Induction motors in traction drives, service tests

Jakub Bernatt,

Stanisław Gawron,

Tadeusz Glinka,

Artur Polak

Abstrakt

W zespołach trakcyjnych EN57 na wózkach jezdnych są zabudowane po dwa silniki indukcyjne klatkowe. Dwa silniki jednego wózka są zasilane z jednego falownika DC/AC. Silniki po krótkim okresie eksploatacji ulegają awarii, urywają się pierścienie zwierające pręty uzwojenia wirnika. W artykule przedstawiono wyniki badań eksploatacyjnych silników w czasie normalnej jazdy pociągu. Możliwości badawcze ograniczały się do rejestracji prądów obciążenia i drgań czterech silników zabudowanych na dwóch wózkach jezdnych jednego wagonu. Ustalono, że przyczyną uszkadzania się uzwojenia wirników jest równoczesne oddziaływanie czterech czynników: 1) przenoszenie momentu obciążenia przez przekładnię mechaniczną, która ma luz między kołem zębatym osadzonym na wale silnika i kołem zębatym sprzęgniętym z wałem kół jezdnych wózka; 2) sztywny montaż silnika na ramie wózka i drgania przenoszone z kół jezdnych na silnik; 3) składowe zmienne momentu elektromagnetycznego generowane przez wyższe harmoniczne napięcia i prądu falownika; 4) praca równoległa dwóch niesparowanych silników zasilanych ze wspólnego falownika.

Electric multiple units (EMUs) EN57 are fitted with two cage induction motors to each bogie. Two motors driving one bogie are supplied from a common DC/AC inverter. These motors become damaged after a short service period; the end-rings start to break away, start to break away. The results of service tests conducted during normal train runs are presented in the paper. The investigation possibilities were limited to recording load currents and vibrations of four motors installed at two bogies of one car. It has been concluded that the reason for rotor winding damage may be traced back to the simultaneous impact of four factors: 1) transmission of load  torque by mechanical gearbox; there is a backlash between the pinion mounted at the motor shaft and the toothed gear mounted at the drive bogie axle; 2) rigid assembly of the motor in the bogie frame and vibrations transmitted from the drive wheels to motor; 3) variable components of electromagnetic torque generated by higher harmonics of inverter voltage and current; 4) parallel operation of two unmatched motors supplied from common inverter.

Słowa kluczowe: silniki indukcyjne klatkowe, trakcyjne układy napędowe, badania eksploatacyjne, uszkadzanie się uzwojenia wirnika. , cage induction motors, traction drive systems, service tests, rotor winding failure.
References

1.      Biliński J., Frydrysiak R., Gmurczyk E., Modernizacja systemu napędu elektrycznego zespołu trakcyjnego EN57 z zastosowaniem silników asynchronicznych. Technika Transportu Szynowego. 12/2008.

2.      Lal Ganesh R.N., Development of reliable designs of squirrel cage rotors for traction motors used in locomotives working in arduous operating conditions, Published in IET Electric Power Applications Received on 5th December 2008 Revised on 17th March 2009; doi: 10.1049/iet-epa.2008.0284.

3.      Skarpetowski G., Uszkadzanie klatki wirnika silnika trakcyjnego LK 450 X6. Politechnika Krakowska. Em. Bombardier Transportation CH, 7/07/2014.

4.      PN-EN 60034-1: 2011E Maszyny elektryczne wirujące. Część 1: Dane znamionowe i parametry.

5.      PN-EN 61373 (IEC61373) Zastosowania kolejowe. Wyposażenie taboru kolejowego. Badanie odporności na udary mechaniczne i wibracje.

6.      Glinka T., Gawron S., Bernatt J., Poprawski W., Uzwojenie wirnika silnika indukcyjnego trakcyjnego. Patent claim P.418971 of 03/10/2016.

7.      https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/30/EN57-2011_IMG_2900_filtered.jpg

8.      Bernatt J., Gawron S., Glinka T., Polak A., Warunki pracy i awaryjność silników indukcyjnych lk 450 x6 napędzających zespoły trakcyjne EN57, SEMTRAK 2016. XVII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Trakcji Elektrycznej. Materialy konferencyjne, Wydawnictwo PiT, Krakow 2016.

9.      http://www.emit-motor.com.pl/Download/Katalogi,1.

10.  Calculations Institute of Electrical Drives and Machines KOMEL, 2015.