电力机车抱轴箱轴承电流的分析与计算

摘要

本论文以电力货运机车为研究背景，分析计算了电力机车转向架中抱轴箱轴承电流的大小。由于IGBT等功率器件的使用，随着IGBT开关频率的快速增长，在变频驱动下所产生的轴电压、轴电流对电机轴承的寿命产生了不可忽视的影响。为了避免电机轴承的过早损坏，牵引电机通常采用绝缘轴承，轴电压对于电机轴承的影响可以忽略。但牵引电机的齿轮侧直接与转向架中的抱轴箱相连，通过牵引电机机箱与抱轴箱的连接处，牵引电机的轴电流会流过抱轴箱轴承，若轴承电流密度超过允许值，将损害抱轴箱的轴承，影响机车的安全运行。本文主要研究牵引电机在使用绝缘轴承后，牵引电机的轴电流对机车转向架中抱轴箱轴承的影响。 本文在分析了电机中轴承电流以及轴承电流密度的研究现状基础上，首先对电力机车中转向架上电机与抱轴箱所形成的所有可能的电流通路进行了研究，确定了合理的抱轴箱轴承电流通路。其次，应用电磁场有限元数值方法对电路参数中的电机高频耦合电容进行了计算。然后，用Matlab/Simulink仿真软件建立了抱轴箱轴承电流通路仿真模型，计算了抱轴箱轴承电流大小，分析了变流器的运行参数如调制度、死区时间、载波比以及开关器件的上升时间对于抱轴箱轴承电流的影响。最后，根据赫兹接触理论，计算了抱轴箱轴承接触面积，得出轴承电流密度和轴承寿命。本文在基于电机学、电力电子学、有限元分析等多个学科的基础上，通过研究分析为抱轴箱是否选择绝缘轴承提供了理论依据。

目录

文摘

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致谢

1.绪论

1.1.课题的研究背景及意义

1.1.1.轴承的损伤机理

1.1.2.机车牵引电机变频供电下的电机轴电流问题

1.1.3.电机轴电流对于抱轴箱轴承的影响

1.1.4.本论文的研究意义

1.2.国内外研究现状

1.2.1.轴承电流的分析计算

1.2.2.轴承电流密度的分析计算

1.3.本论文的主要工作

2.电力机车抱轴箱轴承电流通路分析

2.1.电机轴承电流的产生机理

2.1.1.正弦电源驱动下电机轴电流的产生机理

2.1.2.变频驱动下电机轴电流的产生机理

2.2.抱轴箱轴承电流通路的分析

2.2.1.电力机车转向架牵引系统介绍

2.2.2.抱轴箱轴承电流通路的分析

2.2.3.抱轴箱轴承电流通路的电路

2.3.本章小结

3.电流通路中耦合电容的有限元分析计算

3.1.电磁场理论基础

3.2.有限元数值计算方法

3.3.ANSOFT软件电容计算方法

3.3.1.Ansoft Maxwell2D软件简介

3.3.2.Maxwell 2D静电场分析步骤

3.3.3.电容计算理论

3.4.牵引电机耦合电容求解分析

3.4.1.网格剖分

3.4.2.单个电机槽的电容求解

3.4.3.整个电机的电容求解

3.5.抱轴箱轴承电容求解分析

3.6.本章小结

4.抱轴箱轴承电流的分析与计算

4.1.抱轴箱轴承电流的电路仿真

4.2.电机未采用绝缘轴承时抱轴箱轴承电流的分析仿真

4.3.电机采用绝缘轴承时抱轴箱轴承电流的分析仿真

4.3.1.调制度M对于抱轴箱轴电流的影响

4.3.2.不同死区时间对轴电流的影响

4.3.3.不同载波比对抱轴箱轴承电流的影响

4.3.4.开关器件不同脉冲上升时间tr对抱轴箱轴承电流的影响

4.4.本章小结

5.抱轴箱轴承电流密度的分析计算

5.1.赫兹接触定理

5.2.抱轴箱轴承电流密度的计算

5.3.本章小结

6.结论

参考文献

作者简历