１ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ 变频异步牵引电机设计时在满足变 流器运行的要求下取较小转差率获得整个恒功区高达 ９４％以上的效率。其牵引效率曲线如图 ２ 所示， 制动效率 曲线如图 ３ 所示。在恒功运行区运行时， 效率高达 ９４％以 上。 ４．６ 轴承
由于变流器供电对电机磁路造成干扰， 导致变频电 机轴承容易产生电腐蚀， 使轴承损伤， 缩小轴承使用寿 命， 特别是大功率电机， 这种现象更显著。
摘 要 ： 介 绍 ＨＸＤ１ 型 大 功 率交 流 传 动电 力 机 车用 １ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ 型 变 频异 步 牵 引电 机 的 基 本 结 构 、 技 术 参 数 和 特
性， 并结合该电机的特征阐述了变频牵引电机的设计参数选取要点。
关键词： 变频牵引电机； 异步电动机； 参数； 结构； 特性
第 ３０ 卷 第 １ 期 ２００７ 年 １ 月 ２０ 日
◆ 大功率机车 ◆
电力机车与城轨车辆 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ ＆ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ
Ｖｏｌ． ３０ Ｎｏ． １ Ｊａｎ． ２０ｔｈ， ２００７和谐 HXD1型机车用变 Nhomakorabea异步牵引电机
邓日江
（ 株洲南车电机股份有限公司， 湖南 株洲 ４１２００１）
３．２ 制动特性 电机制动功率为 １ １７６ ｋＷ。 制动起始点亦即最高制动速度点、制动恒功起 始点 ：
电机的制动力矩为 ３ ３４０ Ｎ·ｍ， 转速为 ３ ３０５ ｒ／ｍｉｎ。 制动恒功结束点： 电机的制动力矩为 ５ ４４０ Ｎ·ｍ， 转
速为 ２ ０６５ ｒ／ｍｉｎ。 制 动 结 束 点 ： 电 机 制 动 力 矩 为 ５ ４４０ Ｎ·ｍ， 转 速 为
可见， 变频电机极数不能只根据使电机体积和重量 最小的原则选择， 还必须考虑变流器的 限制、频率、损 耗 分布和功率因数等因素。１ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ 变频异步牵引 电机就采用了 ４ 极结构设计， 完全符合极数的选择原则。 ４．３ 定子导体
沿定子槽高度存在分布不均的磁场， 靠近槽口处最 强， 导致导线中电流密度分布不均， 导体靠近槽口处电流 密度最大， 使得电阻增大， 铜耗增加。对小功率电机散嵌
电 机 转 子 主 要 由 导 条 、端 环 、压 圈 、铁 心 和 转 轴 等 部 件组成， 采用铜条鼠笼结构， 特别适用于逆变器供电工 况。为获得更大的额定功率和减少损耗， 转子铁心进行了 优化设计。
电机转轴采用锻造的优质合金钢材料， 具有较高的 机械强度、抗疲劳性能和耐冲击性能。
采用高品质的绝缘轴承， 能有效地防止电流腐蚀， 运 行可靠。非传动端轴承采用润滑脂润滑， 并具有补充润滑 脂的功能。传动端轴承采用油润滑， 经过优化设计的润滑 油路既能保证充分的润滑油润滑轴承， 又不至于因油太 多而导致轴承发热和油泄露， 齿轮磨耗留下的杂质也不 会与润滑油一起进入轴承， 确保轴承安全运行。轴承密封 采用无接触式迷宫结构。轴承计算寿命不少于 ２００ 万 ｋｍ。
１ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ 变频异步牵引电机与传动系统匹配 了大的传动比。为了达到如此大的传动比， 电机转轴采用 了内圆锥轴伸结构。 ４．２ 电机极数
通常机车用异步牵引电机极数可以选择 ４ 极和 ６ 极。 从电动机设计的原则来看， 为了获得单位质量的最大转 矩， ６ 极电机比 ４ 极电机好， 因为 ６ 极电机比 ４ 极电机的 气 隙 磁 密 高 、线 圈 端 部 短 和 定 子 内 径 大 。然 而 在 实 际 运 用 中， ４ 极电机比 ６ 极电机更优。在相同转速下， ４ 极电机的 工 作 频 率 比 ６ 极 电 机 低 ３０％， ４ 极 电 机 的 最 高 工 作 频 率 一 般 在 １２０ Ｈｚ 左 右 ， 而 ６ 极 电 机 的 最 高 工 作 频 率 达 到 １８０ Ｈｚ 左右。极数大， 电机工作频率高， 变流器的开关损 耗大， 效率低； 而且， 极数大， 工作频率高， 励磁电流大， 漏 抗大， 铁耗高， 导致电机功率因数低， 效率低。特别在高速 区， ４ 极电机比 ６ 极电机有更高的效率和好得多的功率因 数， 并且容易获得更宽的恒功区而不影响其他性能。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｂａｓａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｙｐｅ １ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ ｉｎｖｅｒｔｅｒ－ ｆｅｄ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ｆｏｒ ｔｙｐｅ ＨＸＤ１ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ． Ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ－ ｆｅｄ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｙｐｅ １ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ．
该电机铁心采用优质冷轧硅钢片叠压而成， 该硅钢 片绝缘性能强， 导磁性能好， 铁磁损耗小。
定子绕组匝间绝缘采用耐电晕薄膜， 主绝缘采用交 叉叠包的玻璃布补强有机硅云母带和亚胺薄膜， 嵌装后 整体真空压力浸有机硅漆， 具有良好的电气性能以及防 潮、防霉、耐振、寿命长、可靠性高等特点。绝缘等级 ２００ 级， 可以承受 １０ ｋＶ／μｓ 以上的匝间冲击电压。
１—Ｎ 端端盖； ２—定子； ３—转速传感器； ４—转子； ５—Ｎ 端轴承； ６—Ｄ 端轴承； ７—主动齿轮； ８—Ｄ 端端盖。
图 １ １ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ 型电机横剖面图
收稿日期： ２００６－ １２－ １０ 作者简介： 邓日江， 工程师， １９９４ 年毕业于华中理工大学电机专业， 现从事电机设计开发工作。
３ 特性
３．１ 牵引特性 起动点： 电机转矩为 ９ ３３７ Ｎ·ｍ， 转 速 为 ０， 恒 转 矩 起
动至 １３７ ｒ／ｍｉｎ。 恒转矩转折点： 电机力矩 ９ ３３７ Ｎ·ｍ， 转速 １３７ ｒ／ｍｉｎ。 恒功起始点： 电机力矩 ６ ７７０ Ｎ·ｍ， 转速 １ ７２６ ｒ／ｍｉｎ。 恒功结束点： 电机力矩 ３ ５３７ Ｎ·ｍ， 转速 ３ ３０５ ｒ／ｍｉｎ。
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｉｎｖｅｒｔｅｒ－ ｆｅｄ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ； ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ； ｐａｒａｍｅｔｅｒ； ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
ＨＸＤ１ 型 大 功 率 交 流 传 动 电 力 机 车 采 用 引 进 的 １ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ 型变频异步牵引电机。该电机由西门子 公司开发 ， 其设计符合 ＩＥＣ６０３４９－ ２ 的 要 求 ， 有 着 优 异 的 调速性能， 克服了直流电机的许多缺点。
冷却方式
强迫风冷
冷却风量 ／ｍ３·ｓ－１
１．３５
悬挂方式
滚动轴承的抱轴式悬挂
质量 ／ｋｇ
约 ２ ５００
２ 结构
１ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ 型电机采用滚动轴承的抱轴式悬挂 方式横向安装， 每台 ＨＸＤ１ 型机车由 ８ 台该电机驱动。该 电机采用铜条鼠笼转子。为适应不带电抗器的 ＩＧＢＴ 变流 器的运行， 电机进行了优化设计。１ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ 电机主 要由定子、转子、端盖和轴承等部件组成， 其横剖 面图 如 图 １ 所示。
１ 主要技术参数
额定功率 ／ｋＷ
１ ２２４
额定电压 ／Ｖ
１ ３７５
额定电流 ／Ａ
５８４
效率 ／％
９４．５
最高电压 ／Ｖ
１ ４２０
最大电流 ／Ａ
８１４
额定转速 ／ｒ·ｍｉｎ－１
１ ７２６
最高转速 ／ｒ·ｍｉｎ－１
３ ４６０
工作频率范围 ／Ｈｚ
０～ １１７
极对数
２
绝缘等级（ 一体化真空浸无溶剂漆）
２００ 级
在定子铁心齿中安装有温度传感器， 用于监控定子 绕组温度， 保证电机的安全运行。
牵引电机的转速测量及转向确定是由装在电机非传 动端的双通道速度传感器完成的。它给出两路相差 ９０° 的速度信号， 这两个信号用来测量电机转速和判定电机 转向， 以便对电机进行控制。两路信号的相位差用来判断 电机转向。
电机采用强迫通风空气冷却结构。电机设计使用寿 命为 ３０ 年。
现代电机设计追求高效率以节约能源， 高效率电机 主要考虑降低电机铜耗， 因为电机损耗主要体现在铜耗。 电机铜耗包括定子铜耗和转子铜耗， 将电机定子和转子 的电阻减小， 即可减少电机铜耗。对提高效率来说， 电阻 越小越好， 但对变流器供电的电机， 由于存在控制特性的 匹配问题， 转子转差率不能太小； 而且 由于 ＨＸＤ１ 型机车 电机是并联运行的， 转差率更不能太小。所以在满足变流 器运行的要求下， 取最小的转差率以获得电机的高效率。
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电力机车与城轨车辆·２００７ 年第 １ 期
绕组来说， 这个问题容易解决； 大功率电机采用成型绕 组， 有效的方法是降低导体的高度和增加导体的宽度。
１ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ 变频异步牵引电机定子绕组导体高 度较小， 宽度较大。为了有效降低导体刚度利于绕组成型 尺寸的稳定性和便于嵌装， 在宽度方向采用两根并绕的 方式。 ４．４ 转子导条和槽形
１３７ ｒ／ｍｉｎ。
４ 设计探讨
１ＴＢ２６２４－ ０ＴＤ０２ 变 频 异 步 牵 引 电 机 应 用 于 ＨＸＤ１ 型 机车， 遵循了变频异步牵引电机基本设计原则， 在选择参 数时， 进行了仔细地权衡， 其设计经验值得借鉴。 ４．１ 电机起动转矩和传动比
机车设计时应根据负载要求选择合适的起动牵引 力。为满足起动牵引力的要求， 可以在电机的起动转矩和 齿轮传动比之间进行匹配， 以达到双方最优。可以选择大 传动比， 降低电机的转矩； 也可以要求电机高转矩， 选择 小传动比， 降低对传动齿轮的要求。起动牵引力一定时， 传动比大， 电机起动转矩小， 电机起动电流小， 可以选择 较低磁场密度， 降低电机的磁场饱和度， 利于控制的准确 性和稳定性， 同时降低综合成本。电机与传动系统的最优 匹配是在保证齿轮强度的前提下， 选择大传动比， 降低电 机起动转矩。