交流牵引电机型式试验平台的研究

田栋栋

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)

针对牵引电气系统的控制和集成是一项十分重要的研究工作，需要针对整个传动系统实施十分精确的试验，进而确保相关部件在运行状态下能够相关协调[1]。通过交流牵引电机型式试验，研究者可以及时认识到参数、结构、系统等方面存在的不足并做出相应的改进，可进一步缩短研发周期[2]。

1 系统设计需求

本次研究通过交流传动动态试验台和由交流传动地面试验台相结合的方式建立起了一套交流牵引电机型式试验平台。其中交流传动地面试验台以轨道交通牵引系统为被试对象，具体包括轨道控制系统、牵引电动机、牵引变流器以及牵引变压器；交流传动动态试验台以牵引传动系统为被试对象，比如齿轮传动以及转向架等。从实验工作需求以及传统试验平台改进两方面的角度出发，对新型交流牵引电机型式试验平台的设计方案进行更新与优化，进而为被试对象的改进提供更加丰富的试验环境。

2 总体设计方案

本次研究根据IEC61377标准所提出的交流牵引电机型式试验平台的相关应用需求，并结合轨道交通交流传动的电压等级与电源制式，设计了一套如图1所示的集成多种试验线路的组合系统。

3 系统详细设计方案

本次研究针对交流牵引电机型式试验平台的特殊要求专门设计了1TM1、1TM2、1TM3、三相结合调压器，该方案能够将AV 10kV转换为三相AV 330～1 860 V，所形成的电流可应用于三相交直交变流器组合试验[3]。在三相四象限整流器的帮助下所产生的直流电源能够提供连接可DC 445～ DC 2 511 V试验环境，进而为DC1 500 V、DC750 V电压等级的直交变流器同步电机驱动组和直交变流器异步电机驱动组建立试验电源[4]。

TM10为三相感应调压器，该装置能够将三相AC 10 kV转换为AC 300 V～10.5 kV，所形成的实验电源可以应用于H相交直交变流器组合试验[5]。在整流变压器TM11与TM12的帮助下，所形成的交流试验电源可以为试验提供DC 50～DC 5 750 V的试验环境[6]。在十二脉波相整流器的帮助下，所形成的直流电源可以提供连续可调的DC 50～DC 5 750 V试验环境，即能够满足DC1 500 V、DC750 V电压等级的试验，也能够为直交变流器同步电机驱动和直交变流器异步电机驱组合试验提供DC3 000 V及以上的试验电源[7]。

图1 交流牵引电机型式试验平台总体设计方案

TM13与TM0之间互为冗余，同为单相升压变压器，能够将AC 10 kV转换为AC 25 kV，所形成的试验电源能够应用于单相交直交变流器同步电机驱动和单相交直交变流器异步电机驱动组在AC 25 kV环境下的试验[8]。出于25 kV电网供电电压变化范围适应性方面的考虑，本次研究将TM13设计为一个单相变压器和一个单相调压器相结合的变压器，能够提供17～32 kV的输出电压。

在图1中，G为陪试异步牵引电动机、U为陪试牵引变流器、TM为陪试牵引变压器，本次研究将G10、G11、G12、G13和TM14、TM15、U12、U13结合起来，进而建立一个应用于四轴动车地面试验台的负载，借助解耦或耦合技术能够针对诸如轴控、架控、车控等模拟应用试验提供负载[9]。

本次研究将G17、G18、G19、G20、G21、G22、U14、U15、U16、TM16、TM17、TM18结合起来，所建立的负载可应用于H轴机车地面试验，在齿轮箱的耦合作用下，2台陪试异步牵引电动机能够为1台被试电动机提供负载，所建立起来的负载能够应用于轴控、架控等方面的模拟实验，借助陪试变流器的转速同步能够对机车试验台的架空进行模拟[10]。

本次研究将25 kV高压断路器和PLC结合起来，所建立起来的高压可按开关能够达到AV 25 kV等级，进而对交流环境下所出现的供电中断现象进行模拟[11]；通过直流高速断路器与PLC相结合的方式所建立起来的高压可按开关能够达到DC 3 000 V等级的电压水平，可以对短时直流环境下所出现的断电现象进行模拟[12]。

试验系统10 kV线路功率因数可以在功率补偿装置的作用下得到提升，进而对三相不平衡的现象起到一定的补偿效果。

水电阻、电厂、电阻等元件可以为牵引变流器在无配套牵引电动机状况下的研究性试验和型式试验提供模拟负载[13]。

本次研究所设计的交流牵引电机型式试验平台，其所提供的负载可以应用于三相440 V/60 Hz和380 V/50 Hz两种典型应用。另外配套设计了1套30 kW的直流发电机机组负载和1套50 kW的直流发电机机组负载，通过调节励磁电流的方式能够同时调节发电机的电压，而电阻则负责消耗由发电机所产生的电[14]。

4 结 语

本次研究详细介绍了交流牵引电机型式试验平台的设计方案，重点阐述了陪试异步牵引电动机、陪试牵引变流器、陪试牵引变压器的使用目的和使用方法，通过针对不同元件和组合来为电机型式实验提供相应的电流环境与负载环境。在未来的研究工作中，还需要从规范化、标准化设计的角度出发，进一步提高系统的信息自动化水平、抗干扰性以及可靠性水平，实现自动生成原始记录、自动数据分析、自动数据采集和自动过程控制，进而建立起一套一键式操作的交流牵引电机型式试验平台。