空载损耗对牵引电机温升的影响.pdf
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1、自动化应用电力设备空载损耗对牵引电机温升的影响陈永腾(广西理工职业技术学校,广西南宁530 0 31)摘要:本文以牵引电机当前的温升问题为基础,统计发现温升与电机空载损耗值之间具有密切关联性,研究过程中通过试验验证和理论计算方法,分析了空载损耗对牵引电机温升造成的影响,并提出了电机机座的优化设计与工艺改进建议,以期解决电机温升的情况。另外,本文应用有限元分析软件对牵引电机温度场变化进行了仿真分析,研究了空载运行状态下定子和转子的整体温度场分布,并分析了部分特殊位置点的温度,有助于全面了解电机内部的温升情况。关键词:空载损耗,牵引电机,温升中图分类号:TQ341Influence of No-L
2、oad Loss on the Temperature Rise of Traction Motor(Guangxi Polytechnic Vocational School of Technology,Nanning,Guangxi 530031,China)Abstract:This paper based on the temperature rise of traction motor,knowing that there is a very close relationship betweenthe temperature rise and the no-load loss val
3、ue of motor after statistics.Then,through experimental verification andtheoretical calculation,we analyze the temperature rise caused by the no-load loss to the temperature rise of traction motor,and put forward the optimal design and process improvement of motor base,hoping to solve the temperature
4、 rise of motor.Inaddition,this paper applies finite element analysis software to simulate and analyse the temperature field variation of thetraction motor,and the overall temperature field distribution of stator and rotor in no-load running state is studied,withemphasis on the temperature situation
5、of some special positions,which is more helpful to fully understand the internaltemperature rise of the motor.Key words:no-load loss,traction motor,temperature rise文献标识码:ACHEN Yongteng0引言随着社会经济的发展,人们对机车的要求越来越高。牵引电机单机容量的增长导致单位体积损耗也随之增长,在运行过程中容易使电机出现严重发热的问题。电机温升对电机出率、效率以及经济技术指标具有直接影响,还会影响电机的使用寿命及运行可靠性
6、。因此,分析牵引电机的温升,对电机通风结构设计和安全运行管控均具有重要意义。在旋转过程中,牵引电机消耗的能量称为损耗,损耗越高表明牵引电机的效率越低,并且损耗还可以分为空载损耗、负载损耗。其中,空载损耗又可以分为附加损耗、铁耗以及机械损耗。负载损耗主要包括电器损耗、谐波磁场损耗等;铜耗是导体在通过电流时产生的物质;铁耗是磁场在旋转过程中由硅钢片产生的磁滞损耗;机械损耗则是由风磨耗、摩擦而产生的。上述所有损耗表现出的症状均为发热。作者简介:陈永腾,男,19 7 6 年生,中级工程师,研究方向为电气工程及其自动化。150|自动化应用1故障验证某列车在运行过程中发生了多车牵引电机温升高故障。通过计算
7、发现,在线报温升高故障的原因是电机空载损耗值相对偏高1。经过初步分析后发现,导致空载损耗超差的主要原因是缺失真空退火工艺保证能力,降低了硅钢片绝缘涂层的性能,最终导致铁耗增加。本文验证了退火过程对电机空载损耗产生的影响。验证结果表明,在退火过程中,硅钢片的绝缘性能、磁性能将受到影响2。1.1试验方案本次试验使用30 0 mm150mm的硅钢片,共2 30 片进行绝缘涂层验证,同时选择50 0 mmx500mm规格的硅钢片,共2 0 片开展磁性能验证。(1)退火前绝缘涂层电阻测试:从30 0 mmx150mm规格的试验证试片中随机选择2 7 片,根据(GB/T2522一2007)电工钢片表面绝缘
8、电阻、涂层附着性测试方法,测电力设备自动化应用试涂层表面的绝缘电阻,并且记录试片的正反面电阻值编2.2试验验证号3。选择8 台电机并随机分组,然后开展地面联调试验。(2)退火过程:将30 0 mm150mm规格的验证试片分电机需要为同一型号。设置第1组为空载损耗较低的电为3等份,并将经过绝缘电阻测试的试片分到这3个区机,第2 组为空载损耗超差电机。域,使用夹钳夹紧,然后将其放置在炉内的前、中、后部分。2.2.1 试验方案此外,还需要根据其工艺原理的相关规定开展退火工作。模拟动车组列车的运行工况,并实施3种方案。工况(3)退火后检测数据:退火后打开夹具,取出退火前测1为额定转速点满载长时温升,工
9、况2 为均速点满载长时试的30 片试片,根据其正反面测试绝缘电阻,并根据编号温升,工况3为最高转速点满载长时温升。记录测试的电阻值。2.2.2试验结果1.2数据分析经试运行发现,第2 组的空载损耗超差电机无法开展对比放置在不同区域的试片退火前后的绝缘电阻值全部试验,且工况1经过40 min后,铁心温度传感器孔衰减情况、磁性能,并分析放置在其他部分的试片绝缘涂PT100已达到2 0 0,因此无法继续进行;工况2 经过2 h层的烧损情况,结果显示,放置在炉膛前部试片的绝缘涂后,铁心温度传感器孔的PT100也达到了2 0 0,同时不层电阻平均值的损失率明显高于炉膛中的损失率。退火具有趋稳的态势。而第
10、1组空载损耗较低的电机可以完成后,硅钢片磁的性能明显下降,这表明真空退火会导致硅所有项目,结果如表1所示。其中,空载损耗为6.0 5kW的钢片绝缘涂层性能下降4电机温升较高,且在工况1中温度超过了2 0 0。为验证电机空载损耗情况下的温升,对其余的电机进行工况12铁耗对电机温升的影响试验,结果显示,导致电机温升高的原因是空载损耗高。铁耗与硅钢片的许多因素有关,如绝缘性能、磁感应表1空载损耗正常电机的试验结果强度、厚度、铁心的体积以及电机频率等。完成电机设计工定子铁心温度/试验参数工况1作后,可确定电机频率及铁心的体积,还可确定硅钢片的1#(空载损耗6.0 5kW)磁感应强度和厚度。检测硅钢片的
11、厚度也是一项重要的步2#(空载损耗5.8 6 kW)骤。硅钢片只有满足厚度(0.5mm)和磁感应强度(大于或3#(空载损耗5.8 kW)4#(空载损耗5.7 2 kW)等于1.6 4T)的要求,才能符合相应标准5。此外,绝缘性能的下降会增加铁耗,而铁耗的增加会直接影响负载电机的温升6。2.1仿真分析利用MotorCAD软件对铁耗变化过程中电机温升情况实施仿真分析,仿真点位置示意图如图1所示。工况2工况3200.2176.2185.8176.2196.0178.9188.6170.43空载损耗下的牵引电机温度场仿真分析分析电机各部分温升情况,发现比较精确的计算方法为温度场法,该方法可以精确指出不
12、同部分的最高温升及其出现位置。此外,常用方法还包括有限元法。该方法能将研究对象从宏观向微观的转变,并从总体研究转变到局部单元研究,以计算不同点的温度及温升,实现对各部分区域的可靠计算7。通过上述计算,可以获取具体数据,为电机设计和运行提供准确的数据支持,并且可以提供合理的指导。因此,本次应用有限元分析软件Ansoft温度场计算模块,了解牵引电机整体的温度分布。3.1仿真设计本次仿真研究采用有限元分析软件Ansoft温度场计1153.7146.5147148.5Bc图1仿真点位置示意图(1)铁耗增加2.0 9 kW:由图1可知,A处的定子线圈温度上升了13.0,B处的定子铁心温度上升了1.0,C
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