交流力矩電動(dòng)機(jī)在鐵路編組場(chǎng)電動(dòng)車輛減速器上的應(yīng)用

阮 揚(yáng)

（天津鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司，天津 300300）

交流力矩電動(dòng)機(jī)是力矩電動(dòng)機(jī)的一種類型，它的工作特性是輸出轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大。交流力矩電動(dòng)機(jī)采用籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，靠改變極對(duì)數(shù)獲取低轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩輸出特性。

交流力矩電動(dòng)機(jī)主要運(yùn)行在大負(fù)載低轉(zhuǎn)速的工作狀態(tài)，在電影膠片沖洗、輕工化纖、紡織、電纜、塑料及造紙等卷繞裝置中得到廣泛運(yùn)用。近十年來，該類型的電動(dòng)機(jī)也在鐵路編組場(chǎng)電動(dòng)車輛減速器上進(jìn)行研究應(yīng)用，并取得較為理想效果。現(xiàn)就交流力矩電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)車輛減速器上的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行分析。

鐵路車輛減速器是鐵路駝峰編組站場(chǎng)溜放車輛的調(diào)速設(shè)備，其傳動(dòng)系統(tǒng)主要采用液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)技術(shù)，這些動(dòng)力系統(tǒng)具有傳動(dòng)力大、能源可以儲(chǔ)備等特點(diǎn)，但由于存在能源二次轉(zhuǎn)化，需要配套能源輸送管網(wǎng)設(shè)施，投資大，能源利用率低，維護(hù)技術(shù)要求高等問題。人們一直尋求直接采用電能作動(dòng)力源的新驅(qū)動(dòng)方式。交流力矩電動(dòng)機(jī)的特性比較符合車輛減速器啟動(dòng)力大、動(dòng)程小的傳動(dòng)技術(shù)要求，只要在電機(jī)與減速器曲柄連桿機(jī)構(gòu)之間增設(shè)增力和鎖緊機(jī)構(gòu)，就能完全符合減速器動(dòng)作要求。目前國內(nèi)有幾種類型的電動(dòng)減速器在使用中，雖然沒有得到大范圍普及，但作為一種新的技術(shù)，其電動(dòng)車輛減速器優(yōu)點(diǎn)已得到實(shí)踐證明。

交流力矩電動(dòng)機(jī)工作特性因外部電源環(huán)境條件影響而變化。通常情況，交流力矩電動(dòng)機(jī)在額定電壓和頻率下使用，當(dāng)供電電源發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對(duì)電機(jī)特性產(chǎn)生影響，對(duì)此，在使用中應(yīng)給予一定的關(guān)注。下面對(duì)電源頻率不變，而電源電壓波動(dòng)情況下，交流力矩電動(dòng)機(jī)特性變化狀態(tài)進(jìn)行論述，并分析對(duì)電動(dòng)車輛減速器工作的影響。

1 供電電源電壓過低情況

在電源頻率不變時(shí)，電壓過低，使定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)較額定電壓時(shí)減弱，根據(jù)公式：

式中：Mdc——異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩/N·m；

K——與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的比例常數(shù)；

f1——定子電源頻率/Hz；

U1——定子繞組相電壓有效值/V；

S——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率；

R2——轉(zhuǎn)子繞組的一相電阻/Ω；

X20——轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的一相感抗/Ω；

g——重力加速度 /（m/s2）。

分析可知，電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩低于額定轉(zhuǎn)矩，造成電動(dòng)車輛減速器動(dòng)作轉(zhuǎn)換時(shí)起動(dòng)困難。同時(shí)，因電動(dòng)車輛減速器制動(dòng)時(shí)負(fù)載反向作用，電動(dòng)機(jī)的端電壓過低，將引起負(fù)載電流分量增大的數(shù)值大于激磁電流分量的減少數(shù)值，造成定子電流增加，功率損耗加大。

2 供電電源電壓偏高情況

在電源頻率不變時(shí)，電壓偏高，會(huì)使定子電流增加，導(dǎo)致定子繞組過熱而超過允許范圍。所以國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在10 kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7%，電動(dòng)機(jī)可長(zhǎng)期使用。

3 交流力矩電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)情況

電動(dòng)車輛減速器允許額定電壓AC380V（-20%，+10%）。在電壓頻率50 Hz固定不變的情況，對(duì)接入不同電壓值，測(cè)試電機(jī)輸出特性，如表1所示。

表1 測(cè)試電機(jī)輸出特性

測(cè)試數(shù)據(jù)表明，交流力矩電動(dòng)機(jī)的輸出功率、負(fù)載電流及轉(zhuǎn)矩的數(shù)值隨輸出電壓不同而發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)矩變化非常明顯。當(dāng)電壓波動(dòng)較小時(shí)，轉(zhuǎn)矩變化對(duì)電動(dòng)減速器傳動(dòng)性能影響不大，可以忽略。如果電壓波動(dòng)較大時(shí)，就會(huì)對(duì)減速器傳動(dòng)性能影響很大，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成減速器傳動(dòng)的故障。所以，供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是影響電動(dòng)車輛減速器正常工作的重要因素之一。由此可以得出，在我國，鐵路編組場(chǎng)供電是由國家電網(wǎng)提供，50 Hz電源頻率是穩(wěn)定的，不會(huì)對(duì)電動(dòng)車輛減速器工作造成影響。但電源電壓的高低易受到變壓器容量的大小、輸電線路長(zhǎng)短、用電負(fù)載大小等因素影響而不同，在電動(dòng)車輛減速器使用維護(hù)過程中，應(yīng)考慮到使用現(xiàn)場(chǎng)的供電條件，如變壓器、用電負(fù)載和供電線路等諸多因素，特別是電動(dòng)車輛減速器使用現(xiàn)場(chǎng)的末端電壓。所以，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，有計(jì)劃、重點(diǎn)的進(jìn)行監(jiān)控與維護(hù)，也可對(duì)電動(dòng)車輛減速器的電源配電、控制系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)和元器件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，達(dá)到較好的使用效果。即能夠滿足車輛減速器對(duì)溜放車輛調(diào)速需要，又能使電能功耗最小化，節(jié)約電能。在產(chǎn)品制造和應(yīng)用中，要充分掌握和了解使用站場(chǎng)電網(wǎng)的供電狀態(tài)，根據(jù)不同使用條件，選配產(chǎn)品合理的技術(shù)參數(shù)，對(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)供電變壓器、負(fù)載大小、配電設(shè)施、輸電線路進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，合理配置，可以達(dá)到使用的最佳效果。