【機械課件】第六章 直流和脈流牽引電動機的試驗

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1、第六章 直流和脈流牽引電動機的試驗 為了使機車具有優(yōu)良的牽引性能，保證牽引電動機的質(zhì)量是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此，在牽引電動機制造和檢修過程中，每一工序之后都要進行檢查性的測量和試驗。電機組裝就緒準備送出成品時，還要將電機置于專用試驗設(shè)備上，按照國家對該類型電機的技術(shù)要求進行嚴格的試驗，以評定該電機的裝配質(zhì)量及其技術(shù)性能。 本章介紹牽引電動機的試驗項目，分析直流牽引電動機的試驗線路，討論直流牽引電動機的試驗方法，并簡要介紹脈流牽引電動機的試驗線路。 第一節(jié) 直流牽引電動機的試驗項目 鐵道部部頒標準“機車電機試驗方法——直流電機”（TB1704-2001）中規(guī)定，牽引電動機的試驗分為例行

2、試驗、型式試驗和研究性試驗3種。 一、例行試驗 例行試驗也稱為出廠試驗，這是每一臺電機出廠時都必須進行的試驗，其目的是確定該電機制造、修理和裝配的質(zhì)量，檢驗其工作特性、部件溫升、換向性能及絕緣性能等是否符合技術(shù)要求。 例行試驗項目的一般試驗程序為： （1）電機外觀檢查及其外形尺寸和安裝尺寸的檢查； （2）繞組在實際冷態(tài)下直流電阻的測定； （3）小時定額下的溫升試驗； （4）速率特性曲線繪制； （5）超速試驗； （6）電樞繞組匝間絕緣介電強度試驗； （7）換向器跳動量檢查； （8）換向試驗； （9）繞組對機座及繞組相互間絕緣電阻的測定； （10）繞組對機座及繞組相互間絕

3、緣介電強度試驗； （11）其他在供需雙方協(xié)議書中規(guī)定的例行試驗項目。 每臺牽引電動機的例行試驗結(jié)果，必須按規(guī)定格式認真填寫試驗記錄。 二、型式試驗 型式試驗又稱為鑒定試驗，按照技術(shù)標準規(guī)定，牽引電動機凡遇下列情況之一均應(yīng)進行型式試驗。 （1）新產(chǎn)品試制完成時； （2）電機設(shè)計或工藝上的變更足以引起某些特性或參數(shù)發(fā)生變化時，則應(yīng)進行有關(guān)的型式試驗； （3）當檢查試驗結(jié)果與以前進行的型式試驗結(jié)果發(fā)生不允許的偏差時也應(yīng)進行型式試驗。 總之，型式試驗的目的是對該類型電機作較詳細深入的研究，以鑒定試驗的結(jié)果與設(shè)計數(shù)據(jù)是否相符，從而對改進該項電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝等提供試驗數(shù)據(jù)，每次型式試驗

4、的電機不得少于兩臺，而且當電機大量生產(chǎn)時，每隔半年或定期進行抽試。 （1）型式試驗的內(nèi)容除了檢查試驗中所有試驗之外，還包括以下項目： （2）換向器室內(nèi)空氣靜壓力頭與通風(fēng)空氣量關(guān)系的測定（僅適應(yīng)于強迫通風(fēng)的電機）； （3）確定用以進行溫升例行試驗的小時定額電流； （4）連續(xù)或斷續(xù)定額下的溫升試驗； （5）牽引電動機發(fā)熱及冷卻曲線簇的繪制； （6）特性曲線繪制； （7）最佳換向區(qū)的測定； （8）起動試驗； （9）斷開和接上電源試驗（僅適應(yīng)于直接或間接接觸網(wǎng)供電的直流和脈流電動機）； （10）濕熱試驗（允許按部件檢查）； （11）耐振強度試驗（允許按部件檢查）； （12）重量

5、測定（僅適應(yīng)新產(chǎn)品試制完成時）。 研究性試驗是為了獲得補充資料而作的有選擇的特殊試驗，試驗項目和方法在供需雙方協(xié)議書中有明確規(guī)定。 以上列出了牽引電動機例行試驗和型式試驗的項目。需要特別指出的是，必須遵守上述規(guī)定程序依次逐項進行，這是因為電機的工作特性、換向性能及絕緣性能都與溫度有關(guān)，因此，試驗前的準備工作完成后，必須先做做溫升試驗，再做電機在熱狀態(tài)下的其他試驗項目。另外，用于鐵路干線的電力機車、內(nèi)燃機車及動車上的直流和脈流牽引電動機的電壓主和電流中都具有高次諧波分量，因此某些項目的試驗條件則有所不同，例如：脈流牽引電動機型式試驗中的速率特性測定、換向試驗等既要在直流工況下進行，又要在脈流

6、工況下進行；其溫升試驗和效率特性的測定必須在具有實際脈動頻率和電流脈動系數(shù)的脈動電流下進行等。 第二節(jié) 直流牽引電動機的試驗線路 直流牽引電動機的負載試驗線路可以分為：直接負載試驗線路和反饋負載試驗線路兩類。對于容量較小的直流牽引電動機，可采用圖6-1所示的直接負載試驗線路，此時，被試電動機M拖動發(fā)電機G作為它的負載，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流或負載電阻R來調(diào)節(jié)被試電動機M的負載。這種直接負載試驗線路的優(yōu)點是在調(diào)節(jié)或計量試驗參數(shù)時都非常方便，而且其線路與電動機實際運行狀態(tài)相符。缺點是試驗時需要消耗大量電能和增加大容量電源設(shè)備的投資。顯然，對于大容量的直流牽引電動機來說，采用直接負載試驗線路是

7、很不經(jīng)濟的。 圖6-1 直接負載試驗線路 目前，大容量直流牽引電動機的試驗已廣泛采用反饋負載試驗線路，其基本原理是：把兩臺同型號的直流牽引電動機在電和機械方面都耦合起來，使其中一臺被試電動機運行，而另一臺電機作發(fā)電機運行，此時電動機發(fā)出的機械能拖動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，使發(fā)電機作為它的機械負載；而發(fā)電機發(fā)出的電能又回送給電動機使用，使電動機成為它的電負載。因此，這兩臺同型號的電機互為能源，互為負載，在試驗時所消耗的電能僅為兩個電動機本身損耗之和。顯然，反饋負載試驗比直接負載試驗經(jīng)濟得多，而且被試電動機容量不受限制。 反饋負載試驗線路有多種形式，目前應(yīng)用最為廣泛的是帶有升壓機的反饋試驗線路，

8、但在設(shè)備不足或條件限制的情況下，也可采用其他形式的反饋試驗線路。 一、帶升壓機的反饋試驗線路 帶有升壓機的反饋負載試驗線路原理如圖 6-2所示。圖中M、G為同型號牽引電動機，M為被試電動機，G為陪試發(fā)電機，這兩臺電機的同名端借助聯(lián)軸器機械耦合，電方面按圖6-2連接。其中，電機M與G的主極串勵繞組CM與CG反向連接后串聯(lián)在被試機M的電樞電路中；升壓機S串聯(lián)在陪試機G的電樞電路中。升壓機S和線路發(fā)電機H均為他勵直流發(fā)電機，分別由三相異步電動機驅(qū)動，它們的勵磁繞組TS和TH均由單獨的勵磁可調(diào)電源供電。 圖 6-2 帶升壓機的反饋負載試驗線路 反饋試驗時，應(yīng)先起動升壓機S，閉合開關(guān)S2，

9、調(diào)節(jié)S的勵磁電流，升壓機S產(chǎn)生的感應(yīng)電勢ES向電機M與G的閉合回路中輸送電流IB。此時，由于流過電機M與G的電樞電流大小相等，而且兩臺電機的磁通也大小相等，故對M—G機組而言，兩臺電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，故M—G機組處于靜止狀態(tài)，為機組的起動作好準備。 然后起動線路發(fā)電機H，閉合開關(guān)S1，并調(diào)節(jié)其勵磁電流，使H的輸出電壓UH逐步達到被試機M的額定電壓，則線路電源UH向電機M和G兩條支路分別輸入空載電流IOM和IOG。此時，在電機M支路中的總電流為： IM=IB+IOM 而在電機G支路中的總電流為：

10、 IG=IM-IOG 被試機M支路電流IM的增加，使電磁轉(zhuǎn)矩增大；陪試機G支路電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，當被試機電磁轉(zhuǎn)矩超過陪試機電磁轉(zhuǎn)矩與兩臺電機空載轉(zhuǎn)矩之和時，機組開始按規(guī)定方向起動。在機組起動的同時，應(yīng)及時調(diào)節(jié)升壓機S的勵磁電流，并使起產(chǎn)生的感應(yīng)電勢ES與陪試機EG同向，且ES+EG〉UH。按照圖6-2中所示的電流方向及電勢極性，IG的方向與EG的方向相同，則陪試機G作發(fā)電機運行；而IM的方向與EM方向相反，被試機M作電動機運行。被試電動機M的負載電流IM主要取決于陪試機G的負載電流IG，IG的大小為：

11、 （6-1） 式中 RaS——升壓機S的電樞繞組和換向繞組的電阻； RaG——陪試機G的電樞、換向極及補償繞組電阻。 由此可見，升壓機S在反饋試驗線路中的作用是使陪試機G作發(fā)電機運行，同時也可用來調(diào)節(jié)被試機M的負載電流。因此，在試驗過程中，過份降低升壓機的勵增電流是不允許的，因為升壓機勵磁電流過低時，可能使ES+EF≤UH，這時電機M與G均為處于空載狀態(tài)下的串勵電動機，機組有飛速的危險。 為此，試驗中應(yīng)特別注意以下幾點： （1）機組起動時，應(yīng)嚴格按規(guī)定順序操作，即先起動升壓機，合上開關(guān)S2；后起線路發(fā)電機，合上開關(guān)S1；試驗完成后，應(yīng)先斷開開關(guān)S1，后斷開開

12、關(guān)S2。 （2）機組起動的同時，應(yīng)及時調(diào)節(jié)升壓機勵磁電流，使之不能太小，以保證被試電動機M有一定的負載。 （3）對于串勵直流牽引電動機，升壓機應(yīng)有一定的保護裝置，以避免在升壓機失壓時，造成機組飛速。 采用此線路進行反饋試驗時，被試電機的各種損耗可以直接由升壓機和線路發(fā)電機的輸出功率來分別確定，因此能很方便地確定被試電機的效率。 電機M與G的鐵耗及機械損耗由線路發(fā)電機供給。因為當斷開線路電源UH，僅由升壓機的S供電時，機組是無法起動的；只有同時接通線路電源UH后，才能使機組轉(zhuǎn)動起來。因此，兩臺電機在轉(zhuǎn)動后才產(chǎn)生的鐵耗及機械損耗必須由線路電源供給，為此被試電機M的鐵耗及機械損耗可確定為線路

13、發(fā)電機輸出功率PH的一半。 電機M與G的銅耗則由升壓發(fā)電機供給。因為試驗線路只有線路電源供電時，電機M、G都處于空載狀態(tài)（注：試驗中絕不允許），只有鐵耗和機械損耗，當升壓電源同時供電時，M、G才有一定的負載。因此，兩臺電機在負載后產(chǎn)生的銅耗由升壓電源供給，為此被試電機M的銅耗可確定為升壓發(fā)電機輸出功率PS的一半。 總上所述，帶有升壓機的反饋試驗線路具有以下優(yōu)點： （1）被試電動機的工況調(diào)節(jié)非常簡單。改變升壓機的勵磁電流，就能平滑地調(diào)節(jié)被試機的負載電流；改變線路發(fā)電機的勵磁電流，就能調(diào)節(jié)被試機的端電壓。 （2）試驗所消耗的能量僅為直接負載試驗所消耗能量的20%左右。 （3）被試電動機的

14、各種損耗可直接由升壓機和線路發(fā)電機的輸出功率來確定。 （4）在試驗線路中裝上轉(zhuǎn)換開關(guān)，可使被試機和陪試機互換，兩臺同型號電機都能在電動機狀態(tài)下試驗，不必在試驗臺上移動，方便操作。 這種反饋試驗線路的缺點是，需要大容量的直流發(fā)電機組，如果加上其他輔助電機及勵磁機組、控制電源等，所需要旋轉(zhuǎn)機組的數(shù)量將更龐大，這些數(shù)量眾多的交、直流旋轉(zhuǎn)電機不僅給設(shè)備投資、試驗耗電量以及維修等增加了費用，而且整個實驗臺都將被噪音所充斥，這不但不利于試驗，而且污染環(huán)境，損害勞動著?；谏鲜鲈?，近來一些廠、段已采用了由晶閘管供電裝置代替一些直流發(fā)電機的反饋試驗線路。 二、采用晶閘管供電裝置的反饋試驗線路 圖

15、6-3 采用晶閘管供電裝置的反饋線路 圖6-3所示為采用晶閘管供電系統(tǒng)的反饋線路方框圖，在這一系統(tǒng)中，晶閘管供電裝置取代線路發(fā)電機和升壓機，圖中SCR1作為線路電源U1，SCR2則作為升壓電源。 在這個系統(tǒng)中，線路機組SCR1采用了電壓負反饋以使電機在試驗時保持某一恒定的電機端電壓，為了防止電機直接起動時過大的沖擊電流，在系統(tǒng)中引入了電流截止負反饋，因此SCR1供電裝置是一個閉環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；對于升壓機組SCR2裝置則只要求改變起端電壓以調(diào)節(jié)負載，無其他特殊要求，為使線路簡化，采用開環(huán)控制。 采用晶閘管供電裝置的反饋試驗線路優(yōu)點很多，但起過載能力差，即使是瞬時過電壓或過電流，都是可能損

16、壞元件，因此必須采用硒堆和阻容吸收裝置進行過電壓保護，采用快速熔斷器及自動開關(guān)作短路保護等，這些都增加了試驗線路的復(fù)雜性。 三、陪試機他勵的反饋試驗線路 圖6-4 陪試機他勵的反饋試驗線路 由于條件的限制而難以得到直流高壓線路電源時，可采用陪試機他勵的試驗方法，其試驗線路如圖6-4所示。圖中：M、G為同型號的兩臺直流牽引電動機，M為被試電動機，陪試發(fā)電機G的主極繞組CG改接成他勵，有單獨的勵磁機LG供電，主回路中只串聯(lián)了一個升壓機S。試驗時只要調(diào)節(jié)升壓機S和勵磁機LG的電壓，就可以廣泛地調(diào)節(jié)被試電動機的負載。但是，他勵法試驗線路如不采取適當措施，電機試驗中的調(diào)節(jié)將十分困難，試驗中單

17、獨調(diào)節(jié)升壓電源電壓或勵磁機電壓，都會引起被試電動機電壓和電流的變化，給電機工作點（電壓、電流、轉(zhuǎn)速）的確造成困難。為了改善對被試電動機的調(diào)節(jié)，該線路中的升壓電源必須是具有電壓（速度）、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的晶閘管整流電源，以確保在調(diào)節(jié)升壓機電勢ES時，使被試機電壓改變，而負載電流不變；調(diào)節(jié)勵磁機電勢EL時，改變被試機負載電流，而電機電壓基本保持穩(wěn)定。 采用這種試驗線路時，除了陪試機G的主極繞組銅耗由勵磁機LG供給外，兩臺電機的其余銅耗及全部鐵耗、機械損耗均由升壓電源供給。由于這兩臺電機的勵磁電流不同，其鐵耗與附加損耗也各不相等，因此在求取被試電機的效率時將十分復(fù)雜和困難。但由于線路中省去了直流

18、高壓電源，使試驗線路變得較為簡單，因此在不需要精確測定電機效率或僅作為一般性例行試驗的情況下，采用這種線路還是簡單可行的。目前，在部分有牽引電動機檢修能力，需要進行牽引電動機負載試驗的廠、段，他勵法試驗臺已陸續(xù)投入使用。 第三節(jié) 直流牽引電動機的試驗方法（*） 直流牽引電動機的試驗是根據(jù)鐵道部部頒標準“機車電機試驗方法——直流電機”（TB1704-2001）以及各型牽引電動機試驗大綱規(guī)定的方法進行。以下按直流牽引電動機例行試驗規(guī)定的程序，簡要介紹其主要項目的試驗方法和技術(shù)要求。 一、試驗前的準備 1．一般性檢查 一般性檢查的目的是檢查電機的裝配質(zhì)量，其主要內(nèi)容包括：外觀尺寸檢查；各

19、零件連接強度檢查；磁極極性與磁極線圈電壓降測量；刷架裝置檢查及換向器工作表面狀態(tài)檢查等。 2．繞組在實際冷態(tài)下絕緣電阻的測定 如果繞組表面溫度與周圍環(huán)境溫度之差不大于4K時，即可認為電機處于冷態(tài)。 繞組絕緣電阻采用1000V兆歐表測量，測量時，兆歐表手柄應(yīng)勻速轉(zhuǎn)動（一般控制在90-150r/min），并在指針穩(wěn)定后讀數(shù)。測量結(jié)束，繞組應(yīng)對地放電。各繞組對機座及各繞組相互間的絕緣電阻應(yīng)分別測量，測量結(jié)果應(yīng)不低于按下式確定的數(shù)值： （6-2） 式中 R—電機繞組的絕緣電阻； UN—電機的額定電壓（V）； PN—電機的額定功率（kW）。 3．繞組在實際

20、冷態(tài)下直流電阻的測定 為了用電阻法測定電機在熱態(tài)下各繞組的溫升，在試驗前應(yīng)先測得繞組的冷態(tài)直流電阻及周圍冷卻空氣溫度，以便在溫升試驗后算出電機各繞組的溫升。 測量繞組直流電阻時，電樞應(yīng)靜止不動，用電壓表、電流表法進行測量。用電壓表、電流表法測量組直流電阻時，應(yīng)采用穩(wěn)定的直流電源，被測繞組應(yīng)與可變電阻器及電流表串聯(lián)在電路中，電壓表要直接接在被測繞組的出線端上進行測量，如圖6-5所示。測量電流通常為被測繞組額定電流的10%以下，通電測量時，電流表、電壓表讀數(shù)要同時盡快讀出。改變電流值測量3次，取3次測量求得的電阻平均值作為測量結(jié)果。若某次測量求得的電阻值與平均值之差大于2%時，則應(yīng)重新測量。

21、 圖6-5 用伏安法測量直流電阻 對于牽引電動機的主極繞組、換向極繞組和補償繞組的電阻，采用電壓表、電流表法在被測繞組出線端進行測量。而測量電樞繞組電阻時，應(yīng)將毫伏表通過金屬棒接到預(yù)先做有標志的兩片換向片上進行測量。如果電刷不提起，毫伏表應(yīng)接在位于相鄰兩組電刷中心線下的換向片上。由于電樞繞組的直流電阻較小，為了提高測量的準確度，電機制造廠在試驗時，通常用雙臂電橋來測量電樞繞組直流電阻。 4．空轉(zhuǎn)檢查 在試驗前電機通電空轉(zhuǎn)的目的是為了初步檢查電機各部件的裝配質(zhì)量及軸承運轉(zhuǎn)情況，通過空轉(zhuǎn)可以研磨電刷，使電刷接觸面更為理想。 空轉(zhuǎn)檢查時，電機應(yīng)放置平穩(wěn)，在低電壓、空載、不強迫通風(fēng)的條件

22、下進速過程行。轉(zhuǎn)速應(yīng)逐漸上升，在升速過程中注意監(jiān)視電機的狀態(tài)，最終使電機在額定轉(zhuǎn)速或最大轉(zhuǎn)速下運行30min。要求電機各部件（電樞、軸承、電刷、磁極、機座）應(yīng)無異常振動及噪音；軸承、換向器及電刷應(yīng)無過熱現(xiàn)象；電刷與換向器的接觸面積應(yīng)不小于80%。對于需在兩個轉(zhuǎn)向運行的牽引電動機，在應(yīng)正、反兩個轉(zhuǎn)向各運行30min。 5．電機的電刷中性線測定。 電刷安裝位置正確與否將直接影響電機的換向質(zhì)量，因而電機試驗前要通過試驗使實際的電刷位置與理想的電刷位置之間的差異越小越好。 在電刷與換向器接觸良好（電刷接觸面積達80%以上）的狀態(tài)下，測定電刷中性線的方法有：感應(yīng)法、正反轉(zhuǎn)發(fā)電機法和正反轉(zhuǎn)電動機法3

23、種。用感應(yīng)法測定電刷的中性線位置時，電機不必轉(zhuǎn)動，不僅測試方法簡便，而且準確性也較高，是目前最常用的一種方法。 用感應(yīng)法測定電刷中性線的方法是：使被試電機的電樞靜止不動，在相鄰的兩組電刷上接上小量程的雙向直流毫伏表（或微安表），主極繞組采用他勵，通以5%-10%的額定勵磁電流，如圖6-6所示。借助開關(guān)S，交替接通和斷開勵磁回路時，如果電刷位置偏離電刷中性線，則毫伏表的指針將出現(xiàn)擺動。調(diào)整刷架位置，重新進行測量，直到開關(guān)接通或斷開勵磁回路時，毫伏表指針停止擺動或擺動所顯示的毫伏數(shù)最?。ɡ缧∮?mV），此時的電刷位置可以認為是在較理想的電刷中性線上。為確定測定結(jié)果的準確性，可以稍微轉(zhuǎn)動電樞，在

24、不同位置上作幾次測量。 圖6-6 感應(yīng)法測定電刷中性線 6．機組的安裝及測量儀器的選擇 將經(jīng)過上述檢查和測試合格的兩臺牽引電動機吊入試驗臺位。通過聯(lián)軸器耦接的兩臺電機水平、成直線地固定在試驗臺上，以免試驗過程中電機發(fā)生振動、跳躍或移動。兩臺電機按反饋試驗線路圖連接成試驗電路，并接入所需的測量儀表，電氣測量儀表精度應(yīng)不低于0.5級；分流器為0.2級；其他測量儀器為1級，儀表量程應(yīng)使待測數(shù)值在其20%-95%范圍內(nèi)。試驗臺上應(yīng)有標準風(fēng)筒，向兩臺電機同時供給的需的冷卻風(fēng)量。在完成試驗臺的安裝與調(diào)試工作后，方可開始進行電機的小時溫升試驗。 二、小時定額下的溫升試驗 溫升試驗的目的是檢查

25、被試牽引電動機的電樞繞組、定子繞組（主極繞組、換向極繞組及補償繞組）、換向器和軸承的發(fā)熱情況。由于這些間件所處位置不同，溫升測量方法也有所不同，通常各繞組的溫升采用電阻法來測定，而換向器、軸承和表面溫度則用溫度計進行測量。 小時定額下的溫升試驗采用圖6-2所示的直流反饋試驗線路，在試驗過程中供給電機的風(fēng)量應(yīng)保持額定風(fēng)量不變。對于強迫通風(fēng)的電機則應(yīng)在電機進風(fēng)口用溫度計測量冷卻空氣的溫度。起動試驗機組并調(diào)節(jié)被試電機M的電壓為額定電壓，電流為小時額定電流，保持此工況運行1h。 定子各繞組的電阻用電壓表、電流表法來測量，最好每隔10-15min測量一次，并在溫升試驗結(jié)束前10s內(nèi)進行最后一次測量，

26、以此測量結(jié)果按下式計算各繞組的溫升： 式中 ——試驗結(jié)束時的繞組電阻（）； R?！獙嶋H冷態(tài)時的繞組電阻（）； ｔ。——實際冷態(tài)時的繞組溫度（℃）； ——試驗結(jié)束時的冷卻空氣溫度（℃）。 其中，溫度應(yīng)取試驗過程的最后1/4時間內(nèi)幾個相等時間間隔的溫度計讀數(shù)的平均值。 溫升試驗結(jié)束時，應(yīng)急速制停機組（切斷線路電源后，增加升壓機的勵磁），同時立即停止通風(fēng)，以便進行電樞繞組電阻的測量。測量應(yīng)在切斷電源、停止通風(fēng)后45s內(nèi)開始，持續(xù)5min，每次測量的時間間隔為：前3min內(nèi)不超過20ｓ；此后不超過30ｓ。

27、根據(jù)不同時刻的電阻值，畫出如圖6-7所示的電樞繞組電阻冷卻曲線，然后將曲線延長到與縱坐標相交，交點即為試驗結(jié)束時的電樞繞組電阻值。據(jù)此值用公式(6-3)即可計算出電樞繞組的溫升。測量結(jié)束后應(yīng)盡快地起動電機，恢復(fù)被試電機原來的工作狀態(tài)。 圖6-7 試驗結(jié)束時的電樞繞組電阻的確定 換向器溫度經(jīng)常采用半導(dǎo)體點溫計或其他熱時間常數(shù)較小的溫度計來測量，電機停轉(zhuǎn)后，應(yīng)立即將溫度計放到換向器表面發(fā)熱最嚴重且易于接觸的部位，待儀表指示基本穩(wěn)定后讀數(shù)。也可用紅外線測溫儀直接測量該處溫度，測量方法是：在儀器的有效范圍內(nèi)使其所發(fā)出的紅外線對正發(fā)熱部位，待溫度穩(wěn)定后直接讀取溫度數(shù)值。 電機軸承溫度常采用膨

28、脹式溫度計測量，溫度計球部應(yīng)用油灰包住并牢固地粘貼在前后軸承蓋上，以使溫度計盡可能貼附在被測部位的表面，減少熱量的喪失（但存在變化磁場的位置不能用水銀溫度計）。也可用紅外線測溫儀直接進行溫度測量。 根據(jù)國家技術(shù)標準規(guī)定，電機各繞組和換向器的溫升應(yīng)不超過其絕緣等級規(guī)定的溫升限值；電機滾動軸承的溫升應(yīng)不超過55℃（冷卻空氣溫度不超過40℃）。例行試驗時采用反饋試驗法進行的溫升試驗結(jié)果對被試機和陪試機均是有效的。 三、速率特性的測定 測定速率特性的目的是核定新設(shè)計試制的、新制待出廠的或檢修后待出廠的牽引電動機特性是否符合要求，另外也是為了選擇速率特性相同的牽引電動機安裝在同一臺機車上，使機車的

29、負載能在各牽引電動機中均勻分配。特別是對于新設(shè)計試制的牽引電動機，按國家技術(shù)標準規(guī)定，應(yīng)對其最初試制的6至10臺電機制取該類型牽引電動機的“典型速率特性”。此典型速率特性是在額定電壓、額定磁場以及各磁場削弱級下，進行正、反轉(zhuǎn)試驗后求取平均值制成。典型速率特性不僅提供了求取機車牽引特性的依據(jù)，而且對以后制造或修理出廠的牽引電動機提供了試驗的鑒定標準。 速率特性測定試驗在電機熱態(tài)下進行，被試電機在保持額定電壓及規(guī)定勵磁條件下，分別測定正反兩個轉(zhuǎn)向的速率特性，每條曲線應(yīng)從80%最高轉(zhuǎn)速到90%最大電流的電流范圍內(nèi)連續(xù)測量4-5點，同時讀取電機的轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流和端電壓值，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制出

30、速率特性曲線。 國家技術(shù)標準規(guī)定：例行試驗，只需測定被試電動機在額定電壓、額定磁場和最小磁場削弱級下的速率特性。速率特性的制造允差規(guī)定為： (1)在額定電壓和給定的輸入電流下，電動機在任一轉(zhuǎn)向上測出的轉(zhuǎn)速對典型速率特性上相同電流值時的轉(zhuǎn)差允差為：在額定磁場時不超過3%；在大于50%磁場削弱級時不超過4%；在小于50%磁場削弱級時不超過6%； (2)在額定電壓、額定電流和額定磁場時，電動機正、負兩個轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)速差值，對此兩方向轉(zhuǎn)速的算術(shù)平均值之比不超過3%。 牽引電動機速率特性測定后，往往有可能出現(xiàn)速率特性不合要求的情況，例如：整臺電機的速率特性偏高或某一轉(zhuǎn)向速率特性偏高等。若整臺電機速率

31、特性偏差高，多數(shù)是主磁通偏小造成的，主要原因可能是：主極氣隙偏大，主極繞組有短路現(xiàn)象及電樞鐵心疊壓質(zhì)量有問題等，遇到這種情況只能將電機吊下試驗臺后解體處理。若電機某一轉(zhuǎn)向速率特性偏高，則說明電刷不在中性線上，這時在試驗臺上只需順轉(zhuǎn)速偏高的轉(zhuǎn)向移動電刷到中性線上即可。調(diào)試經(jīng)驗是：對于額定轉(zhuǎn)速為1000r/min左右的牽引電動機，刷架每移動1mm，轉(zhuǎn)速將增加或減小20r/min左右。 四、超速試驗及換向器跳動量檢查 為了檢查電機各轉(zhuǎn)動部件（如電樞繞組、扎線、槽楔、軸承及換向器）的緊固情況及機械強度，每臺電機在熱態(tài)下應(yīng)能承受2min的超速試驗。 為了便于調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定上升，試驗時將被試電機

32、作他勵電動機空載運行，陪試電機被驅(qū)動空轉(zhuǎn)，通過減小勵磁電流及增加端電壓（不超過被試電機的最大電壓）的方法，使電機轉(zhuǎn)速達到該電機最大轉(zhuǎn)速的1.25倍，持續(xù)2min。試驗完成后，可增加勵磁電流及減小端電壓，使轉(zhuǎn)速下降后切斷電源。 試驗后電機各轉(zhuǎn)動部件應(yīng)無任何影響電機正常運轉(zhuǎn)的機械損傷和永久性變形，并仔細檢查換向器狀態(tài)及其工作表面跳動量。換向器跳動量通常采用磁力百分表來進行測量，即將百分表固定在機座上，表頭接觸換向器工作表面（表頭接觸寬度應(yīng)大于換向器云母槽寬），用手慢慢轉(zhuǎn)動電樞一周，觀察并記錄表針擺動的最大幅值；也可用牽引電動機換向器橢圓度檢測儀進行測量，測量方法是：打開該儀器的電源開關(guān)，使其測試

33、探頭與換向器工作表面相接觸，電樞轉(zhuǎn)動時該儀器自動記錄換向器跳動量的最大值和最小值，然后利用其自帶的微型打印機將測試結(jié)果直接打印出即可。技術(shù)標準規(guī)定：牽引電動機在熱態(tài)時，換向器跳動量應(yīng)不大于0.04mm；冷態(tài)和熱態(tài)時的跳動量之差應(yīng)不大于0.02mm，但測量應(yīng)在換向器前端工作表面的同一位置進行。 五、換向試驗 換向試驗的目的在于確定牽引電動機在規(guī)定的工作條件下，換向器和電刷之間的火花程度。穩(wěn)定條件下的換向試驗應(yīng)在電機超速試驗后、熱態(tài)下進行。為了獲得正確的試驗結(jié)果，換向試驗前應(yīng)預(yù)先消除產(chǎn)生火花的機械原因。 表6-1 電力機車牽引電動機的換向試驗工作點 工作點號 電壓 電流 轉(zhuǎn)速 勵

34、磁率 允許火花等級 1 最高電壓 最大電流 ---- 最小磁場 2 2 最高電壓 額定電流 ---- 最小磁場 1 3 最高電壓 ---- 最大轉(zhuǎn)速 最小磁場 1 對于電力機車牽引電動機，換向試驗時應(yīng)在最高工作電壓（對直接從接觸網(wǎng)受電的牽引電動機，其最高工作電壓為額定電壓的1.2倍；對于通過車上變壓器一整流器供電的脈流牽引電動機，其最高工作電壓為額定電壓的1.16倍）、最深磁場削弱級（若沒有磁場削弱級，則為額定磁場）的條件下，對應(yīng)特性上的最大電流、額定電流及最大轉(zhuǎn)速3個工作點進行換向試驗，見表6-1。最大電流應(yīng)根據(jù)牽引電動機特性曲線使用范圍內(nèi)的最

35、大值來確定，如無特殊規(guī)定則最大電流為額定電流的2倍；對用于再生制動或電阻制動的牽引電動機，則應(yīng)選擇制動特性上換向條件最困難的工作點來進行。最大轉(zhuǎn)速為機車正常運行時的最大速度相應(yīng)的電動機轉(zhuǎn)速。 電機在調(diào)節(jié)到每個規(guī)定工作點時，應(yīng)持續(xù)運轉(zhuǎn)30s后觀察并記錄火花，如果觀察到的火花程度與相應(yīng)的換向器、電刷表面狀態(tài)不符時，則應(yīng)根據(jù)這些表面狀態(tài)來確定火花等級。對于可正反轉(zhuǎn)的電機，每項試驗應(yīng)分別在兩個轉(zhuǎn)向進行，改變轉(zhuǎn)向后，允許在新的轉(zhuǎn)向以額定電壓和不超過額定持續(xù)電流的條件下連續(xù)運轉(zhuǎn)5min，以使電刷和換向器之間得到一個較好的接觸表面。但在兩個轉(zhuǎn)向試驗的時間間隔內(nèi)，不應(yīng)移動電刷。 牽引電動機換向

36、試驗后，應(yīng)無機械損壞、閃絡(luò)、環(huán)火及永久性損傷。其火花等級應(yīng)在表6-1所規(guī)定的范圍內(nèi)。如果換向試驗結(jié)果不能滿足技術(shù)要求，則在嚴格保證電機裝配質(zhì)量良好的前提下，應(yīng)考慮對換向極的補償特性作進一步的鑒定，必要時可采用測定最佳換向區(qū)的方法，為調(diào)整換向極第二氣隙的大小或換向線圈的匝數(shù)提供依據(jù)。 六、最佳換向區(qū)的測定 圖6-8 接有加饋發(fā)電機的反饋試驗線路 最佳換向區(qū)測定試驗應(yīng)在換向區(qū)表面已建立穩(wěn)定氧化膜，電刷接觸面積達80%以上的條件下進行，試驗時仍用圖6-2所示的反饋試驗線路，只是在被試電機M的換向極繞組HM兩端并接一個直流加饋發(fā)電機，如圖6-8所示。電機應(yīng)在額定電壓及正常通風(fēng)和接近

37、正常工作溫度的熱態(tài)情況下開始試驗。試驗時，先調(diào)節(jié)被試電機至某一電樞電流并維持恒定，然后合上轉(zhuǎn)換開關(guān)S，逐步增加換向極的正向加饋電流，當電刷下將出現(xiàn)而尚未出現(xiàn)火花（1級）時，讀取此時電樞電流和加饋電流+值；其后倒換開關(guān)S位置，改變加饋電流方向，按同樣方法讀取-值。再改變電樞電流的數(shù)值，分別在接近最大電流至接近最大轉(zhuǎn)速的電流范圍內(nèi)，選擇4-5個電流值按同樣步驟進行上述測定。試驗后以電樞電流人為橫坐標，/％為縱坐標，繪制出面/％=關(guān)系曲線，坐標內(nèi)被上、下兩條曲線包圍的區(qū)域稱為無火花換向區(qū)。 無火花換向區(qū)域曲線如圖6-9所示的3種典型情況，根據(jù)無火花換向區(qū)的曲線形狀，就能確定換向應(yīng)的補償品質(zhì)。

38、 圖6-9 無火花換向區(qū)域曲線 （a）正確補償； （b）過補償； （c）欠補償。 1.正確補償情況 此時換向元件內(nèi)的電抗電勢與換向電勢即基本相等，因此在同一電樞電流下，出現(xiàn)1級火花時換向極所需的，從而得到圖6-9（ａ）所示的曲線，由此得出結(jié)論：如果無火花換向區(qū)曲線的平均線與橫坐標重合，則說明換向極補償正確，不需作任何調(diào)整。 2.過補償情況 此時在某一電樞電流下，換向極未加饋時所產(chǎn)生的換向電勢已大于電勢，因此出現(xiàn)級火花時，換向極所需的，從而得到圖6-9）所示曲線，其結(jié)論是：如果無火花換向區(qū)曲線的平均線位于橫坐標的下方時，則說明電機為過補償換向。處理方法是：在不改變換向極線圈匝數(shù)和勵磁

39、電流的情況下，可將換向極第二氣隙加大，即用薄鋼片或環(huán)玻璃布板等非磁性墊片，替換向極第二氣隙中的磁性墊片。對于新設(shè)計的電機也可調(diào)整換向極線圈的匝數(shù)，過補償時可減少匝數(shù)。 3.欠補償情況 此時由于換向極磁勢過弱，所以同一電樞電流下的，則無火花換向區(qū) 曲線的平均線位于橫坐標的上方，如圖6-9）所示。其處理方法與過補償情況相反。 七、電樞繞組匝間絕緣介電強度試驗 此項試驗在電機熱態(tài)下進行，用來檢查電樞繞組的匝間絕緣強度。試驗時，被試電機作他勵發(fā)電機空載運行（他勵電源可由升壓機供給），給予額定通風(fēng)量，用增加他勵電流（不超過1.5倍額定電流）和提高電機轉(zhuǎn)速（發(fā)電機轉(zhuǎn)速不超過1.15倍的額定轉(zhuǎn)

40、速，電動機轉(zhuǎn)速不超過最大轉(zhuǎn)速）的方法，使被試電機的空載電壓達到1.3倍的額定電壓，持續(xù)運行5min后，電樞繞愛的匝間絕緣應(yīng)無擊穿現(xiàn)象。 八、繞組對機座及繞組相互之間絕緣介電強度試驗 此項試驗也稱為耐壓試驗，被試電機應(yīng)在熱態(tài)及靜止情況下進行本項試驗，此時電機各部件位置相當于正常工作狀態(tài)，且不得在電機繞組或引出線之間填以臨時絕緣物體。試驗電壓為盡可能正弦波交流電壓，頻率為50HZ，由試驗變壓器供給。變壓器容量按每1KV試驗電壓不小于1KVA設(shè)置。試驗電壓值可在被試端用靜電電壓表或通過電壓互感器接電壓表來測量。 對于國產(chǎn)SS系列電力機車的牽引電動機，試驗電壓值規(guī)定為2.25U＋2000(

41、V)，式中U為主變壓器原邊繞組在接觸網(wǎng)的額定電壓25KV時，通過主變壓器、硅機組及平波電抗器可能加在電機或繞組上的最高對地電壓（即U=1.16U）。 試驗前應(yīng)先測定繞組的絕緣電阻。試驗應(yīng)對每個單獨電路逐一進行。試驗時，試驗電壓應(yīng)施加于被試繞組的出線端和機座之間，此時其他不參與試驗的繞組均應(yīng)與機座連接。施加電壓應(yīng)從不超過1/3試驗電壓值開始，逐步均勻增加至全值電壓，在全值電壓下保持1min，然后迅速降至1/3值以下，再斷開電源。在試驗過程中，電機絕緣應(yīng)不被擊穿。 本項試驗完成后，繞組應(yīng)及時對地放電，并復(fù)測絕緣電阻，以確認電機合格。同一臺電機不應(yīng)重復(fù)進行本項試驗。但如用戶提出要求，可允許再進行

42、一次試驗，但試驗電壓值應(yīng)不超過規(guī)定數(shù)值的85%。 第四節(jié) 脈流牽引電動機的試驗線路 脈流牽引電動機的例行試驗和型式試驗項目及要求與直流牽引電動機基本相同，但由于它的工作電源性質(zhì)不同，將對脈流牽引電動機的溫升、換向性能及工作特性等方面產(chǎn)生一定的影響。為了確定脈流牽引電動機在直流工況下和脈流工況下的差別，試驗規(guī)則規(guī)定：脈流牽引電動機的某些型式試驗項目（溫升試驗、換向試驗和速率繪制），應(yīng)在具有實際脈動頻率和電流脈動系數(shù)的脈動電壓下進行；這些試驗使用的設(shè)備所產(chǎn)生的電流脈動系數(shù)應(yīng)盡可能和實際運行中整個工作范圍內(nèi)出現(xiàn)的脈動系數(shù)接近。為了滿足上述試驗條件的要求，在進行脈流牽引電動機的型式試驗時，常用的

43、脈流反饋試驗線路有以下3種。 一、帶升壓機電源的脈流試驗線路。 這種反饋線路如圖6-10所示，其試驗原理及線路與直流牽引電動機反饋試驗基本相同，區(qū)別僅在于：圖6-10中采用硅整流裝置SR1及SR2代替了直流反饋試驗線路中的線路發(fā)電機及升壓發(fā)電機。這兩個整流裝置輸人的交流電源也應(yīng)與機車實際工作狀態(tài)一致，可以是單相或三相交流電源；SR1及SR2可以是不可控的硅整流裝置，也可以是晶閘管可控整流裝置，視被試電動機Ｍ在機車上的工況而定。電流脈動系數(shù)Ki可通過鐵心電抗器Ｌ的抽頭進行調(diào)節(jié)。 圖6-10 帶升壓電源的脈流試驗線路 圖6-11 陪試機他勵的脈流試驗線路

44、 顯然，采用這種線路可以對被試電機Ｍ進行例行試驗和型式試驗規(guī)定的各個項目，但由于被試電機M與陪試電機G的平均電流及其脈動電流大小不相等，磁特性與雜散附加損耗均不相同，因而采用這種線路難以精確測定其損耗數(shù)值與效率。另外，整流裝置SR1的輸出電壓應(yīng)為被試電動機Ｍ額定電壓的1.2倍，是一個高壓整流電源設(shè)備。為了減少試驗設(shè)備的投資，對于一些不需要對電機作整套型式試驗項目的廠、段，也可采用圖6-11所示的陪試機他勵的反饋試驗線路。這種線路中采用硅整流裝置SR取代圖6-4直流試驗線路中的直流升壓機，以獲得脈動電流。被試電機M的恒定電壓必須通過SR及TG的同時調(diào)節(jié)方能達到，故調(diào)節(jié)較困難，其損耗與效率也難以測

45、定。 二、采用工加法的反饋試驗線路 對于不可控整流電源下工作的脈流牽引電動機，脈動電源中主要包括直流分量和兩倍電網(wǎng)頻率的交流分量兩部分。據(jù)此，只要在直流反饋試驗線路的基礎(chǔ)上，疊加一個頻率為100HZ的交流電源，即可對被試電機M進行模擬實際電源的試驗，其線路原理圖如圖6-12所示。 圖6-12 疊加法反饋試驗電路 (a)電流脈動系數(shù)可調(diào)的反饋線路；(b)100HZ交流電源電路。 圖6-12（ａ）中除了加入調(diào)節(jié)被試電機Ｍ和電源支路的電流脈動系數(shù)的電抗器L和平波電抗器L；以及在升壓機S支路內(nèi)串人塞流電抗器Lｓ外，與直流牽引電動機的反饋試驗線路完全相同，其風(fēng)仍為高電壓的直流電源。100

46、HZ交流電源分量的加入則由圖（6-12）所示的線路來實現(xiàn)，其中SY為三相同步電動機，AS為三相繞線式感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子AS為其定子，如在AS中供饋50HZ的交流電，則當轉(zhuǎn)子在靜止狀態(tài)時，其定子AS的三相繞組也感應(yīng)出相應(yīng)的50HZ交流電。顯然，當同步電動機SY以同步速率拖動三相電動機的轉(zhuǎn)子AS，并使其沿轉(zhuǎn)子ASｚ的旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動時，則在感應(yīng)電動機的定子AS三相繞組中將感應(yīng)出頻率為 100HZ的交流電，此時只要將AS的兩相接入調(diào)壓器T，通過調(diào)節(jié)T即可在1、2端頭得到所需的100HZ交流電，圖6-12）中電容C起到隔直流作用，使直流電源不致進入調(diào)壓器T。 試驗時只需調(diào)節(jié)升壓機S的勵磁，即可改變被試

47、電機的負載，調(diào)節(jié)調(diào)壓器T及鐵心電抗器Ｌ抽頭即可改變被試電機Ｍ的交流分量，線路的調(diào)試是簡便的。疊加法線路雖屬模擬性質(zhì)，但對計些不需要精確測量怕?lián)p耗、效率等）的性能試驗已能滿足要求，在專門研究100HZ交流分量對脈流牽引電動機的性能影響時，此線路的優(yōu)點是顯然的。 小 結(jié) 牽引電動機試驗的目的在于全面評定被試電動機的部件溫升、工作特性、換向、絕緣及機械強度等技術(shù)性能。牽引電動機的試驗主要有例行試驗和型式試驗兩類。例行試驗是每臺出廠電機都必須進行的試驗項目，主要包括：小時溫升試驗、速率特性測定、超速試驗、換向試驗及耐壓試驗等。 直流牽引電動機的試驗線路可以有多種形式，目前廣泛采用帶升壓電源

48、的反饋負載試驗線路，該試驗線路的優(yōu)點是：被試電動機的試驗工況調(diào)節(jié)簡便；電機各類損耗可分別直接由線路電源和升壓電源確定，因此能方便地確定電機效率；試驗時消耗的能量較少。對于僅需作一般性檢查試驗的廠、段，也可采用陪試機他勵的反饋試驗線路，該線路的優(yōu)點是可省去高壓線路電源，節(jié)省投資。 直流牽引電動機試驗前應(yīng)做的準備工作主要有：繞組冷態(tài)直流電阻測定、空轉(zhuǎn)試驗及電刷中性線測定等。直流牽引電動機的例行試驗的試驗項目必須按規(guī)定程序逐項進行，即應(yīng)先進行小時溫升試驗，其他項目均應(yīng)在電機熱態(tài)下進行。各項試驗應(yīng)根據(jù)《機車電機試驗方法一直流電機》及該型電機“試驗大綱”規(guī)定的試驗方法進行，試驗結(jié)果應(yīng)符合《機車用直流電

49、機基本技術(shù)條件》中規(guī)定的技術(shù)要求。 脈流牽引電動機的試驗項目及技術(shù)要求與直流牽引電動機基本相同，但脈流牽引電動機的某些型式試驗項目（溫升、換向和特性曲線試驗）應(yīng)在具有實際脈動頻率和電流脈動系數(shù)的脈動電流下進行。因此，脈流試驗時，應(yīng)在直流反饋試驗線路的基礎(chǔ)上，用脈動電源取代直流線路電源和升壓電源，并增設(shè)帶抽頭的平波電抗器，以調(diào)節(jié)電流脈動系數(shù)的大小。也可在直流試驗線路上疊加一個100HZ交流電，對被試電機進行模擬實際電源的試驗。 復(fù)習(xí)思考題 1、畫出直流牽引電動機的帶升壓機的反饋試驗線路，并說明： （1）反饋負載試驗的基本原理是什么？ （2）被試電動機的試驗工況如何調(diào)節(jié)？在調(diào)節(jié)過程中應(yīng)注

50、意哪些問題？ （3）被試電動機的各類損耗如何確定？ 2、直流牽引電動機試驗前應(yīng)做哪些準備工作？繞組冷態(tài)直流電阻測定及空轉(zhuǎn)試驗的目的和要求是什么？ 3、直流牽引電動機測定電刷中性線的方法有哪幾種？簡述用感應(yīng)法測定電劇中性線的方法。 4、直流牽引電動機小時溫升試驗的目的和要求是什么？簡要說明：定子繞組、電樞繞組及換向器的溫升測量方法有何異同？ 5、簡述速率特性測定試驗的目的及速率特性的允許偏差標準。速率特性不合要求的原因是什么？應(yīng)如何處理？ 6、直流牽引電動機換向試驗的目的和要求是什么？換向試驗應(yīng)在哪幾個工況下進行？ 7、畫出直流牽引、電動機最佳換向區(qū)測定的試驗原理線路圖。簡要說明： （1）試驗操作步驟和測定方法； （2）根據(jù)無火花換向區(qū)域曲線形狀，如何調(diào)整換向極的補償作用？ 8、簡述直流牽引電動機耐壓試驗的方法及要求，耐壓試驗時應(yīng)注意什么？ 9、脈流牽引電動機的型式試驗有何特殊要求？常用的脈流牽引電動機反饋試驗線路有何特點？