关键字：CRH3C型动车组, 热容量, 冷却系统
中图分类号：U266.2 文献标识码：A
0 引言
随着科技的进步，动车组运行速度提高，相应功耗增大，动车组散热问题成为当前面临主要问题之一，如果散热不好，严重时电气设备会过热损坏。因此必须对动车组的热容量进行试验和分析，找出高速动车组牵引系统设备的升温参数随列车运行速度变化规律，为考核牵引系统设备安全性和使用寿命提供依据，并为新一代高速列车牵引系统开发以及高速列车运行综合仿真系统的研究提供准确、丰富和可靠的试验依据。
1 试验方案
1.1牵引系统热容量试验
用折返法进行试验，试验时选择100公里左右线路，要求线路限速350km/h以上，分别在以下三种情况下进行测试：
1）满级位加速到330km/h后恒速运行，到达指定地点常用制动满级位停车后立折，反复运行直至牵引系统温升平衡，试验时间约2个小时；
2）满级位加速到350km/h后恒速运行，到达指定地点常用制动满级位停车后立折，反复运行直至牵引系统温升平衡，试验时间约2个小时；
3）切除部分动力单元，满级位加速起车，如平衡速度不超过动车组牵引功率限制点或线路限速，则持续运行，否则，到达一定速度后，电制满级减速直至速度下降至规定值后，再满级加速至规定值，整个运行过程中尽量确保6车持续满功率运行，到达指定地点后常用制动满级位停车后立即折返。反复运行直至牵引系统温升平衡，试验时间约2个小时
2牵引系统热容量试验结果
2.1牵引系统及其相关温度参数试验结果
借助于网络测试设备对牵引系统相关部件温升特性进行分析研究，其中包括牵引电机定子温度、电机驱动侧轴承温度、电机非驱动侧轴承温度、齿轮箱大齿轮温度、齿轮箱小齿轮温度、转向架各轮对轴温。
1）330km/h速度级
本次试验共持续1小时53分32秒，牵引变流器的最大输入功率保持在2500kw左右，在整个运行过程中各地温度不同，平均环境温度为13℃。
2）350km/h速度级
本次试验共持续2小时57分56秒，其中速度大于345km/h的时间大约为24分48秒。牵引变流器的最大输入功率保持在2500kw左右，在整个运行过程中各地温度不同，平均环境温度为22℃。
3）功率提升390km/h速度级
本次试验共持续2小时55分07秒，由于提升了功率，牵引变流器的最大输入功率保持在2800kw左右，在整个运行过程中各地温度不同，平均环境温度为15℃。在本次试验中大部分时间速度维持在350km/h，只有小部分时间速度大于350km/h，所以该次试验数据也可作为350km/h速度级的温升数据。
综合以上三组牵引系统各部件温升数据可以看出，牵引电机定子在各个速度级温升最大，电机轴承非驱动侧温升最小，其它各部件温升幅度差别不大。此外比较330km/h速度级、350km/h速度级和390km/h速度级温度数据可以看出，390km/h速度级（最大温升值）〉350km/h速度级（最大温升值）〉330km/h速度级（最大温升值），所以可以判断出速度是影响牵引系统各部件温升的直接原因，速度越高温升越大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其次，在390km/h速度级试验中，列车运行时大部时间的速度为350km/h，只有小部分时间运行速度达到390km/h，相关温度参数在速度为390km/h时上升，当速度由390km/h下降到350km/h后，各温度值也相应的下降并维持在一定温度。通过比较350km/h速度级和390km/h速度级的温度数据，可以看出两次试验中当速度稳定在350km/h后，外温高时（350km/h速度级外温平均22℃）各部件的稳定温度大于外温低时（390km/h速度级外温平均15℃）各部件的稳定温度，由此可以推断出环境温度也是影响牵引电机各部件温升的一个主要因素，以下通过更多数据进一步论证以上观点。
2.2列车速度对牵引系统相关温度的影响
通过比较300km/h，330km/h，350km/h，380km/h速度级下的各部件温度曲线，可以得出以下结论：
①主变压器油温随速度级增加而升高，变压器冷却出口油温最高值为48℃（300km/h时）<52℃（330km/h时）<55℃（350km/h时）<75℃（380km/h时）。
②电机定子温度随速度级增加而升高较快，电机定子温度最高值为105℃（300km/h时）<113℃（330km/h时）<119℃（350km/h时）<148℃（380km/h时）。
③电机齿轮箱大齿轮温度随速度级增加而升高，电机齿轮箱大齿轮温度最高值为85℃（300km/h时）<88℃（330km/h时）<91℃（350km/h时）<106℃（380km/h时）。
④齿轮箱小齿轮温度随速度级增加而升高，虽然330km/h时，电机齿轮箱小齿轮的最高温度没有比速度级为300km/h时高，但整簇电机齿轮箱小齿轮温度曲线在330km/h时温度趋势比300km/h时高。电机齿轮箱小齿轮温度最高值为76℃（330km/h时）<81℃（350km/h时）<101℃（380km/h时）。
⑤电机轴承驱动侧温度随速度级增加而升高较快，电机轴承驱动侧温度最高值为65℃（300km/h时）<79℃（330km/h时）<87℃（350km/h时）<103℃（380km/h时）。
⑥电机轴承非驱动侧温度随速度级增加而升高，电机轴承非驱动侧温度最高值为43℃（300km/h时）<46℃（330km/h时）<50℃（350km/h时）<68℃（380km/h时）。
⑦转向架温度曲线随速度级增加而升高较快，电机轴承驱动侧温度最高值为54℃（300km/h时）<66℃（330km/h时）<71℃（350km/h时）<89℃（380km/h时）。
在速度级增加的过程中，牵引电机定子温度、电机齿轮箱大齿轮及小齿轮温度，电机轴承驱动侧温度提升最快，更容易达到其温度过热预警限值，应值得关注。
2.3环境温度对牵引系统相关温度的影响
牵引系统相关温度值会随环境温度的变化而改变，通过以下数据进行说明：以EC01车牵引系统相关温度为例，分别比较300km/h、330km/h速度级下，外温在30℃，20℃，10℃时，牵引系统相关温度的最高值。2.4牵引变流器内部温度参数试验结果
环境温度对牵引变流器内部温度的影响比较大，通过以下数据进行说明：
以6车牵引变流器内部温度为例，分别比较300km/h、330km/h速度级下，外温在30℃，20℃，10℃时，牵引变流器内部各温度的最高值。环境温度对牵引变流器内部温度的影响较大，环境温度30℃时与环境温度为10℃时相比各数值相差二十度左右。
3结论
牵引变流器内部温度变化（如冷却水、冷却空气、滤波电感等）与列车的运行速度、外部环境温度有关。列车速度越高，外部环境温度越高，牵引变流器内部温度也越高。牵引系统相关设备的温度变化（如电机定子、齿轮箱大齿、齿轮箱小齿、转向架轮对轴温、电机驱动侧和非驱动轴温等）与列车运行速度和外部环境温度有关。
参考文献：
[1]刘建强, 高速动车组牵引变流器热容量 [J]. 电力电子 （2011年10期）
[2] 李伟力,杨雪峰,顾德宝,冯勇利. 多风路空冷汽轮发电机定子内流体流动与传热耦合计算与分析[J]. 电工技术学报. 2009(12)
[3] 梁习锋,武传田. 高速列车牵引电机冷却风机流量实车试验研究[J]. 铁道学报. 2004(02)
论文作者:段阳春 孙朋飞 武振杰 王新生 郑茂新 王伟
论文发表刊物:《科学与技术》2019年17期
论文发表时间:2020/1/15
标签：温度论文; 速度论文; 齿轮箱论文; 变流器论文; 电机论文; 系统论文; 车组论文; 《科学与技术》2019年17期论文;