何冲，何云风，唐子谋
(中车株洲电机有限公司，湖南株洲412001)
摘要：介绍了复兴号FXD1动力集中动车组用异步牵引电机的设计情况。主要从整车总体技术要求、电机结构设计、电磁方案设计、电机特性、关键技术、电机试验等方面进行了阐述。根据异步牵引电机的技术特点，通过对电磁设计、结构设计及冷却设计等关键技术研究，设计了1台异步牵引电机，并进行了试验。试验结果表明该异步牵引电机满足整车技术指标要求，验了设计方案的可行性。
关键词：异步牵引电机；FXD1动力集中动车组；电机设计
中图分类号：TM343；TM922.71文献标志码：2文章编号：1673-6540(2020)10-0056-05
doi：10.12177/emca.2020.120
Development of Asynchronous Traction Motor for
FXD1Power Concentrated EMU
HE Chong,HE Yunfeng,TANG Zimou
(CRRC Zhuzhou Electric Co.,Ltd.,Zhuzhou412001,China)
Abstract:The developmenr of asynchronous traction motor for FXD1power concentrated electric multiple unit (EMU)is introduced.The overall technical requiementr of locomotive,motoo structure design,motoo elecOomagnetic design,motoo characteristica,key technologies,and motoo test aro discussed.According O o the technical chaacteOstics of asynchronous traction motor,a prototype asynchronous traction motor is developed based on the research of key technical problems such as elecOomagnetic desSn,structure desSn and cooling desSn.The test resultr show that the asynchronous traction motoa meetr the technicai requirementr of locomotive,and verify the feasibility of the desSn scheme.
Key words:asynchronous traction motor；FXD1power concentrate)electric multiple unit(EMU)；
motor design
0引言
FXD1动力集中动车组是“复兴号”动车组成员之一，该车所用动力车由中车电力机车有研制，最高运营时
速为160km/h，高设计时速为200km/h。牵引系统采用交-直-交电动方式，经受电从电收的工频25kV单交流电，经过牵引，由牵引变流器的整整直流电，牵引的逆
牵引电机的电的三相交流电⑴。
该车的牵引电机为异步牵引电机，具有体、、、性好等特点。
设计牵引电机运电力机车牵引电机设计。在电机结构方面，进行设计，电机及；在电磁方案方面，电机电磁方案+2,，高电机的性及电机的力；
通方面，电机风道结构，使电机绕组向及周向的。
收稿日期：2020-05-27；收到修改稿日期：2020-08-07
作者简介：何冲(1985-)，男，硕士，工程师，研究方向为轨道交通牵引电机研发。—56—
1整体要求
1.1机车基本信息
B0-B0，动比4.43，新轮轮径125099、115099，运行速度95k9/h、高设计速度200k9/h，动牵引力240Q
N、牵引力212kN，整车牵引：5600kW、短时牵引功率6400kW，每台动力车由4台牵引电机驱动，运行速95x 200k9/h。
1.2环境及线路条件
运行：-40〜40°C；运行环境湿度：最大相对95%；运行：#25009。特殊要求：满足风、沙、雨、雪、雾霾，偶有盐雾、酸雨、沙尘暴的要求。
牵引电机在车上采用架悬方式安装，振动量级：垂向5.4m/s2、横向4.79/s2、纵向2.59/s2。冲击量级：垂向3009/s2、横向3009/s2、纵向3009/s2。
1.3变流器对牵引电机要求
对牵引电机采用轴控方式，控策略为点之前采用恒磁通控制，点用控制。对牵引电机的输出如表1所示。
表1逆变器对牵引电机输出限制
参数名称数值值参数名称参数值
中间直流电压/V3600最高工作频率/Hz350
牵引最大电压/V2808制动最大电压/V2808输出电/A480额定输出电流/A430
1.4牵引电机主要性能参数
牵引电机主要性能参数如表2所示。
表2牵引电机主要性能参数
参数名称参数值参数名称参数值
kW1430额定电压/V2550额定电流/A387额定频率/Hz62.55
额定转速/(r-rnin-1)1863额定转矩/(N・9)7330
最高转速/(r-rnin-1)4094电机质量/kg2130悬挂方式架悬冷却方式强迫风冷(93--1) 1.8静压/Pa23802电机结构
2.1总体
该电机为承结构，即电机箱i 一体组成整体动单元，电机箱共用传动端端盖，采用架悬方车底安装。电机：子、转子、非动端端盖、非动端端轴承、附件等部件组成，如图1所示。
接线盒
图1牵引电机剖面图
2.2定子
子主要子机座和定子绕组组成，定子外径80099、定子内径49099、铁心长34099。
子机座采用无机壳焊接结构，子冲片、子端板、定子圈和筋板焊接而成，结构紧凑、体、、等特点。
子冲片由0.599厚的50W470硅钢片冲而成，该硅钢片导磁性、铁、绝缘性能强等特点。定子圈和筋板等主要受力结构部件采用耐低温铸钢材料，强高、耐冲击性、耐低力强等特点，能够满足-40C的低运行要求。
子绕组采用低电阻率的无氧铜导线，匝间绝缘采用耐电晕薄膜，层级绝缘采用聚酰亚胺薄膜、，线并的绕组采用力(VPI)，高电气性能及防潮、耐振、寿命长、可靠性高等特点，绝缘等级200级。
2.3转子
子采用鼠笼式结构，主要由转子铁心、导条、端及组成。
子铁心主要、转子冲片、转子端板、子压圈组成，转子冲片用过1方装配，转子压圈子冲片两端压
—57
—
紧子冲片紧。用东风1号
钢材料，高的机械性能、性耐冲击性能。
子导条和端用低电阻率的无氧铜材料，导条子槽内后冲紧内嵌紧，子导条与端用高焊方接，为了确保电机运转时端，在端环外：质钢材料的。
2.4端盖
该电机为承结构，没有传动端端盖，电机箱体。
非传动端端盖采用铸铁材料。在非动端端盖上设计轴承室，为了非传动端轴承'脂的可靠 ，设计了结构。非
动端端盖局部采用加强筋，及耐冲击力的前，端盖。
2.5轴承及润滑密封
异步电机运行过程产生的感应电流对轴承将
电蚀，导承从而电机的可靠运行。为了电蚀对轴承的，采用高绝缘轴承，轴承计算寿命300'承用无接结构，间
1mm o
非传动端轴承采用NNB219子承,
方式为。对进行设计，确保轴承得到的同时，轴承。
2・6测温及测速装置
为了电机的定子绕组温度以确保电机的可靠运行，在电机的机座上装有PT100温度传感器，到定子槽底，牵引系统采集号后对电机。
电机非传动端端盖装通道霍尔式速度
，电机的运行转向及转速，测速齿数为110。
3电机特性
3・1牵引特性
电机牵引特性参数如表3所=。牵引特性曲线如图2所=。
电机在0〜98r/min转速范围内恒转矩运行，转矩为8283N-m；电机在1863-4094r/min转速内恒功率运行，为1430QW。
—58—
表3电机牵引特性参数
特性点
电机速/
$r^min-1&
电机转矩/
$N・m)
电机功率/
kW 起动点082830恒转矩结束点98828385
恒功起始点186373301430
恒功结束点409433311430
I/A(77V77(N-m)
50030009000
45027008100
40024007200
35021006300
30018005400
25015004500
20012003600
1509002700
1006001800
50300900
08201640240032004100
w/(r-min_1)
图2电机牵引特性曲线
3.2制动特性
电机制动特性参数如表4所示。制动特性曲线如图3所=。
表4电机制动特性参数
特性点
电机速/
$r•min1&
电机转矩/
$N-m)
电机功率/
kW
结点050550
结点258950551370
点409431971370最高速度点409431971370
I/A(77V77(N-m)
40030006000
36027005400
32024004800
28021004200
24018003600
20015003000
16012002400
120
80
40
9001800
6001200
300600
图3电机制动特性曲线
电机在0〜2589r/min转速范围内恒转矩运行，转矩为5055N-m；电机在2589-4094r/min 速内恒功率运行，为1370QW
。
4关键技术
4.1电磁设计
4.1.1极数
机车用异步牵引电机极数4者6。该电机的特点为转速高、。电机高速点的P与过数T.S，而过载倍数T.S子ff+2：o6，导致高速度点的过数降低，从而发挥o 4电机的数更高。对，该电机的数4o
4.1.2绕组匝数
组匝数少，电低、电、电机发数高、过数、、电低、
力差；绕组匝数多，电高、电、电机发热因数低、过数低、、电高、力好。组匝数时，应该满足最高速点过数(低11)求的前，
的匝数。该电机绕组匝数选择12为o
4.1.3定子槽型
为了子，改向通风冷却效果，定子设计而窄，同时子部设计进一步及冷却效果+3,o为了子铁耗，子部磁子辄部磁密控内，控子！的高+4,o该电机定子槽数选用60、子用，高为4.43，子4.1.4转子槽型
为了高子高，子用，时子部设计
沟进一步及冷却效果。转子数选用48，子用，高为3.98，用斜槽以避免斜槽磁通产生的谐波损
4.2温升控制
对于电机的温升控制主要有2个措施：减少发强。
4.2.1减少发热
(1)过力的同时，高绕组匝数，高电机电压，降低供电时的电畸，从而降低损耗。
(2)电机的电磁线、导条、端用低电阻率的无氧铜材料，、转子导条规格，从而低电机的发o
4.2.2增强散热
(1)电机的发热损耗主要来源于铜耗，增加
、子，高冷却、子组时的面积。
(2)对子通风孔的结构进行设计，引导冷却风吹向定子绕组的端部，加强冷却风对定子绕组端部的冷却，提高冷却风的利用率+6,。
4.3绝缘结构
电机的寿命由绝缘寿命决定。该电机中间直电压为3600V，结线路运行的要求，主绝缘结构选用某已熟应用业绩的3600V电压等级绝缘结构，并子绕组出槽口位置填充绝缘材料高电机整体绝缘性能+4,。根据电机绝缘试验要求，对子绕组进行
—59
—
AC 8 200 V 的对地耐压及峰值为19 400 V 的对
地耐冲击电压试验，耐电压试验值计算方法如下:
对地耐电压二2x 中间直流电压+1 000 V] 8 200 V ；
对地耐冲击电压二4 X 中间直流电压 +5 000 V 二 19 400 V o
5电机试验
按照 GB/T 25123.2—2010+刀和 TB/T 3315— 2013
+ 8
,
标准要求对电机进行型式试验，试验结果
如表5所示。
表5电机试验结果
参数名称
计值
试验值
符性/kw
1 430
1 432
符合额定电压/V 2 5502 556符合额定电流/A 387389符合额定频率/Hz
62.55
62.6
符合额定转速/( a-min -1 )1 8631 864
符额定转矩/(N ・m )7 3307 337
符电机温升/K
140136符风量/(m 3.s S )
1.8
1.81
符静压/Ta
2 3002 380符Tg
2 180
2 130
符
试验结果表明，电机 、电、电、转速、
、 、 、 及静压等指标均满足技术
指标和标准要求，电机性能符合设计要求。
6对比现有产品
该电机与原有HXD1系列机车牵引电机主要
参数对比，如表6所示。
对比结果表明，该电机的转矩密度和功率密
度比原有的HXD1系列机车牵引电机 明显
高0
表6对比原有产品主要参数
参数名称
HXD1HXD1B HXD1D 样机
Tkw
1 224
1 633
1 224
1 430
转矩/(N ・m )
6 8026 850
7 0597 330
Tkg
2 5802 6002 5952 130功率密度/( kW-kg-1 )0.4740.6280.4720.671
转矩密度/(N ・m ・kg S )
2.636 2.635
2.720
3.441
7结语
电机设计过程中，通过对机车整体技术要
求分析，结
对电机的输出 及安装空间
的尺寸要求，
电机机械结构及电磁方案，电机
性能完全满足整车技术要求和相关标准要求。
【参考文献】
+ 1 ，沈本荫•牵引电机+ M ].北京：中国铁道岀版社，
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:8 ]中华人民共和国铁道部.TB/T 3315—2013：交流
动机车异步牵引电动机:S ] •北京：中国标准岀
版社,2013.
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