第六章 直流和脉流牵引电动机的试验 为了使机车具有优良的牵引性能，保证牵引电动机的质量是非常关键的环节，因此，在牵引电动机制造和检修过程中，每一工序之后都要进行检查性的测量和试验。电机组装就绪准备送出成品时，还要将电机置于专用试验设备上，按照国家对该类型电机的技术要求进行严格的试验，以评定该电机的装配质量及其技术性能。 本章介绍牵引电动机的试验项目，分析直流牵引电动机的试验线路，讨论直流牵引电动机的试验方法，并简要介绍脉流牵引电动机的试验线路。 第一节 直流牵引电动机的试验项目 铁道部部颁标准“机车电机试验方法——直流电机”（TB1704-2001）中规定，牵引电动机的试验分为例行试验、型式试验和研究性试验3种。 一、例行试验 例行试验也称为出厂试验，这是每一台电机出厂时都必须进行的试验，其目的是确定该电机制造、修理和装配的质量，检验其工作特性、部件温升、换向性能及绝缘性能等是否符合技术要求。 例行试验项目的一般试验程序为： （1）电机外观检查及其外形尺寸和安装尺寸的检查； （2）绕组在实际冷态下直流电阻的测定； （3）小时定额下的温升试验； （4）速率特性曲线绘制； （5）超速试验； （6）电枢绕组匝间绝缘介电强度试验； （7）换向器跳动量检查； （8）换向试验； （9）绕组对机座及绕组相互间绝缘电阻的测定； （10）绕组对机座及绕组相互间绝缘介电强度试验； （11）其他在供需双方协议书中规定的例行试验项目。 每台牵引电动机的例行试验结果，必须按规定格式认真填写试验记录。 二、型式试验 型式试验又称为鉴定试验，按照技术标准规定，牵引电动机凡遇下列情况之一均应进行型式试验。 （1）新产品试制完成时； （2）电机设计或工艺上的变更足以引起某些特性或参数发生变化时，则应进行有关的型式试验； （3）当检查试验结果与以前进行的型式试验结果发生不允许的偏差时也应进行型式试验。 总之，型式试验的目的是对该类型电机作较详细深入的研究，以鉴定试验的结果与设计数据是否相符，从而对改进该项电机的结构参数、工艺等提供试验数据，每次型式试验的电机不得少于两台，而且当电机大量生产时，每隔半年或定期进行抽试。 （1）型式试验的内容除了检查试验中所有试验之外，还包括以下项目： （2）换向器室内空气静压力头与通风空气量关系的测定（仅适应于强迫通风的电机）； （3）确定用以进行温升例行试验的小时定额电流； （4）连续或断续定额下的温升试验； （5）牵引电动机发热及冷却曲线簇的绘制； （6）特性曲线绘制； （7）最佳换向区的测定； （8）起动试验； （9）断开和接上电源试验（仅适应于直接或间接接触网供电的直流和脉流电动机）； （10）湿热试验（允许按部件检查）； （11）耐振强度试验（允许按部件检查）； （12）重量测定（仅适应新产品试制完成时）。 研究性试验是为了获得补充资料而作的有选择的特殊试验，试验项目和方法在供需双方协议书中有明确规定。 以上列出了牵引电动机例行试验和型式试验的项目。需要特别指出的是，必须遵守上述规定程序依次逐项进行，这是因为电机的工作特性、换向性能及绝缘性能都与温度有关，因此，试验前的准备工作完成后，必须先做做温升试验，再做电机在热状态下的其他试验项目。另外，用于铁路干线的电力机车、内燃机车及动车上的直流和脉流牵引电动机的电压主和电流中都具有高次谐波分量，因此某些项目的试验条件则有所不同，例如：脉流牵引电动机型式试验中的速率特性测定、换向试验等既要在直流工况下进行，又要在脉流工况下进行；其温升试验和效率特性的测定必须在具有实际脉动频率和电流脉动系数的脉动电流下进行等。 第二节 直流牵引电动机的试验线路 直流牵引电动机的负载试验线路可以分为：直接负载试验线路和反馈负载试验线路两类。对于容量较小的直流牵引电动机，可采用图6-1所示的直接负载试验线路，此时，被试电动机M拖动发电机G作为它的负载，通过调节发电机励磁电流或负载电阻R来调节被试电动机M的负载。这种直接负载试验线路的优点是在调节或计量试验参数时都非常方便，而且其线路与电动机实际运行状态相符。缺点是试验时需要消耗大量电能和增加大容量电源设备的投资。显然，对于大容量的直流牵引电动机来说，采用直接负载试验线路是很不经济的。  图6-1 直接负载试验线路 目前，大容量直流牵引电动机的试验已广泛采用反馈负载试验线路，其基本原理是：把两台同型号的直流牵引电动机在电和机械方面都耦合起来，使其中一台被试电动机运行，而另一台电机作发电机运行，此时电动机发出的机械能拖动发电机运转，使发电机作为它的机械负载；而发电机发出的电能又回送给电动机使用，使电动机成为它的电负载。因此，这两台同型号的电机互为能源，互为负载，在试验时所消耗的电能仅为两个电动机本身损耗之和。显然，反馈负载试验比直接负载试验经济得多，而且被试电动机容量不受限制。 反馈负载试验线路有多种形式，目前应用最为广泛的是带有升压机的反馈试验线路，但在设备不足或条件限制的情况下，也可采用其他形式的反馈试验线路。 一、带升压机的反馈试验线路 带有升压机的反馈负载试验线路原理如图 6-2所示。图中M、G为同型号牵引电动机，M为被试电动机，G为陪试发电机，这两台电机的同名端借助联轴器机械耦合，电方面按图6-2连接。其中，电机M与G的主极串励绕组CM与CG反向连接后串联在被试机M的电枢电路中；升压机S串联在陪试机G的电枢电路中。升压机S和线路发电机H均为他励直流发电机，分别由三相异步电动机驱动，它们的励磁绕组TS和TH均由单独的励磁可调电源供电。  图 6-2 带升压机的反馈负载试验线路 反馈试验时，应先起动升压机S，闭合开关S2，调节S的励磁电流，升压机S产生的感应电势ES向电机M与G的闭合回路中输送电流IB。此时，由于流过电机M与G的电枢电流大小相等，而且两台电机的磁通也大小相等，故对M—G机组而言，两台电机产生的电磁转矩大小相等，方向相反，故M—G机组处于静止状态，为机组的起动作好准备。 然后起动线路发电机H，闭合开关S1，并调节其励磁电流，使H的输出电压UH逐步达到被试机M的额定电压，则线路电源UH向电机M和G两条支路分别输入空载电流IOM和IOG。此时，在电机M支路中的总电流为： IM=IB+IOM 而在电机G支路中的总电流为： IG=IM-IOG 被试机M支路电流IM的增加，使电磁转矩增大；陪试机G支路电流减小，电磁转矩减小，当被试机电磁转矩超过陪试机电磁转矩与两台电机空载转矩之和时，机组开始按规定方向起动。在机组起动的同时，应及时调节升压机S的励磁电流，并使起产生的感应电势ES与陪试机EG同向，且ES+EG〉UH。按照图6-2中所示的电流方向及电势极性，IG的方向与EG的方向相同，则陪试机G作发电机运行；而IM的方向与EM方向相反，被试机M作电动机运行。被试电动机M的负载电流IM主要取决于陪试机G的负载电流IG，IG的大小为：  （6-1） 式中 RaS——升压机S的电枢绕组和换向绕组的电阻； RaG——陪试机G的电枢、换向极及补偿绕组电阻。 由此可见，升压机S在反馈试验线路中的作用是使陪试机G作发电机运行，同时也可用来调节被试机M的负载电流。因此，在试验过程中，过份降低升压机的励增电流是不允许的，因为升压机励磁电流过低时，可能使ES+EF≤UH，这时电机M与G均为处于空载状态下的串励电动机，机组有飞速的危险。 为此，试验中应特别注意以下几点： （1）机组起动时，应严格按规定顺序操作，即先起动升压机，合上开关S2；后起线路发电机，合上开关S1；试验完成后，应先断开开关S1，后断开开关S2。 （2）机组起动的同时，应及时调节升压机励磁电流，使之不能太小，以保证被试电动机M有一定的负载。 （3）对于串励直流牵引电动机，升压机应有一定的保护装置，以避免在升压机失压时，造成机组飞速。 采用此线路进行反馈试验时，被试电机的各种损耗可以直接由升压机和线路发电机的输出功率来分别确定，因此能很方便地确定被试电机的效率。 电机M与G的铁耗及机械损耗由线路发电机供给。因为当断开线路电源UH，仅由升压机的S供电时，机组是无法起动的；只有同时接通线路电源UH后，才能使机组转动起来。因此，两台电机在转动后才产生的铁耗及机械损耗必须由线路电源供给，为此被试电机M的铁耗及机械损耗可确定为线路发电机输出功率PH的一半。 电机M与G的铜耗则由升压发电机供给。因为试验线路只有线路电源供电时，电机M、G都处于空载状态（注：试验中绝不允许），只有铁耗和机械损耗，当升压电源同时供电时，M、G才有一定的负载。因此，两台电机在负载后产生的铜耗由升压电源供给，为此被试电机M的铜耗可确定为升压发电机输出功率PS的一半。 总上所述，带有升压机的反馈试验线路具有以下优点： （1）被试电动机的工况调节非常简单。改变升压机的励磁电流，就能平滑地调节被试机的负载电流；改变线路发电机的励磁电流，就能调节被试机的端电压。 （2）试验所消耗的能量仅为直接负载试验所消耗能量的20%左右。 （3）被试电动机的各种损耗可直接由升压机和线路发电机的输出功率来确定。 （4）在试验线路中装上转换开关，可使被试机和陪试机互换，两台同型号电机都能在电动机状态下试验，不必在试验台上移动，方便操作。 这种反馈试验线路的缺点是，需要大容量的直流发电机组，如果加上其他辅助电机及励磁机组、控制电源等，所需要旋转机组的数量将更庞大，这些数量众多的交、直流旋转电机不仅给设备投资、试验耗电量以及维修等增加了费用，而且整个实验台都将被噪音所充斥，这不但不利于试验，而且污染环境，损害劳动着。基于上述原因，近来一些厂、段已采用了由晶闸管供电装置代替一些直流发电机的反馈试验线路。 二、采用晶闸管供电装置的反馈试验线路  图6-3 采用晶闸管供电装置的反馈线路 图6-3所示为采用晶闸管供电系统的反馈线路方框图，在这一系统中，晶闸管供电装置取代线路发电机和升压机，图中SCR1作为线路电源U1，SCR2则作为升压电源。 在这个系统中，线路机组SCR1采用了电压负反馈以使电机在试验时保持某一恒定的电机端电压，为了防止电机直接起动时过大的冲击电流，在系统中引入了电流截止负反馈，因此SCR1供电装置是一个闭环自动调节系统；对于升压机组SCR2装置则只要求改变起端电压以调节负载，无其他特殊要求，为使线路简化，采用开环控制。 采用晶闸管供电装置的反馈试验线路优点很多，但起过载能力差，即使是瞬时过电压或过电流，都是可能损坏元件，因此必须采用硒堆和阻容吸收装置进行过电压保护，采用快速熔断器及自动开关作短路保护等，这些都增加了试验线路的复杂性。 三、陪试机他励的反馈试验线路  图6-4 陪试机他励的反馈试验线路 由于条件的限制而难以得到直流高压线路电源时，可采用陪试机他励的试验方法，其试验线路如图6-4所示。图中：M、G为同型号的两台直流牵引电动机，M为被试电动机，陪试发电机G的主极绕组CG改接成他励，有单独的励磁机LG供电，主回路中只串联了一个升压机S。试验时只要调节升压机S和励磁机LG的电压，就可以广泛地调节被试电动机的负载。但是，他励法试验线路如不采取适当措施，电机试验中的调节将十分困难，试验中单独调节升压电源电压或励磁机电压，都会引起被试电动机电压和电流的变化，给电机工作点（电压、电流、转速）的确造成困难。为了改善对被试电动机的调节，该线路中的升压电源必须是具有电压（速度）、电流双闭环调节系统的晶闸管整流电源，以确保在调节升压机电势ES时，使被试机电压改变，而负载电流不变；调节励磁机电势EL时，改变被试机负载电流，而电机电压基本保持稳定。 采用这种试验线路时，除了陪试机G的主极绕组铜耗由励磁机LG供给外，两台电机的其余铜耗及全部铁耗、机械损耗均由升压电源供给。由于这两台电机的励磁电流不同，其铁耗与附加损耗也各不相等，因此在求取被试电机的效率时将十分复杂和困难。但由于线路中省去了直流高压电源，使试验线路变得较为简单，因此在不需要精确测定电机效率或仅作为一般性例行试验的情况下，采用这种线路还是简单可行的。目前，在部分有牵引电动机检修能力，需要进行牵引电动机负载试验的厂、段，他励法试验台已陆续投入使用。 第三节 直流牵引电动机的试验方法（*） 直流牵引电动机的试验是根据铁道部部颁标准“机车电机试验方法——直流电机”（TB1704-2001）以及各型牵引电动机试验大纲规定的方法进行。以下按直流牵引电动机例行试验规定的程序，简要介绍其主要项目的试验方法和技术要求。 一、试验前的准备 1．一般性检查 一般性检查的目的是检查电机的装配质量，其主要内容包括：外观尺寸检查；各零件连接强度检查；磁极极性与磁极线圈电压降测量；刷架装置检查及换向器工作表面状态检查等。 2．绕组在实际冷态下绝缘电阻的测定 如果绕组表面温度与周围环境温度之差不大于4K时，即可认为电机处于冷态。 绕组绝缘电阻采用1000V兆欧表测量，测量时，兆欧表手柄应匀速转动（一般控制在90-150r/min），并在指针稳定后读数。测量结束，绕组应对地放电。各绕组对机座及各绕组相互间的绝缘电阻应分别测量，测量结果应不低于按下式确定的数值：  （6-2） 式中 R—电机绕组的绝缘电阻； UN—电机的额定电压（V）； PN—电机的额定功率（kW）。 3．绕组在实际冷态下直流电阻的测定 为了用电阻法测定电机在热态下各绕组的温升，在试验前应先测得绕组的冷态直流电阻及周围冷却空气温度，以便在温升试验后算出电机各绕组的温升。 测量绕组直流电阻时，电枢应静止不动，用电压表、电流表法进行测量。用电压表、电流表法测量组直流电阻时，应采用稳定的直流电源，被测绕组应与可变电阻器及电流表串联在电路中，电压表要直接接在被测绕组的出线端上进行测量，如图6-5所示。测量电流通常为被测绕组额定电流的10%以下，通电测量时，电流表、电压表读数要同时尽快读出。改变电流值测量3次，取3次测量求得的电阻平均值作为测量结果。若某次测量求得的电阻值与平均值之差大于2%时，则应重新测量。  图6-5 用伏安法测量直流电阻 对于牵引电动机的主极绕组、换向极绕组和补偿绕组的电阻，采用电压表、电流表法在被测绕组出线端进行测量。而测量电枢绕组电阻时，应将毫伏表通过金属棒接到预先做有标志的两片换向片上进行测量。如果电刷不提起，毫伏表应接在位于相邻两组电刷中心线下的换向片上。由于电枢绕组的直流电阻较小，为了提高测量的准确度，电机制造厂在试验时，通常用双臂电桥来测量电枢绕组直流电阻。 4．空转检查 在试验前电机通电空转的目的是为了初步检查电机各部件的装配质量及轴承运转情况，通过空转可以研磨电刷，使电刷接触面更为理想。 空转检查时，电机应放置平稳，在低电压、空载、不强迫通风的条件下进速过程行。转速应逐渐上升，在升速过程中注意监视电机的状态，最终使电机在额定转速或最大转速下运行30min。要求电机各部件（电枢、轴承、电刷、磁极、机座）应无异常振动及噪音；轴承、换向器及电刷应无过热现象；电刷与换向器的接触面积应不小于80%。对于需在两个转向运行的牵引电动机，在应正、反两个转向各运行30min。 5．电机的电刷中性线测定。 电刷安装位置正确与否将直接影响电机的换向质量，因而电机试验前要通过试验使实际的电刷位置与理想的电刷位置之间的差异越小越好。 在电刷与换向器接触良好（电刷接触面积达80%以上）的状态下，测定电刷中性线的方法有：感应法、正反转发电机法和正反转电动机法3种。用感应法测定电刷的中性线位置时，电机不必转动，不仅测试方法简便，而且准确性也较高，是目前最常用的一种方法。 用感应法测定电刷中性线的方法是：使被试电机的电枢静止不动，在相邻的两组电刷上接上小量程的双向直流毫伏表（或微安表），主极绕组采用他励，通以5%-10%的额定励磁电流，如图6-6所示。借助开关S，交替接通和断开励磁回路时，如果电刷位置偏离电刷中性线，则毫伏表的指针将出现摆动。调整刷架位置，重新进行测量，直到开关接通或断开励磁回路时，毫伏表指针停止摆动或摆动所显示的毫伏数最小（例如小于5mV），此时的电刷位置可以认为是在较理想的电刷中性线上。为确定测定结果的准确性，可以稍微转动电枢，在不同位置上作几次测量。  图6-6 感应法测定电刷中性线 6．机组的安装及测量仪器的选择 将经过上述检查和测试合格的两台牵引电动机吊入试验台位。通过联轴器耦接的两台电机水平、成直线地固定在试验台上，以免试验过程中电机发生振动、跳跃或移动。两台电机按反馈试验线路图连接成试验电路，并接入所需的测量仪表，电气测量仪表精度应不低于0.5级；分流器为0.2级；其他测量仪器为1级，仪表量程应使待测数值在其20%-95%范围内。试验台上应有标准风筒，向两台电机同时供给的需的冷却风量。在完成试验台的安装与调试工作后，方可开始进行电机的小时温升试验。 二、小时定额下的温升试验 温升试验的目的是检查被试牵引电动机的电枢绕组、定子绕组（主极绕组、换向极绕组及补偿绕组）、换向器和轴承的发热情况。由于这些间件所处位置不同，温升测量方法也有所不同，通常各绕组的温升采用电阻法来测定，而换向器、轴承和表面温度则用温度计进行测量。 小时定额下的温升试验采用图6-2所示的直流反馈试验线路，在试验过程中供给电机的风量应保持额定风量不变。对于强迫通风的电机则应在电机进风口用温度计测量冷却空气的温度。起动试验机组并调节被试电机M的电压为额定电压，电流为小时额定电流，保持此工况运行1h。 定子各绕组的电阻用电压表、电流表法来测量，最好每隔10-15min测量一次，并在温升试验结束前10s内进行最后一次测量，以此测量结果按下式计算各绕组的温升：  式中 ——试验结束时的绕组电阻（）； R。——实际冷态时的绕组电阻（）； ｔ。——实际冷态时的绕组温度（℃）； ——试验结束时的冷却空气温度（℃）。 其中，温度应取试验过程的最后1/4时间内几个相等时间间隔的温度计读数的平均值。 温升试验结束时，应急速制停机组（切断线路电源后，增加升压机的励磁），同时立即停止通风，以便进行电枢绕组电阻的测量。测量应在切断电源、停止通风后45s内开始，持续5min，每次测量的时间间隔为：前3min内不超过20ｓ；此后不超过30ｓ。根据不同时刻的电阻值，画出如图6-7所示的电枢绕组电阻冷却曲线，然后将曲线延长到与纵坐标相交，交点即为试验结束时的电枢绕组电阻值。据此值用公式(6-3)即可计算出电枢绕组的温升。测量结束后应尽快地起动电机，恢复被试电机原来的工作状态。  图6-7 试验结束时的电枢绕组电阻的确定 换向器温度经常采用半导体点温计或其他热时间常数较小的温度计来测量，电机停转后，应立即将温度计放到换向器表面发热最严重且易于接触的部位，待仪表指示基本稳定后读数。也可用红外线测温仪直接测量该处温度，测量方法是：在仪器的有效范围内使其所发出的红外线对正发热部位，待温度稳定后直接读取温度数值。 电机轴承温度常采用膨胀式温度计测量，温度计球部应用油灰包住并牢固地粘贴在前后轴承盖上，以使温度计尽可能贴附在被测部位的表面，减少热量的丧失（但存在变化磁场的位置不能用水银温度计）。也可用红外线测温仪直接进行温度测量。 根据国家技术标准规定，电机各绕组和换向器的温升应不超过其绝缘等级规定的温升限值；电机滚动轴承的温升应不超过55℃（冷却空气温度不超过40℃）。例行试验时采用反馈试验法进行的温升试验结果对被试机和陪试机均是有效的。 三、速率特性的测定 测定速率特性的目的是核定新设计试制的、新制待出厂的或检修后待出厂的牵引电动机特性是否符合要求，另外也是为了选择速率特性相同的牵引电动机安装在同一台机车上，使机车的负载能在各牵引电动机中均匀分配。特别是对于新设计试制的牵引电动机，按国家技术标准规定，应对其最初试制的6至10台电机制取该类型牵引电动机的“典型速率特性”。此典型速率特性是在额定电压、额定磁场以及各磁场削弱级下，进行正、反转试验后求取平均值制成。典型速率特性不仅提供了求取机车牵引特性的依据，而且对以后制造或修理出厂的牵引电动机提供了试验的鉴定标准。 速率特性测定试验在电机热态下进行，被试电机在保持额定电压及规定励磁条件下，分别测定正反两个转向的速率特性，每条曲线应从80%最高转速到90%最大电流的电流范围内连续测量4-5点，同时读取电机的转速、电枢电流、励磁电流和端电压值，根据试验数据绘制出速率特性曲线。 国家技术标准规定：例行试验，只需测定被试电动机在额定电压、额定磁场和最小磁场削弱级下的速率特性。速率特性的制造允差规定为： (1)在额定电压和给定的输入电流下，电动机在任一转向上测出的转速对典型速率特性上相同电流值时的转差允差为：在额定磁场时不超过3%；在大于50%磁场削弱级时不超过4%；在小于50%磁场削弱级时不超过6%； (2)在额定电压、额定电流和额定磁场时，电动机正、负两个转向的转速差值，对此两方向转速的算术平均值之比不超过3%。 牵引电动机速率特性测定后，往往有可能出现速率特性不合要求的情况，例如：整台电机的速率特性偏高或某一转向速率特性偏高等。若整台电机速率特性偏差高，多数是主磁通偏小造成的，主要原因可能是：主极气隙偏大，主极绕组有短路现象及电枢铁心叠压质量有问题等，遇到这种情况只能将电机吊下试验台后解体处理。若电机某一转向速率特性偏高，则说明电刷不在中性线上，这时在试验台上只需顺转速偏高的转向移动电刷到中性线上即可。调试经验是：对于额定转速为1000r/min左右的牵引电动机，刷架每移动1mm，转速将增加或减小20r/min左右。 四、超速试验及换向器跳动量检查 为了检查电机各转动部件（如电枢绕组、扎线、槽楔、轴承及换向器）的紧固情况及机械强度，每台电机在热态下应能承受2min的超速试验。 为了便于调节电机的转速稳定上升，试验时将被试电机作他励电动机空载运行，陪试电机被驱动空转，通过减小励磁电流及增加端电压（不超过被试电机的最大电压）的方法，使电机转速达到该电机最大转速的1.25倍，持续2min。试验完成后，可增加励磁电流及减小端电压，使转速下降后切断电源。 试验后电机各转动部件应无任何影响电机正常运转的机械损伤和永久性变形，并仔细检查换向器状态及其工作表面跳动量。换向器跳动量通常采用磁力百分表来进行测量，即将百分表固定在机座上，表头接触换向器工作表面（表头接触宽度应大于换向器云母槽宽），用手慢慢转动电枢一周，观察并记录表针摆动的最大幅值；也可用牵引电动机换向器椭圆度检测仪进行测量，测量方法是：打开该仪器的电源开关，使其测试探头与换向器工作表面相接触，电枢转动时该仪器自动记录换向器跳动量的最大值和最小值，然后利用其自带的微型打印机将测试结果直接打印出即可。技术标准规定：牵引电动机在热态时，换向器跳动量应不大于0.04mm；冷态和热态时的跳动量之差应不大于0.02mm，但测量应在换向器前端工作表面的同一位置进行。 五、换向试验 换向试验的目的在于确定牵引电动机在规定的工作条件下，换向器和电刷之间的火花程度。稳定条件下的换向试验应在电机超速试验后、热态下进行。为了获得正确的试验结果，换向试验前应预先消除产生火花的机械原因。 表6-1 电力机车牵引电动机的换向试验工作点 工作点号 电压 电流 转速 励磁率 允许火花等级  1 最高电压 最大电流 ---- 最小磁场 2  2 最高电压 额定电流 ---- 最小磁场 1  3 最高电压 ---- 最大转速 最小磁场 1   对于电力机车牵引电动机，换向试验时应在最高工作电压（对直接从接触网受电的牵引电动机，其最高工作电压为额定电压的1.2倍；对于通过车上变压器一整流器供电的脉流牵引电动机，其最高工作电压为额定电压的1.16倍）、最深磁场削弱级（若没有磁场削弱级，则为额定磁场）的条件下，对应特性上的最大电流、额定电流及最大转速3个工作点进行换向试验，见表6-1。最大电流应根据牵引电动机特性曲线使用范围内的最大值来确定，如无特殊规定则最大电流为额定电流的2倍；对用于再生制动或电阻制动的牵引电动机，则应选择制动特性上换向条件最困难的工作点来进行。最大转速为机车正常运行时的最大速度相应的电动机转速。 电机在调节到每个规定工作点时，应持续运转30s后观察并记录火花，如果观察到的火花程度与相应的换向器、电刷表面状态不符时，则应根据这些表面状态来确定火花等级。对于可正反转的电机，每项试验应分别在两个转向进行，改变转向后，允许在新的转向以额定电压和不超过额定持续电流的条件下连续运转5min，以使电刷和换向器之间得到一个较好的接触表面。但在两个转向试验的时间间隔内，不应移动电刷。 牵引电动机换向试验后，应无机械损坏、闪络、环火及永久性损伤。其火花等级应在表6-1所规定的范围内。如果换向试验结果不能满足技术要求，则在严格保证电机装配质量良好的前提下，应考虑对换向极的补偿特性作进一步的鉴定，必要时可采用测定最佳换向区的方法，为调整换向极第二气隙的大小或换向线圈的匝数提供依据。 六、最佳换向区的测定  图6-8 接有加馈发电机的反馈试验线路 最佳换向区测定试验应在换向区表面已建立稳定氧化膜，电刷接触面积达80%以上的条件下进行，试验时仍用图6-2所示的反馈试验线路，只是在被试电机M的换向极绕组HM两端并接一个直流加馈发电机，如图6-8所示。电机应在额定电压及正常通风和接近正常工作温度的热态情况下开始试验。试验时，先调节被试电机至某一电枢电流并维持恒定，然后合上转换开关S，逐步增加换向极的正向加馈电流，当电刷下将出现而尚未出现火花（1级）时，读取此时电枢电流和加馈电流+值；其后倒换开关S位置，改变加馈电流方向，按同样方法读取-值。再改变电枢电流的数值，分别在接近最大电流至接近最大转速的电流范围内，选择4-5个电流值按同样步骤进行上述测定。试验后以电枢电流人为横坐标，/％为纵坐标，绘制出面/％=关系曲线，坐标内被上、下两条曲线包围的区域称为无火花换向区。 无火花换向区域曲线如图6-9所示的3种典型情况，根据无火花换向区的曲线形状，就能确定换向应的补偿品质。  图6-9 无火花换向区域曲线 （a）正确补偿； （b）过补偿； （c）欠补偿。 1.正确补偿情况 此时换向元件内的电抗电势与换向电势即基本相等，因此在同一电枢电流下，出现1级火花时换向极所需的，从而得到图6-9（ａ）所示的曲线，由此得出结论：如果无火花换向区曲线的平均线与横坐标重合，则说明换向极补偿正确，不需作任何调整。 2.过补偿情况 此时在某一电枢电流下，换向极未加馈时所产生的换向电势已大于电势，因此出现级火花时，换向极所需的，从而得到图6-9）所示曲线，其结论是：如果无火花换向区曲线的平均线位于横坐标的下方时，则说明电机为过补偿换向。处理方法是：在不改变换向极线圈匝数和励磁电流的情况下，可将换向极第二气隙加大，即用薄钢片或环玻璃布板等非磁性垫片，替换向极第二气隙中的磁性垫片。对于新设计的电机也可调整换向极线圈的匝数，过补偿时可减少匝数。 3.欠补偿情况 此时由于换向极磁势过弱，所以同一电枢电流下的，则无火花换向区 曲线的平均线位于横坐标的上方，如图6-9）所示。其处理方法与过补偿情况相反。 七、电枢绕组匝间绝缘介电强度试验 此项试验在电机热态下进行，用来检查电枢绕组的匝间绝缘强度。试验时，被试电机作他励发电机空载运行（他励电源可由升压机供给），给予额定通风量，用增加他励电流（不超过1.5倍额定电流）和提高电机转速（发电机转速不超过1.15倍的额定转速，电动机转速不超过最大转速）的方法，使被试电机的空载电压达到1.3倍的额定电压，持续运行5min后，电枢绕爱的匝间绝缘应无击穿现象。 八、绕组对机座及绕组相互之间绝缘介电强度试验 此项试验也称为耐压试验，被试电机应在热态及静止情况下进行本项试验，此时电机各部件位置相当于正常工作状态，且不得在电机绕组或引出线之间填以临时绝缘物体。试验电压为尽可能正弦波交流电压，频率为50HZ，由试验变压器供给。变压器容量按每1KV试验电压不小于1KV·A设置。试验电压值可在被试端用静电电压表或通过电压互感器接电压表来测量。 对于国产SS系列电力机车的牵引电动机，试验电压值规定为2.25U＋2000(V)，式中U为主变压器原边绕组在接触网的额定电压25KV时，通过主变压器、硅机组及平波电抗器可能加在电机或绕组上的最高对地电压（即U=1.16U）。 试验前应先测定绕组的绝缘电阻。试验应对每个单独电路逐一进行。试验时，试验电压应施加于被试绕组的出线端和机座之间，此时其他不参与试验的绕组均应与机座连接。施加电压应从不超过1/3试验电压值开始，逐步均匀增加至全值电压，在全值电压下保持1min，然后迅速降至1/3值以下，再断开电源。在试验过程中，电机绝缘应不被击穿。 本项试验完成后，绕组应及时对地放电，并复测绝缘电阻，以确认电机合格。同一台电机不应重复进行本项试验。但如用户提出要求，可允许再进行一次试验，但试验电压值应不超过规定数值的85%。 第四节 脉流牵引电动机的试验线路 脉流牵引电动机的例行试验和型式试验项目及要求与直流牵引电动机基本相同，但由于它的工作电源性质不同，将对脉流牵引电动机的温升、换向性能及工作特性等方面产生一定的影响。为了确定脉流牵引电动机在直流工况下和脉流工况下的差别，试验规则规定：脉流牵引电动机的某些型式试验项目（温升试验、换向试验和速率绘制），应在具有实际脉动频率和电流脉动系数的脉动电压下进行；这些试验使用的设备所产生的电流脉动系数应尽可能和实际运行中整个工作范围内出现的脉动系数接近。为了满足上述试验条件的要求，在进行脉流牵引电动机的型式试验时，常用的脉流反馈试验线路有以下3种。 一、带升压机电源的脉流试验线路。 这种反馈线路如图6-10所示，其试验原理及线路与直流牵引电动机反馈试验基本相同，区别仅在于：图6-10中采用硅整流装置SR1及SR2代替了直流反馈试验线路中的线路发电机及升压发电机。这两个整流装置输人的交流电源也应与机车实际工作状态一致，可以是单相或三相交流电源；SR1及SR2可以是不可控的硅整流装置，也可以是晶闸管可控整流装置，视被试电动机Ｍ在机车上的工况而定。电流脉动系数Ki可通过铁心电抗器Ｌ的抽头进行调节。  图6-10 带升压电源的脉流试验线路 图6-11 陪试机他励的脉流试验线路 显然，采用这种线路可以对被试电机Ｍ进行例行试验和型式试验规定的各个项目，但由于被试电机M与陪试电机G的平均电流及其脉动电流大小不相等，磁特性与杂散附加损耗均不相同，因而采用这种线路难以精确测定其损耗数值与效率。另外，整流装置SR1的输出电压应为被试电动机Ｍ额定电压的1.2倍，是一个高压整流电源设备。为了减少试验设备的投资，对于一些不需要对电机作整套型式试验项目的厂、段，也可采用图6-11所示的陪试机他励的反馈试验线路。这种线路中采用硅整流装置SR取代图6-4直流试验线路中的直流升压机，以获得脉动电流。被试电机M的恒定电压必须通过SR及TG的同时调节方能达到，故调节较困难，其损耗与效率也难以测定。 二、采用工加法的反馈试验线路 对于不可控整流电源下工作的脉流牵引电动机，脉动电源中主要包括直流分量和两倍电网频率的交流分量两部分。据此，只要在直流反馈试验线路的基础上，叠加一个频率为100HZ的交流电源，即可对被试电机M进行模拟实际电源的试验，其线路原理图如图6-12所示。  图6-12 叠加法反馈试验电路 (a)电流脉动系数可调的反馈线路；(b)100HZ交流电源电路。 图6-12（ａ）中除了加入调节被试电机Ｍ和电源支路的电流脉动系数的电抗器L和平波电抗器L；以及在升压机S支路内串人塞流电抗器Lｓ外，与直流牵引电动机的反馈试验线路完全相同，其风仍为高电压的直流电源。100HZ交流电源分量的加入则由图（6-12）所示的线路来实现，其中SY为三相同步电动机，AS为三相绕线式感应电动机的转子AS为其定子，如在AS中供馈50HZ的交流电，则当转子在静止状态时，其定子AS的三相绕组也感应出相应的50HZ交流电。显然，当同步电动机SY以同步速率拖动三相电动机的转子AS，并使其沿转子ASｚ的旋转磁场方向转动时，则在感应电动机的定子AS三相绕组中将感应出频率为 100HZ的交流电，此时只要将AS的两相接入调压器T，通过调节T即可在1、2端头得到所需的100HZ交流电，图6-12）中电容C起到隔直流作用，使直流电源不致进入调压器T。 试验时只需调节升压机S的励磁，即可改变被试电机的负载，调节调压器T及铁心电抗器Ｌ抽头即可改变被试电机Ｍ的交流分量，线路的调试是简便的。叠加法线路虽属模拟性质，但对计些不需要精确测量怕损耗、效率等）的性能试验已能满足要求，在专门研究100HZ交流分量对脉流牵引电动机的性能影响时，此线路的优点是显然的。 小 结 牵引电动机试验的目的在于全面评定被试电动机的部件温升、工作特性、换向、绝缘及机械强度等技术性能。牵引电动机的试验主要有例行试验和型式试验两类。例行试验是每台出厂电机都必须进行的试验项目，主要包括：小时温升试验、速率特性测定、超速试验、换向试验及耐压试验等。 直流牵引电动机的试验线路可以有多种形式，目前广泛采用带升压电源的反馈负载试验线路，该试验线路的优点是：被试电动机的试验工况调节简便；电机各类损耗可分别直接由线路电源和升压电源确定，因此能方便地确定电机效率；试验时消耗的能量较少。对于仅需作一般性检查试验的厂、段，也可采用陪试机他励的反馈试验线路，该线路的优点是可省去高压线路电源，节省投资。 直流牵引电动机试验前应做的准备工作主要有：绕组冷态直流电阻测定、空转试验及电刷中性线测定等。直流牵引电动机的例行试验的试验项目必须按规定程序逐项进行，即应先进行小时温升试验，其他项目均应在电机热态下进行。各项试验应根据《机车电机试验方法一直流电机》及该型电机“试验大纲”规定的试验方法进行，试验结果应符合《机车用直流电机基本技术条件》中规定的技术要求。 脉流牵引电动机的试验项目及技术要求与直流牵引电动机基本相同，但脉流牵引电动机的某些型式试验项目（温升、换向和特性曲线试验）应在具有实际脉动频率和电流脉动系数的脉动电流下进行。因此，脉流试验时，应在直流反馈试验线路的基础上，用脉动电源取代直流线路电源和升压电源，并增设带抽头的平波电抗器，以调节电流脉动系数的大小。也可在直流试验线路上叠加一个100HZ交流电，对被试电机进行模拟实际电源的试验。 复习思考题 1、画出直流牵引电动机的带升压机的反馈试验线路，并说明： （1）反馈负载试验的基本原理是什么？ （2）被试电动机的试验工况如何调节？在调节过程中应注意哪些问题？ （3）被试电动机的各类损耗如何确定？ 2、直流牵引电动机试验前应做哪些准备工作？绕组冷态直流电阻测定及空转试验的目的和要求是什么？ 3、直流牵引电动机测定电刷中性线的方法有哪几种？简述用感应法测定电剧中性线的方法。 4、直流牵引电动机小时温升试验的目的和要求是什么？简要说明：定子绕组、电枢绕组及换向器的温升测量方法有何异同？ 5、简述速率特性测定试验的目的及速率特性的允许偏差标准。速率特性不合要求的原因是什么？应如何处理？ 6、直流牵引电动机换向试验的目的和要求是什么？换向试验应在哪几个工况下进行？ 7、画出直流牵引、电动机最佳换向区测定的试验原理线路图。简要说明： （1）试验操作步骤和测定方法； （2）根据无火花换向区域曲线形状，如何调整换向极的补偿作用？ 8、简述直流牵引电动机耐压试验的方法及要求，耐压试验时应注意什么？ 9、脉流牵引电动机的型式试验有何特殊要求？常用的脉流牵引电动机反馈试验线路有何特点？