高速动车组牵引电机环境适应性研究

摘  要：针对某高速动车组牵引电机运行要求，按照标准开展高温、低温、盐雾、湿热及线路振动等环境适应性模拟试验，并对试验电机性能进行评估。试验结果表明电机结构具有上述环境适应性能力，满足运行要求。本文将为后续动车组牵引电机在复杂环境下运行提供试验思路和方法，保证电机的可靠性和使用寿命。

关键词：牵引电机；结构；环境适应性；可靠性；

Abstract： According to the operation requirements of high-speed EMU traction motor， the environmental adaptability simulation tests of high temperature， low temperature， salt spray， damp heat and line vibration were carried out according to the standard， and the performance of the test motor was evaluated. It shows that the motor structure has the above environmental adaptability and meets the operation requirements.This thesis will provide test ideas and methods for subsequent EMU traction motor operation under complex environment to ensure the reliability and service life of the motor.

Keywords： dtraction motor； structure；environmental adaptability；reliability；

0引  言

高速铁路的发展是我国乃至当今世界轨道交通发展的大趋势。我国幅员辽阔，环境工况复杂多变。作为高速动车组的核心部件，牵引电机通常安装在车体下部的转向架上，需要承受高温、低温、盐雾、湿热及线路振动的影响。高温环境会使电机温度过高，从而影响电机绝缘寿命。在极寒地区易发生牵引电机绝缘表面凝露甚至积水，降低绝缘性能，严重时甚至导致绝缘结构击穿失效。在盐雾电机部件易备腐蚀，在湿热环境，电机绝缘性能下降易导致接地故障等。因此，对牵引电机环境适应性研究非常必要。

本文从某时速200公里动车组牵引电机的环境适应性研究，对各种环境工况进行了验证分析，充分说明了试验电机满足运行要求。同时，本研究对后续轨道交通电机设计都具有参考意义。

1.高温适应性研究

我国夏季最高温度可达40℃以上，地面温度最高可达50℃以上。非洲及阿拉伯等国外地区最高温度甚至超过上述温度。牵引电机虽然在车下遮阴处，但受地面温度辐射影响，其周围环境温度最高也能达到60℃左右。牵引电机启动时，电机温度与环境温度基本保持一致，电机各部件材料性能及电机特性首先要满足启动要求。

1.1 环境影响

1.1.1 试验要求

按照标准GB/T 2423.2-2008/IEC 60068-2-2 2007《电工电子产品环境试验  第2部分：试验方法试验B：高温》中散热试验样品高温试验。将电机放置于环境试验箱中，将温度调节为 60℃，保证试验过程中试验箱温度处于 60±2℃范围内，放置16h。整个试验过程电机通电，空载运行应正常。试验结束后，将电机温度恢复到环境温度后，电机外观良好，无影响正常使用的缺陷，通电启动空载运行应正常。

1.1.2 试验验证

1.2 温升余量

绕组温升是评判牵引电机合格的决定性要素。绕组温升的变化通过铁芯温度传感器监测，再将检测结果发送到系统TCU中，与设定的温度限值进行比较，超过限值系统就会自动发出警报。根据行业规定，电机运行最高工作温度为180℃，按耐温等级200℃进行绝缘设计并考核，根据JB/T 50133-1999《中型高压电机少胶整浸线圈产品质量分等》规定，绝缘结构热寿命应不低于20000ｈ，根据阿仑尼乌斯方程：（式屮：A、B为常数，L为绝缘寿命，T为温度），可以估算出温度每升高10℃，绕组绝缘寿命将缩短一半。因此，电机绝缘系统在180℃以下应具有80000ｈ的寿命。当电机全年有1/3的时间运行时，电机绝缘热寿命可达27年［1］。

2.低温适应性研究

我国冬季除漠河等极寒地区外，一般环境最低温度在-25℃左右。机座材料受低温冲击功影响，绝缘材料受低温脆化影响，润滑脂受锥入度影响可能会降低电机力学及电气性能。牵引电机绝缘结构暴露在户外环境，在寒冷地区，低温环境极易造成牵引电机的绝缘表面凝露甚至积水，从而在一定程度上增大泄漏电流，降低绝缘性能，严重时甚至导致绝缘结构击穿失效[2]。

2.1 试验要求

按照标准GB/T 2423.1-2008/ IEC 60068-2-2 2007《电工电子产品环境试验  第2部分：试验方法试验A：低温》进行低温存放及低温试验。将电机放置于环境试验箱中，将温度设定为-25℃，保证试验过程中试验箱温度处于-25±2℃范围内，放置16h。放置时间终了，在保持低温状态下给电机通电，运行应正常。

试验结束后，将电机温度恢复到环境温度后检查测试：电机外观良好，无影响正常使用的缺陷，通电启动空载运行应正常。

2.2 试验验证

3.盐雾适应性研究

我国经济发达地区主要集中在沿海，海洋性气候中的盐雾成分对电机涂层及绝缘材料影响巨大。海洋大气中盐雾含量的影响因素主要由气候条件（风向、风速、温度等）和自然环境条件（海岸 线地貌、离海岸距离等）两个方面。广州电气科学研究所曾于20 世纪60 年代和 80 年代，对我国部分沿海地区空气中盐雾含量进行了多次测量，其测定方法是：润湿纱布缠绕的蜡烛型采样器采样， 用硝酸银或容量法测氯离子含量。实际测量盐雾 含量在 0.024～1.375 mg/m3 范围内。海面上空气 中盐雾含量由舰船来测定，我国东南海盐雾含量 在 0.148～0.480 mg/m3［3］。

为提高电机抗盐雾能力，电机紧固件选用既环保又耐盐雾腐蚀的Coating锌铝涂层材料；电机表面漆选用具有耐盐雾性能的HS2130环氧磷酸锌底漆+HS8809聚氨酯面漆；电机绕组采用VPI工艺，浸渍PB302绝缘漆。

3.1 试验方案

为验证电机在盐雾环境下的适应性，按照标准IEC60068-2-11：2021 《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Ka：盐雾》进行盐雾试验。

（1）盐溶液：质量百分比浓度为5%±1%得氯化钠溶液，溶液的PH值在温度为（35±2）℃时为6.5～7.2内。

（2）箱内温度为（35±2）℃

（3）试验周期：48小时。

（4）试验样品按照油漆涂装规范后进行相关试验。

（5）将试验样品放入盐雾箱内，按项3规定的时间持续喷雾。

（6） 试验结束后，用流动水轻轻洗去试验样品表面的盐沉淀物，洗涤水温度不超过35℃，然后将试验样品置于正常大气条件下恢复1h～2h。

3.2 验证评价

（1）电机外观未有漆皮起皱。脱落现象；

（2）电机绕组绝缘电阻值＞500MΩ;

（3）电机启动正常，运转灵活。

4.湿热适应性研究

我国南方地区及国外东南亚地区气候条件高温潮湿，影响电机漆膜密闭性及绝缘吸潮性，引起电机绝缘性能下降，严重时甚至导致电机接地故障发生。

4.1 试验方案

（1）浸水检测

电机定子以卧姿状态，整体浸入水箱，仅留三相引线漏出水面。浸水3小时后，在水中检测绕组绝缘电阻值大于2000MΩ，检测结果合格。

（2）湿热检测

为验证电机在湿热环境下的适应性，按照标准GB/T 2423.4-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法》试验Db：交变湿热（12h+12h循环）标准进行6周期的高温55℃交变湿热试验。

试验后在 1h 之内，将相对湿度降到（75±2）%，然后再在另外 1h 将温度调整到实验室温度±1K，去除表面湿气。观察电机表面无锈蚀，用频率 50Hz ，85%额定电压对电机进行耐压检测，历时 1min 未发生闪络和击穿。

5.线路振动冲击适应性研究

动车组牵引电机一般为架悬安装，按照标准IEC61373-2010《机车车辆设备冲击和振动试验》中2类转向架安装等级要求，对电机分别进行模拟长寿命振动试验、冲击试验及功能性振动试验。

5.1 试验方案

（1）模拟长寿命振动试验

按照表3中相关数值在垂向、横向及纵向三个方向上分别进行5小时试验。

（2）冲击试验

按照表4中相关数值在垂向、横向及纵向三个方向进行冲击试验，冲击次数为三个正交平面上正向、反向各冲击3次，合计18次。

（3）功能性振动试验

试验电机由工频、正弦380V电源供电，空载运转。电机沿垂向、横向及纵向分别进行功能性振动试验，每个方向试验时间15min。

5.2 试验验证

试验按照标准要求加载，如图5。试验完成后对电机压圈和吊挂关键承力部位进行磁粉探伤，探伤结果合格。

6.结语

通过对电机在高温、低温、盐雾、湿热及线路振动等环境适应性模拟试验，检测复杂环境对牵引电机结构及性能的影响。主要得到以下结论：

自然环境复杂多变，选择合理的材料，设计合理的结构，以提高电机的环境适应能力才能够保证电机在复杂的自然环境中全寿命周期安全可靠性，保证乘客的生命财产安全。

参考文献

[1]邱添，高云霞，邓日江. 高原机车牵引电机绝缘结构的环境适应性[J]. 电机技术，2017（4）：38-42刘学忠，王放文，张天龙，等. 5MW海上风力发

[2]电机绝缘系统的 海洋环境模拟试验研究[J]. 高压电器，2015，51（5）：20-24

[3]左平 海洋型双馈风力发电机机座密封及表面

[4]防腐工艺研究[J]. 船电技术 2014（4）：22-24