交流牽引電機型式試驗平臺的研究

田棟棟

(陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714000)

針對牽引電氣系統的控制和集成是一項十分重要的研究工作，需要針對整個傳動系統實施十分精確的試驗，進而確保相關部件在運行狀態下能夠相關協調[1]。通過交流牽引電機型式試驗，研究者可以及時認識到參數、結構、系統等方面存在的不足并做出相應的改進，可進一步縮短研發周期[2]。

1 系統設計需求

本次研究通過交流傳動動態試驗臺和由交流傳動地面試驗臺相結合的方式建立起了一套交流牽引電機型式試驗平臺。其中交流傳動地面試驗臺以軌道交通牽引系統為被試對象，具體包括軌道控制系統、牽引電動機、牽引變流器以及牽引變壓器；交流傳動動態試驗臺以牽引傳動系統為被試對象，比如齒輪傳動以及轉向架等。從實驗工作需求以及傳統試驗平臺改進兩方面的角度出發，對新型交流牽引電機型式試驗平臺的設計方案進行更新與優化，進而為被試對象的改進提供更加豐富的試驗環境。

2 總體設計方案

本次研究根據IEC61377標準所提出的交流牽引電機型式試驗平臺的相關應用需求，并結合軌道交通交流傳動的電壓等級與電源制式，設計了一套如圖1所示的集成多種試驗線路的組合系統。

3 系統詳細設計方案

本次研究針對交流牽引電機型式試驗平臺的特殊要求專門設計了1TM1、1TM2、1TM3、三相結合調壓器，該方案能夠將AV 10kV轉換為三相AV 330～1 860 V，所形成的電流可應用于三相交直交變流器組合試驗[3]。在三相四象限整流器的幫助下所產生的直流電源能夠提供連接可DC 445～ DC 2 511 V試驗環境，進而為DC1 500 V、DC750 V電壓等級的直交變流器同步電機驅動組和直交變流器異步電機驅動組建立試驗電源[4]。

TM10為三相感應調壓器，該裝置能夠將三相AC 10 kV轉換為AC 300 V～10.5 kV，所形成的實驗電源可以應用于H相交直交變流器組合試驗[5]。在整流變壓器TM11與TM12的幫助下，所形成的交流試驗電源可以為試驗提供DC 50～DC 5 750 V的試驗環境[6]。在十二脈波相整流器的幫助下，所形成的直流電源可以提供連續可調的DC 50～DC 5 750 V試驗環境，即能夠滿足DC1 500 V、DC750 V電壓等級的試驗，也能夠為直交變流器同步電機驅動和直交變流器異步電機驅組合試驗提供DC3 000 V及以上的試驗電源[7]。

圖1 交流牽引電機型式試驗平臺總體設計方案

TM13與TM0之間互為冗余，同為單相升壓變壓器，能夠將AC 10 kV轉換為AC 25 kV，所形成的試驗電源能夠應用于單相交直交變流器同步電機驅動和單相交直交變流器異步電機驅動組在AC 25 kV環境下的試驗[8]。出于25 kV電網供電電壓變化范圍適應性方面的考慮，本次研究將TM13設計為一個單相變壓器和一個單相調壓器相結合的變壓器，能夠提供17～32 kV的輸出電壓。

在圖1中，G為陪試異步牽引電動機、U為陪試牽引變流器、TM為陪試牽引變壓器，本次研究將G10、G11、G12、G13和TM14、TM15、U12、U13結合起來，進而建立一個應用于四軸動車地面試驗臺的負載，借助解耦或耦合技術能夠針對諸如軸控、架控、車控等模擬應用試驗提供負載[9]。

本次研究將G17、G18、G19、G20、G21、G22、U14、U15、U16、TM16、TM17、TM18結合起來，所建立的負載可應用于H軸機車地面試驗，在齒輪箱的耦合作用下，2臺陪試異步牽引電動機能夠為1臺被試電動機提供負載，所建立起來的負載能夠應用于軸控、架控等方面的模擬實驗，借助陪試變流器的轉速同步能夠對機車試驗臺的架空進行模擬[10]。

本次研究將25 kV高壓斷路器和PLC結合起來，所建立起來的高壓可按開關能夠達到AV 25 kV等級，進而對交流環境下所出現的供電中斷現象進行模擬[11]；通過直流高速斷路器與PLC相結合的方式所建立起來的高壓可按開關能夠達到DC 3 000 V等級的電壓水平，可以對短時直流環境下所出現的斷電現象進行模擬[12]。

試驗系統10 kV線路功率因數可以在功率補償裝置的作用下得到提升，進而對三相不平衡的現象起到一定的補償效果。

水電阻、電廠、電阻等元件可以為牽引變流器在無配套牽引電動機狀況下的研究性試驗和型式試驗提供模擬負載[13]。

本次研究所設計的交流牽引電機型式試驗平臺，其所提供的負載可以應用于三相440 V/60 Hz和380 V/50 Hz兩種典型應用。另外配套設計了1套30 kW的直流發電機機組負載和1套50 kW的直流發電機機組負載，通過調節勵磁電流的方式能夠同時調節發電機的電壓，而電阻則負責消耗由發電機所產生的電[14]。

4 結 語

本次研究詳細介紹了交流牽引電機型式試驗平臺的設計方案，重點闡述了陪試異步牽引電動機、陪試牽引變流器、陪試牽引變壓器的使用目的和使用方法，通過針對不同元件和組合來為電機型式實驗提供相應的電流環境與負載環境。在未來的研究工作中，還需要從規范化、標準化設計的角度出發，進一步提高系統的信息自動化水平、抗干擾性以及可靠性水平，實現自動生成原始記錄、自動數據分析、自動數據采集和自動過程控制，進而建立起一套一鍵式操作的交流牽引電機型式試驗平臺。