以具有相同的速度，一种情况除外：
电动机应加负载以获得一个相当于最大允许轮径差的速度。
注：
该试验需要一个非常特殊并且昂贵的试验台。
只要可能，应通过降低牵引力的计算代替该试验。
7.5特性曲线试验和容差
7.5.1转矩特性
7.5.1.1总则
验证与规定转矩特性一致的试验，应通过在给定速度和标称输入电压下运转电动机来进行。
然后应将基准转矩（主控制器要求）提供给控制单元以测量组合系统特性。
之后应测量电动机的（平均）输出转矩、变流器输入侧（平均）电压、电流及功率。
如果建议电制动，至少应绘制在组合系统应用的整个速度范围内运行和制动时的最大基准转矩的转矩特性。
如果用户和制造厂之间有协议，也可以绘制任意速度下1/4，1/2和1/3最大基准转矩时的转矩特性。
注：
对于并联的电动机，可以根据7.4要求附加试验。
测量仪器的容差限值应不大于：
±2%考虑速度下最大机械转矩；
±1%对于直流电压、电流和功率的平均值；
±2%对于交流值。
倘若在组合系统试验中测得的转矩特性满足本标准的要求，即使电动机的电气参数（磁通量和电流）不正好是供应商和制造厂之间协议的、按照IEC60349-2试验的参数，该转矩特性保持有效。
温度是一个重要参数，它在一定程度上影响输出转矩，特别是异步电动机驱动时的控制性能。
转矩特性的测量为检查发热对输出转矩的影响提供了一个机会。
7.5.1.2转矩特性，电动机热态
转矩特性的测量应在根据7.3执行的温升试验结束时进行，该试验可能引起一台异步电动机鼠笼转子的最大温升，或者一台同步电动机定子绕组的最大温升，以获得该温度下组合系统的转矩特性。
应迅速地进行测量，并从试验台上可获得的最低速度处开始（图3、图5和图6中的点1），不必绘制很多点。
图3~图6给出了需要的点数的实例。
容差：
从对应于规定特性曲线上最大转矩处的转速至90％最高转速之间，在任一速度时的典型转矩应不小
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