摘要：牵引电机是城轨车辆牵引系统的主要部件，其运行质量直接影响着车辆的牵引性能以及车辆运行安全，本文结合城轨车辆牵引电机的主要技术参数，介绍了牵引电机性能试验装置的结构组成以及工作原理，从硬件、软件系统对试验装置进行设计，从而实现车辆牵引电机各工况性能试验。
关键词：轨道交通；牵引电机；性能试验
1 引言
目前我国所运行的城轨车辆多数采用交流传动技术，各个城市轨道交通随着列车运营线路及运营里程的增加，城轨车辆已逐步进入架修及大修修程，牵引电机是牵引系统重要部件，在进入架修或大修阶段车辆已经运行一定里程，必须对列车牵引电机进行检修，以保证其正常运行，为了评价牵引电机性能及使用情况，检修过程中需要对牵引电机进行各项性能试验。结合城轨车辆牵引电机主要技术参数机使用工况，本试验装置主要完成牵引电动机的空载试验、堵转试验、负载试验、工频耐压试验等。
2牵引电机试验装置设计原理
牵引电机性能试验台主要由控制柜、变压器、感应调压器、变频器、后台计算机、打印机以及牵引电机安装平台等部分组成。
试验装置中变频调速系统采用矢量控制，设备主要由升压变压器，双输入变频器，被试交流牵引电机，陪试他励发电机等组成。
试验装置三相工作电源由供电柜引入试验设备输入端，通过主断路器接至主升压变压器，然后引入具有开放式直流母线的特制双输入变频器的三相交流电源输入端，变频器三相输出端连接被试电机为其提供动力。试验中被试电机拖动发电机旋转，陪试发电机所发电能经整流滤波后反馈给变频器直流母线端。牵引电机试验原理如图1所示。
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图1交流牵引电机试验原理图
3牵引电机试验装置硬件、软件设计
3.1牵引电机试验装置硬件系统
1）试验电源：由变频器把50HZ交流电转变为符合电动机试验要求的交流电输出给感应调压器，经升压变压器升压后对牵引电机提供稳定的电源保证。
2）模拟量检测装置（电压、电流传感器）：用于对实验对象参数性能进行检测。
3）PLC控制器：A/D和D/A转换模块。A/D和D/A转换模块完成模拟量检测装置与PLC控制器之间的A/D和D/A转换，PLC控制器用于处理判断试验数据，产生故障保护信息。集中控制整个实验过程，并配有人机对话装置，当计算机出现故障仍可进行相关试验。
4）人机界面模块：人机界面模块则通过触摸屏设计控制PLC触点动作、实时显示试验数据和故障信息。试验数据还可通过上位机进入网络服务器，以形成数据库进行管理分析。
5）受试电机安装装置：受试电机安装台采用铸铁平台，表面作防锈、涂覆处理。铸铁平台的强度和刚度需满足试验要求。
3.2牵引电机试验装置软件系统
牵引电机性能试验台的软件系统是试验装置控制和显示的核心，控制整个试验过程，软件在编程过程采用了C#编程语言，以面向对象的编程模式，对不同试验功能实现模块式编程控制。软件系统主要包括：空载试验、堵转试验、负载试验、工频耐压试验以及相应的数据显示、记录、保存系统等几个模块，软件流程及系统主操作界面如图2、3所示。
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图2 软件流程图 图3 系统操作界面
4牵引电机试验装置的应用方法
1）空载试验：做空载试验时，必须严格确定被试电机轴上没有带任何负载，选择“空载试验”进入系统，选择变频器合闸按钮后，待系统界面变频器通讯状态栏由原来深绿色状态变为“绿色指示灯”状态后即可进行空载运行试验。按照被试电机的铭牌参数在“设定电压”和“设定频率”中输入需要给被试电机施加的频率、电压值。选择“正转”或“反转”运行电机，变频器自动升压到给定的电压值，进行试验。
2）堵转试验：堵转试验采取变频器驱动电机，然后堵住轴承，然后达到额定电流。选择“堵转试验”，进入系统，主回路合闸后，待系统界面变频器通讯状态栏由原来深绿色状态变为“绿色指示灯”状态后即可进行堵转试验。变频器通讯成功后，按照被试电机的铭牌参数在， “设定电压”和“设定频率”中输入需要给被试电机施加的电压、频率。选择“正转”或“反转”运行电机，变频器自动调节输出的频率、电压到设定值，进行试验。
3）负载试验：通过调节陪试电机变频器的转速来调节负载的大小，电机加负载的过程是从最小负载开始，逐步按顺序加载到所需负载。负载试验采用两台同型号变频器控制，陪试电机采用转速控制方式给被试电机施加负载，在试验中需要控制两台变频器，1#代表的是被试电机变频器，2#代表的是陪试电机变频器，陪试电机采用转速控制方式给被试电机施加负载。在做负载试验时，主回路合闸后，当变频器的通讯状态变为“绿色指示灯”状态时，表示可以通过软件系统控制变频器。首先通过启动被试变频器，人工记录被试电机运行方向，然后停机，再通过启动陪试变频器，人工记录陪试电机运行方向，然后停机，人工记录被试电机的运行方向，确定被试电机和陪试电机在连轴后的运行方向相同；如果方向相反，可以选择“正转”按钮，可以“正转”、“反转”单选框改变被试电机的运行方向。方向确定好后，先启动陪试电机，运行稳定后输入要给被试电机施加的频率、电压值，再钮启动被试电机，同样是运行到额定电压，额定频率，待电机运行稳定后，此时通过扭矩传感器能读到相应的扭矩值，通过上下调节按钮调节陪试电机变频器的转速来给被试电机加载，加载到被试电机所需负载处停止加载。
4）工频耐压试验：首先设定试验电压，合闸后选择电流档位，选择“升压”或者“自动控制”，达到设定电压值，达到试验电压然后点击系统界面“试验”，等自动耐压一分钟之后，判定结果后，点复位或者降压，直至零位。
5 结束语
本文简要介绍了试验装置的设计原理以及试验项目，重点分析了试验台的硬件设计和软件设计，及相应的系统功能使用方法。地铁车辆牵引电机性能试验装置的应用，解决了目前城轨车辆牵引电机的架、大修后的各种试验项目，能够掌握牵引电机维修后的性能指标，对城轨车辆运营单位的维修部门提供了有效的技术支持，为保证运营安全奠定了基础，具有良好的社会应用价值。
参考文献：
[1]苗伟明.地铁车辆交流牵引电机负载试验装置的研制[J].电力机车与城轨车辆.2018(07)
[2]赵杨.地铁车辆牵引电传动系统控制关键技术策略探讨[J].工程建设与设计.2018(03)
论文作者:杜连超
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：电机论文; 变频器论文; 装置论文; 负载论文; 车辆论文; 电压论文; 系统论文; 《电力设备》2019年第22期论文;