（中車株洲電機(jī)有限公司，湖南株洲 412001）

0.引言

配套該機(jī)車的牽引電機(jī)為三相交流異步牽引電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、體積小、重量輕、啟動快、維護(hù)少等優(yōu)點。本文論述了該電機(jī)的技術(shù)要求、基本結(jié)構(gòu)，同時對關(guān)鍵技術(shù)難點進(jìn)行分析和解決，最后對試驗情況進(jìn)行了闡述并給出結(jié)論。

1.總體技術(shù)要求

1.1 機(jī)車基本信息

機(jī)車軸式B0-B0，齒輪傳動比5.706，新輪輪徑1250mm、全磨耗輪徑1150mm，持續(xù)運(yùn)行速度20km/h（電網(wǎng)）、15km/h（電池），最高設(shè)計速度80km/h，起動牽引力300kN，持續(xù)牽引力216kN（電網(wǎng)）、192kN（電池），整車額定牽引功率1200kW（電網(wǎng)）、800kW（電池）[1]。電機(jī)在機(jī)車上采用抱軸安裝。

1.2 環(huán)境條件

運(yùn)行環(huán)境：溫度：-25℃～+40℃；最大相對濕度95%；海拔≤1400m；滿足風(fēng)、沙、雨、雪、霧霾，偶有鹽霧、酸雨、沙塵暴。

1.3 變流器對電機(jī)要求

變流器對電機(jī)采用架控，額定點之前為恒磁通控制、之后為恒功率控制，輸出限制如表1所示。

表1 變流器對牽引電機(jī)輸出限制

2.電機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1 總體

電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、附件等部件組成，電機(jī)總體截面圖如圖1所示。

圖1 牽引電機(jī)總體結(jié)構(gòu)截面圖

2.2 定子

定子主要由定子鐵心、定子繞組、接線盒等零部件組成，如圖1中“3”所示。其中定子鐵心采用無機(jī)殼焊接結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、散熱好等特點。定子繞組采用低電阻率無氧銅導(dǎo)線和有機(jī)硅絕緣漆，具有防潮、防霉、耐振、可靠性高、電氣性能好等優(yōu)點。

2.3 轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子主要由導(dǎo)條、端環(huán)、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子沖片、轉(zhuǎn)子壓圈等部件組成，為鼠籠式結(jié)構(gòu)，如圖1中“7”所示。轉(zhuǎn)軸采用優(yōu)質(zhì)合金鋼材料，具有機(jī)械強(qiáng)度高、抗疲勞和耐沖擊等優(yōu)點。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)均采用低電阻率合金銅，兩者采用高頻感應(yīng)釬焊進(jìn)行連接。

2.4 端蓋

本電機(jī)傳動端和非傳動端端蓋均采用鑄鋼材料，如圖1中“2”“5”所示。在兩端端蓋上設(shè)計有迷宮式密封結(jié)構(gòu)軸承室，確保兩端軸承可靠潤滑密封。

2.5 軸承及潤滑密封

電機(jī)兩端軸承均采用優(yōu)質(zhì)的絕緣圓柱滾子軸承，如圖1中“1”“6”所示，能夠有效防止電腐蝕，確保持續(xù)可靠運(yùn)行。兩端軸承均采用脂潤滑并設(shè)計有儲脂室，確保良好潤滑和溫升正常；同時還都設(shè)計有補(bǔ)脂通道，方便后續(xù)日常維護(hù)。

2.6 測溫及測速裝置

在電機(jī)定子鐵心齒部安裝有PT100溫度傳感器，防止電機(jī)過熱。同時在電機(jī)非傳動端安裝有高精度雙通道霍爾式速度傳感器，如圖1中“4”所示，用于監(jiān)測電機(jī)的速度及轉(zhuǎn)向。

3.電機(jī)特性

本電機(jī)為逆變器供電，且有兩種供電模式，因此需分別計算兩種電源供電的牽引和制動特性參數(shù)和曲線。

3.1 牽引特性

電機(jī)牽引特性參數(shù)如表2所示。

表2 電機(jī)牽引特性參數(shù)

3.2 制動特性

電機(jī)制動特性參數(shù)如表3所示。

表3 電機(jī)制動特性參數(shù)

4.電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)難點

4.1 雙源制供電方式

電池供電時，電機(jī)輸入電壓較小，需分析其對牽引和制動的影響。通常電機(jī)在恒功區(qū)高速運(yùn)行時需有一定的輸出轉(zhuǎn)矩裕量，即電機(jī)顛覆系數(shù)，確?？煽繝恳椭苿?。通常電機(jī)顛覆系數(shù)不小于1.2。

當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在恒功區(qū)時，電機(jī)顛覆系數(shù)主要受電機(jī)輸入電壓和定轉(zhuǎn)子漏感影響，且其和輸入電壓成反比，和定轉(zhuǎn)子漏感成正比[2]。因此本電機(jī)采用低損耗冷軋硅鋼片、半開口矩形轉(zhuǎn)子槽、定轉(zhuǎn)子槽口增加槽溝、加強(qiáng)同變流器匹配分析等方法，降低定轉(zhuǎn)子漏感，提高電機(jī)顛覆系數(shù)。經(jīng)核算，極限工況下，電機(jī)牽引和制動顛覆系數(shù)均能滿足要求。

4.2 傳動端軸承潤滑密封結(jié)構(gòu)

本電機(jī)因轉(zhuǎn)向架布置所限，兩端軸承均需采用脂潤滑。特別是傳動端軸承受電機(jī)熱傳導(dǎo)和冷卻風(fēng)壓等影響，如何保證其溫升和潤滑密封可靠是本電機(jī)設(shè)計難點之一。本電機(jī)設(shè)計時，從軸承型號、氣壓平衡等方面采取解決措施。

在軸承選型上，對軸承允許轉(zhuǎn)速、額定動靜負(fù)荷、最小負(fù)荷、軸承壽命等進(jìn)行了分析，選用了NU330軸承。在傳動端軸承密封設(shè)計上，在傳動端端蓋上設(shè)計了4組氣壓平衡孔，通過氣壓平衡試驗顯示傳動端軸承密封結(jié)構(gòu)處為微正壓，有效避免氣壓變化對傳動端軸承潤滑密封的影響。

4.3 輕量化設(shè)計

本電機(jī)因機(jī)車總體要求，需進(jìn)行輕量化設(shè)計。針對這一要求，本電機(jī)從轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、端蓋結(jié)構(gòu)、測速裝置設(shè)計等方面采取解決措施。

在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計上，相較于機(jī)車牽引電機(jī)常用的轉(zhuǎn)子外套護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，本電機(jī)經(jīng)過仿真分析和試驗驗證，確保轉(zhuǎn)子強(qiáng)度可靠性的情況上，取消了護(hù)環(huán)。在端蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計上，本電機(jī)兩端端蓋均采用GS-20Mn5鑄鋼材料和薄壁結(jié)構(gòu)，同時傳動端端蓋多處使用加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)可靠的同時減重。在測速裝置設(shè)計上，本電機(jī)采用了1.5模數(shù)霍爾式速度傳感器，在控制精度保持不變的情況下，本電機(jī)較同類電機(jī)測速齒盤外徑更小，重量相應(yīng)減少約30%。

5.電機(jī)試驗

按照電機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行型式試驗，表4試驗結(jié)果表明，電機(jī)各項指標(biāo)均滿足設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 電機(jī)試驗結(jié)果

6.結(jié)語

根據(jù)雙源制調(diào)車電力機(jī)車總體技術(shù)要求，和變流器及轉(zhuǎn)向架對電機(jī)的要求，對關(guān)鍵技術(shù)難點進(jìn)行了分析和解決，研制出的電機(jī)性能完全滿足機(jī)車整體性能要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。