HXD3B型交流传动电力机车牵引电机
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定子无传统的框架式机座，采用叠片形式，由两个坚 固的铸钢压板将叠片压接在一起。压板通过钢套焊接在 一起，构成结构紧凑、有足够的扭转强度的机体。叠片由
收稿日期：2009- 12- 14 作者简介：刘洪云，工程师，2001 年毕业于哈尔滨理工大学电机电器及其控制专业，现主要从事电力机车电气设计工作。
-33-
P2= 1 632 kW；T=10 434 N·m；n=1 494 r/min；Cos=0.904； F1=50.3 Hz；F2= 0.55 Hz。
最大值：U1=2 183 V；I1=552 A；P2=1 632 kW；F1=103.4 Hz； n=3 065 r/min；T=11 745 N·m。
转子为短路鼠笼式结构，由短路笼导条和 2 个短路 环（铜材质）组成，采用中频感应钎焊。短路环的外侧包有 收缩环，其很高的机械强度保证了转子在离心负载下的 工作可靠性。叠片由两个压环连接在一起，热套在电机轴 上。转子导条经过特殊设计以减小由于电流谐波引起的 损耗、振动和扭矩波动。
电机的转轴用优质合金钢锻造，全长为 686.5 mm。 2.3 端 盖
定子采用开口式槽型，槽内垫有双面带机械保护层 的 Dupont 高绝缘强度槽绝缘膜，绕组为双层绕组。定子 绕组由绕制成形的线圈组成，线圈由包有 Kapton 耐电晕 薄膜的的矩形截面铜导线绕制而成，线圈成型后，其外侧 再包匝多层粉母带，线圈在定子的 A 端连接成 Y 形三相 绕组，并通过三相引出线引至外侧接线端。所有连接部分 使用铜焊，并做同样的绝缘处理。两端定子槽口做封胶处 理。定子绕组采用真空加压浸漆绝缘处理（VPI 处理），使 用了有机硅脂。整个定子绝缘体系符合交流电机最高耐 温等级，即 C200 级要求。 2.2 转子
电机电缆与定子绕组间的连接采用铜焊。电机带有 三根最长为 3 m 的功率电缆和接地电缆，电缆端部不带 连接器，镀锡长度 40 mm。
5 结论
Mitrac TM 3800 F 型牵引电机结构简单，维护方便， 同时能满足机车的牵引运行要求，该电机已批量用于 HXD3B 型机车，运行安全可靠。
参考文献：
[1] 陈世坤. 电机设计[M]. 北京：机械工业出版社，1989. [2] 《电机工程手册》编写组. 电机工程手册[M]. 北京：机械工业出版
声明
为适应我国信息化建设，扩大本刊及作者的知识信息交流渠道，本刊已被“CNKI 中国期刊全文 数 据 库 ”、 “ 万 方 数 据— — — 数 字 化 期 刊 群 ” 及 “ 中 文 科 技 期 刊 数 据 库 ” 收 录 ， 其 作 者 文 章 著 作 权 使 用 费 与本刊稿酬一次性给付。 免费提供作者文章引用统计分析资料。 如作者不同意文章被收录，请在来 稿时向本刊声明，本刊将作适当处理。
T=- 9 499 N·m；n=3 065 r/min；F1=101.1 Hz。 中间电压：Ud=2 800 V（制动）。
图 4 Mitrac TM 3800 F 型电机制动特性曲线
4 电机特点
4.1 功能 在牵引模式，牵引电机将电能转变为机械能，在制动
模式牵引电机将机械能转变为电能。 当电机由三相电源供电时，定子绕组将产生旋转的
本电机设计还采用了无机座化定子铁芯、转子整体 感应焊接、进口绝缘轴承等技术。
通常，为防止尖峰脉冲对电机绝缘的损坏，采用了耐 电晕绝缘材料，这是为防绝缘失效所采取的一项有效措
施。为了防止轴电流对轴承的电蚀，采用了绝缘轴承。 4.4 冷却方式
电机为强迫风冷，空气通过柔性风道从通风机传输 至进气口，进气口同齿轮箱是一体的，在那里径向气流转 换为通过电机的轴向气流。电机内部冷却空气流经定子 绕组、定子叠片、转子叠片、转子绕组及轴承等产生损耗 的零件。出风口位于电机的非传动端一侧，轴向排布。 4.5 监测
电力机车与城轨车辆·2010 年第 2 期
接触的迷宫式油脂密封完成。在传动端，电机带有薄板式 联轴节。
3 特性
1— 转子；2—定子；3—盖；4—非传动端端盖；5—速度传感器；6— 滚动轴承；7—转轴；8—传动端安装盖。
图 2 Mitrac TM 3800 F 型电机横剖面图
3.1 牵引特性（见图 3） 温度：定子 150 ℃ ；转子 150 ℃。 额定值：U1=2 183 V；Ud=2 800 V；I1=497 A；En=96.1%；
该电机由 Bombardier 公司开发生产，产品符合 IEC 60349- 2 标准。每台 HXD3B 型机车由 6 台该电机驱动。其 外形图如图 1 所示。
直流中间电压（最大）/V 额定功率 /kW 额定转速 /r·min-1 额定电流 /A 额定电压 /V 额定频率 /Hz 最大电动机转速 /r·min-1 功率因数 冷却类型 冷却风量 /m·3 s-1 绝缘级别 质量 /kg
第 33 卷 第 2 期 2010 年 3 月 20 日
◆ 研究开发 ◆
电力机车与城轨车辆 Electric Locomotives ＆ Mass Transit Vehicles
Vol. 33 No. 2 Mar. 20th，2010
HXD3B 型交流传动电力机车牵引电机
刘洪云， 周荣森， 代兴军
牵引电机采用半悬挂方式，通过抱轴箱与轮对相连。 机车在牵引运行状态时，牵引电机将电能转换成机械能， 通过轮对驱动机车运行。当机车在再生制动状态运行时， 牵引电机将机械能转换成电能，产生列车的制动力，此时 电机处于发电状态。
牵引电机的工作条件十分恶劣，与其他电机比较，负 载变化大，冲击和振动严重，恶劣的风沙、雨雪气候、酸碱 性气体影响侵蚀严重。
为满足机车对电机的运行要求，并且在尺寸和重量 受限制的情况下，Mitrac TM 3800 F 型牵引电机采用如下 设计方式。为满足尺寸要求，在设计中采用高的电磁负荷 磁参数，用高耐热等级的绝缘材料，高性能的硅钢片和高 强度的转轴等材料，选用高的加工精度要求；为达到这些 要求，制造中采用数控加工，真空压力浸漆和中频感应钎 焊等精细的工艺；为满足重量要求，在设计中采用无专门 机座的轻量化结构，通过选择合适的极数来控制电机重 量。
文献标识码：A
文章编号：1672- 1187（2010）02- 0033- 03
Traction motor for type HXD3B AC drive electric locomotive
LIU Hong- yun，ZHOU Rong- sen，DAI Xing- jun
（Dalian Locomotive and Rolling Stock Co.，Ltd.，CNR Group，Dalian 116022，China）
社，1996. [3] 汤蕴璆，史 乃. 电机学[M]. 北京：机械工业出版社 ，1999. [4] 张曙光. HXD3 型电力机车[M]. 北京：中国铁道出版社，2009.
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为了保护定子线圈，避免产生热过载，并考虑到功能 上的控制，为电动机配备如下传感器：
1）Pt 100 传感器，用于探测定子的温度，保证电机的 安全运行，其位于定子的非传动端侧面的外壳部分。
2）速度传感器（根据变流器来选定），其安装在非传 动端侧面的电动机端护罩上。用于产生与转速对应的脉 冲序列信号的测速齿盘安装在转子轴端。牵引电机的转 速测量及转向确定是由速度传感器来完成。它给出两路 相位差 90°的速度信号，这两个信号用来测量电机转速 和判定电机转向，以便对电机进行控制。两路信号的相位 差用来判断电机转向。 4.6 电气连接
正弦分布磁动势，作用在气隙上的磁动势产生相应的旋 转磁场。基波磁场以同步速度旋转。该同步转速是电源频
-34-
刘洪云 等·HXD3B 型交流传动电力机车牵引电机·2010 年第 2 期
率在特定电机极对数下形成的。旋转磁场在转子导条中 产生与同步转速和转子转速的差值成比例变化的电压， 该电压将在转子回路中产生电流，转子电流和定子磁场 在转子上产生机械转矩。电源电压和频率控制电机转矩， 电源频率和转差率控制电机转速。 4.2 电机的工作特点
Abstract：The traction motor of type HXD3B electric locomotive is three- phase，squirrel- cage type，asynchronous，which is specially designed for inverter supply. The traction motor is one bearing structure. The drive type is designed as a nose- suspended drive. This paper mainly presents the technical parameter，structure and design characteristics.
（中国北车集团大连机车车辆有限公司，辽宁 大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 116022）
摘 要：HXD3B 型机车用三相鼠笼式异步牵引电机，该电机专门为逆变器供电而设计，电机结构为单轴承结构，驱动
方式采用半悬挂驱动。文章主要介绍了电机的技术参数、结构和设计特点。
关键词：牵引电机；逆变器供电；参数；结构特点
中图分类号：U264.1+ 3
2 950 1632 1 494 498 2 183 50.4 3 198 0.904 外部冷却 约 1.8 200 级 2 150
2 电机结构
图 1 电机外形图
1 主要技术参数
型号 极对数
Mitrac TM 3800 F 2
Mitrac TM 3800 F 型电机主要由定子、转子、端盖、轴 承等部件组成，其横剖面如图 2 所示。 2.1 定子
《电力机车与城轨车辆》编辑部 -35-
Key words：traction motor；inverter supply；parameter；structure
HXD3B 型机车牵引电机是一个 4 极三相鼠笼式单轴 承异步电动机，冷却方式采用强迫风冷，悬挂方式采用半 悬挂、单级斜齿轮传动。该电机为逆变器供电特别设计， 可降低逆变电源造成的脉动转矩、损耗和噪声等级。
中间电压：Ud=2 800 V。
高导磁率硅钢片组成，该无取向的硅钢片双面均涂有专 门开发的极厚半有机绝缘涂层，具有很高的表面电阻，可 有效降低定子铁芯的涡流损耗。定子总成的非驱动端装 有端盖，端盖材料系具有高强度和高韧性的球墨铸铁。端 盖内装有轴承。轴承采用等离子喷涂陶瓷层的绝缘轴承， 可以有效阻断可能通过轴承的轴电流，保证轴承的使用 寿命。定子的驱动端端面直接与齿轮箱配合。
对逆变器供电的牵引电机来说，在元件关断时，尖峰 脉冲对电机绝缘会产生极为不利的影响；此外，当电机在 额定转速以上运行时，电源为矩形波，流经电机的电流含 有大量谐波，从而使电机效率降低，所产生谐波转矩使电 机转速波动；同时还因共模电压产生轴电流。为此 Mitrac TM 3800 F 型牵引电机针对这些特殊的因素，采用了不同 的改进措施。 4.3 电机的设计要求
电机和齿轮箱为一体式结构，在传动端没有轴承盖。 非传动端端盖由球墨铸铁材料构成。端盖的形状尺寸 小、刚度大。 2.4 轴承
电机非传动端有一个 NU 型的绝缘轴承。在非传动 侧端盖处设有注油口，允许补加润滑脂。轴承密封通过不
图 3 Mitrac TM 3800 F 型电机牵引特性曲线
3.2 制动特性（见图 4） 最大值 （制动）：U1=2 183 V；I1=468 A；P2=- 1 568 kW；
收稿日期：2009- 12- 14 作者简介：刘洪云，工程师，2001 年毕业于哈尔滨理工大学电机电器及其控制专业，现主要从事电力机车电气设计工作。
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P2= 1 632 kW；T=10 434 N·m；n=1 494 r/min；Cos=0.904； F1=50.3 Hz；F2= 0.55 Hz。
最大值：U1=2 183 V；I1=552 A；P2=1 632 kW；F1=103.4 Hz； n=3 065 r/min；T=11 745 N·m。
转子为短路鼠笼式结构，由短路笼导条和 2 个短路 环（铜材质）组成，采用中频感应钎焊。短路环的外侧包有 收缩环，其很高的机械强度保证了转子在离心负载下的 工作可靠性。叠片由两个压环连接在一起，热套在电机轴 上。转子导条经过特殊设计以减小由于电流谐波引起的 损耗、振动和扭矩波动。
电机的转轴用优质合金钢锻造，全长为 686.5 mm。 2.3 端 盖
定子采用开口式槽型，槽内垫有双面带机械保护层 的 Dupont 高绝缘强度槽绝缘膜，绕组为双层绕组。定子 绕组由绕制成形的线圈组成，线圈由包有 Kapton 耐电晕 薄膜的的矩形截面铜导线绕制而成，线圈成型后，其外侧 再包匝多层粉母带，线圈在定子的 A 端连接成 Y 形三相 绕组，并通过三相引出线引至外侧接线端。所有连接部分 使用铜焊，并做同样的绝缘处理。两端定子槽口做封胶处 理。定子绕组采用真空加压浸漆绝缘处理（VPI 处理），使 用了有机硅脂。整个定子绝缘体系符合交流电机最高耐 温等级，即 C200 级要求。 2.2 转子
电机电缆与定子绕组间的连接采用铜焊。电机带有 三根最长为 3 m 的功率电缆和接地电缆，电缆端部不带 连接器，镀锡长度 40 mm。
5 结论
Mitrac TM 3800 F 型牵引电机结构简单，维护方便， 同时能满足机车的牵引运行要求，该电机已批量用于 HXD3B 型机车，运行安全可靠。
参考文献：
[1] 陈世坤. 电机设计[M]. 北京：机械工业出版社，1989. [2] 《电机工程手册》编写组. 电机工程手册[M]. 北京：机械工业出版
声明
为适应我国信息化建设，扩大本刊及作者的知识信息交流渠道，本刊已被“CNKI 中国期刊全文 数 据 库 ”、 “ 万 方 数 据— — — 数 字 化 期 刊 群 ” 及 “ 中 文 科 技 期 刊 数 据 库 ” 收 录 ， 其 作 者 文 章 著 作 权 使 用 费 与本刊稿酬一次性给付。 免费提供作者文章引用统计分析资料。 如作者不同意文章被收录，请在来 稿时向本刊声明，本刊将作适当处理。
T=- 9 499 N·m；n=3 065 r/min；F1=101.1 Hz。 中间电压：Ud=2 800 V（制动）。
图 4 Mitrac TM 3800 F 型电机制动特性曲线
4 电机特点
4.1 功能 在牵引模式，牵引电机将电能转变为机械能，在制动
模式牵引电机将机械能转变为电能。 当电机由三相电源供电时，定子绕组将产生旋转的
本电机设计还采用了无机座化定子铁芯、转子整体 感应焊接、进口绝缘轴承等技术。
通常，为防止尖峰脉冲对电机绝缘的损坏，采用了耐 电晕绝缘材料，这是为防绝缘失效所采取的一项有效措
施。为了防止轴电流对轴承的电蚀，采用了绝缘轴承。 4.4 冷却方式
电机为强迫风冷，空气通过柔性风道从通风机传输 至进气口，进气口同齿轮箱是一体的，在那里径向气流转 换为通过电机的轴向气流。电机内部冷却空气流经定子 绕组、定子叠片、转子叠片、转子绕组及轴承等产生损耗 的零件。出风口位于电机的非传动端一侧，轴向排布。 4.5 监测
电力机车与城轨车辆·2010 年第 2 期
接触的迷宫式油脂密封完成。在传动端，电机带有薄板式 联轴节。
3 特性
1— 转子；2—定子；3—盖；4—非传动端端盖；5—速度传感器；6— 滚动轴承；7—转轴；8—传动端安装盖。
图 2 Mitrac TM 3800 F 型电机横剖面图
3.1 牵引特性（见图 3） 温度：定子 150 ℃ ；转子 150 ℃。 额定值：U1=2 183 V；Ud=2 800 V；I1=497 A；En=96.1%；
该电机由 Bombardier 公司开发生产，产品符合 IEC 60349- 2 标准。每台 HXD3B 型机车由 6 台该电机驱动。其 外形图如图 1 所示。
直流中间电压（最大）/V 额定功率 /kW 额定转速 /r·min-1 额定电流 /A 额定电压 /V 额定频率 /Hz 最大电动机转速 /r·min-1 功率因数 冷却类型 冷却风量 /m·3 s-1 绝缘级别 质量 /kg
第 33 卷 第 2 期 2010 年 3 月 20 日
◆ 研究开发 ◆
电力机车与城轨车辆 Electric Locomotives ＆ Mass Transit Vehicles
Vol. 33 No. 2 Mar. 20th，2010
HXD3B 型交流传动电力机车牵引电机
刘洪云， 周荣森， 代兴军
牵引电机采用半悬挂方式，通过抱轴箱与轮对相连。 机车在牵引运行状态时，牵引电机将电能转换成机械能， 通过轮对驱动机车运行。当机车在再生制动状态运行时， 牵引电机将机械能转换成电能，产生列车的制动力，此时 电机处于发电状态。
牵引电机的工作条件十分恶劣，与其他电机比较，负 载变化大，冲击和振动严重，恶劣的风沙、雨雪气候、酸碱 性气体影响侵蚀严重。
为满足机车对电机的运行要求，并且在尺寸和重量 受限制的情况下，Mitrac TM 3800 F 型牵引电机采用如下 设计方式。为满足尺寸要求，在设计中采用高的电磁负荷 磁参数，用高耐热等级的绝缘材料，高性能的硅钢片和高 强度的转轴等材料，选用高的加工精度要求；为达到这些 要求，制造中采用数控加工，真空压力浸漆和中频感应钎 焊等精细的工艺；为满足重量要求，在设计中采用无专门 机座的轻量化结构，通过选择合适的极数来控制电机重 量。
文献标识码：A
文章编号：1672- 1187（2010）02- 0033- 03
Traction motor for type HXD3B AC drive electric locomotive
LIU Hong- yun，ZHOU Rong- sen，DAI Xing- jun
（Dalian Locomotive and Rolling Stock Co.，Ltd.，CNR Group，Dalian 116022，China）
社，1996. [3] 汤蕴璆，史 乃. 电机学[M]. 北京：机械工业出版社 ，1999. [4] 张曙光. HXD3 型电力机车[M]. 北京：中国铁道出版社，2009.
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为了保护定子线圈，避免产生热过载，并考虑到功能 上的控制，为电动机配备如下传感器：
1）Pt 100 传感器，用于探测定子的温度，保证电机的 安全运行，其位于定子的非传动端侧面的外壳部分。
2）速度传感器（根据变流器来选定），其安装在非传 动端侧面的电动机端护罩上。用于产生与转速对应的脉 冲序列信号的测速齿盘安装在转子轴端。牵引电机的转 速测量及转向确定是由速度传感器来完成。它给出两路 相位差 90°的速度信号，这两个信号用来测量电机转速 和判定电机转向，以便对电机进行控制。两路信号的相位 差用来判断电机转向。 4.6 电气连接
正弦分布磁动势，作用在气隙上的磁动势产生相应的旋 转磁场。基波磁场以同步速度旋转。该同步转速是电源频
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刘洪云 等·HXD3B 型交流传动电力机车牵引电机·2010 年第 2 期
率在特定电机极对数下形成的。旋转磁场在转子导条中 产生与同步转速和转子转速的差值成比例变化的电压， 该电压将在转子回路中产生电流，转子电流和定子磁场 在转子上产生机械转矩。电源电压和频率控制电机转矩， 电源频率和转差率控制电机转速。 4.2 电机的工作特点
Abstract：The traction motor of type HXD3B electric locomotive is three- phase，squirrel- cage type，asynchronous，which is specially designed for inverter supply. The traction motor is one bearing structure. The drive type is designed as a nose- suspended drive. This paper mainly presents the technical parameter，structure and design characteristics.
（中国北车集团大连机车车辆有限公司，辽宁 大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 116022）
摘 要：HXD3B 型机车用三相鼠笼式异步牵引电机，该电机专门为逆变器供电而设计，电机结构为单轴承结构，驱动
方式采用半悬挂驱动。文章主要介绍了电机的技术参数、结构和设计特点。
关键词：牵引电机；逆变器供电；参数；结构特点
中图分类号：U264.1+ 3
2 950 1632 1 494 498 2 183 50.4 3 198 0.904 外部冷却 约 1.8 200 级 2 150
2 电机结构
图 1 电机外形图
1 主要技术参数
型号 极对数
Mitrac TM 3800 F 2
Mitrac TM 3800 F 型电机主要由定子、转子、端盖、轴 承等部件组成，其横剖面如图 2 所示。 2.1 定子
《电力机车与城轨车辆》编辑部 -35-
Key words：traction motor；inverter supply；parameter；structure
HXD3B 型机车牵引电机是一个 4 极三相鼠笼式单轴 承异步电动机，冷却方式采用强迫风冷，悬挂方式采用半 悬挂、单级斜齿轮传动。该电机为逆变器供电特别设计， 可降低逆变电源造成的脉动转矩、损耗和噪声等级。
中间电压：Ud=2 800 V。
高导磁率硅钢片组成，该无取向的硅钢片双面均涂有专 门开发的极厚半有机绝缘涂层，具有很高的表面电阻，可 有效降低定子铁芯的涡流损耗。定子总成的非驱动端装 有端盖，端盖材料系具有高强度和高韧性的球墨铸铁。端 盖内装有轴承。轴承采用等离子喷涂陶瓷层的绝缘轴承， 可以有效阻断可能通过轴承的轴电流，保证轴承的使用 寿命。定子的驱动端端面直接与齿轮箱配合。
对逆变器供电的牵引电机来说，在元件关断时，尖峰 脉冲对电机绝缘会产生极为不利的影响；此外，当电机在 额定转速以上运行时，电源为矩形波，流经电机的电流含 有大量谐波，从而使电机效率降低，所产生谐波转矩使电 机转速波动；同时还因共模电压产生轴电流。为此 Mitrac TM 3800 F 型牵引电机针对这些特殊的因素，采用了不同 的改进措施。 4.3 电机的设计要求
电机和齿轮箱为一体式结构，在传动端没有轴承盖。 非传动端端盖由球墨铸铁材料构成。端盖的形状尺寸 小、刚度大。 2.4 轴承
电机非传动端有一个 NU 型的绝缘轴承。在非传动 侧端盖处设有注油口，允许补加润滑脂。轴承密封通过不
图 3 Mitrac TM 3800 F 型电机牵引特性曲线
3.2 制动特性（见图 4） 最大值 （制动）：U1=2 183 V；I1=468 A；P2=- 1 568 kW；