HXD1B,HXD3B牵引电机

HXD3B型电力机车（“和谐”电3B型），是用于中国铁路的“和谐型”交流电传动电力机车车型之一。

••••••[编辑]概要HXD3B型电力机车是大功率交流电传动六轴干线货运用电力机车，是中国首三款使用最大功率1,600千瓦交流电牵引电动机的六轴电力机车车型之一（其余两型是HXD1B和HXD2B），是“和谐型”大功率交流电力机车系列其中一型主型机车。

HXD3B型机车由中国北车集团大连机车车辆有限公司与德国庞巴迪公司联合研制，其设计以庞巴迪的IORE Kiruna机车为基础，以大连机车为主进行设计、生产，由庞巴迪公司提供技术支持和设备供应。

车型代号HXD3B（数字是生产厂商代号：3代表大连机车），一般称为“和谐”3B型电力机车（车辆编号HX D3Bxxxx）。

HXD3B 型电力机车采用框架式承载车体，中央走廊设备布置方式，IGBT元件水冷变流器，单轴交流电牵引电动机最大功率1600 kW，单轴控制技术，轮盘制动技术，微机网络控制系统，提高机车的防寒性能。

提高机车再生制动功率，将更多的电能反馈回接触网；车顶高压设备移至车内，提高机车雨雾等天气抗污闪能力。

单机总功率9600 kW，最高运行速度为120 km/h，可单机牵引5000吨至6000吨货物列车。

铁道部于2007年2月与大连机车及庞巴迪签订采购协议，订购500辆HXD3B型电力机车，合同总值11亿欧元（113亿元人民币），这是中国铁路历史上铁道部最大一笔机车采购订单。

其中庞巴迪的份额约3.7亿欧元[1]，包括签订机车部件采购合同和驱动装置制造技术转让协议。

首辆机车于2008年12月29日在大连厂下线[2]。

2009年2月HXD3B型机车在哈大铁路进行了重载牵引试验，随后在铁道科学院环形试验线完成正式上线运行前的型式试验，同年4月开始线路运用考核，9月投入批量生产。

2012年2月20日，随着编号499机车交付沈阳铁路局，HXD3B 型电力机车完成500台的生产[3]。

中国南车集团株洲电力机车有限公司设计文件HXD1B型大功率交流传动电力机车总体说明书更改单编号 版本0.1编 制 日 期 审 核 日 期 批 准 日 期大功率交流传动9600kW六轴货运电力机车总体说明书1 概述大功率交流传动HX D1B型六轴9600kW交流传动电力机车在引进、消化、吸收HX D1型机车基础上进行自主再创新的成果，该型机车研制时紧紧围绕机车九大关键技术和十项主要配套技术，遵循先进、成熟、经济、适用、可靠的技术原则，按照模块化、标准化、系列化的要求，优化设计和制造，研制的适应铁路运输需要的六轴交流传动7200kW干线电力机车。

机车设计、制造和试验等采用的技术标准是IEC、UIC、EN、DIN、GB及TB等相关标准。

该型机车设计使用寿命30年。

机车主要特点是：采用模块化、标准化、通用化设计，并充分考虑噪音、防火、安全及维护等设计要素。

主电路：机车设有2个水冷牵引变流器，每个变流器包含2个四象限整流器以及3个为相应3台牵引电动机供电的主逆变器和1个为辅助设备供电的辅助逆变器。

整流器和逆变器均采用 6.5kV/600A IGBT。

逆变器电机控制上采用单轴控制技术，粘着利用率高；轴牵引功率1600kW，电制动采用再生制动。

辅助电路：机车辅助采用主辅一体化设计，辅助逆变器供电（集成在主逆变器中），可实现在过分相时不间断供电。

辅助变流器分别由恒频恒压变流器（CVCF）与变频变压变流器（VVVF）两个模块构成，实现100%故障冗余。

辅机采用无级闭环控制，效率高，节能降噪。

控制网络：机车采用SIBAS 32微机控制系统，实现网络化、模块化，使机车控制系统具有控制、诊断、监测、传输、显示和存储功能，控制网络应符合IEC 61375的标准要求。

机车内部的通讯通过MVB总线实现，机车间的通讯通过WTB总线实现，通过WTB总线进行多机(最多三台)重联控制及显示功能，CCU采用双套热备冗余，具有当代机车微机网络控制的先进性；设备布置：机车总体结构为双司机室、机械间设备按斜对称原则布置、中间走廊、采用预布线和预布管设计。

HXD1B牵引电机（南车电机做过工装）YQ-1633型异步牵引电机与驱动单元一体化设计，牵引电机为单端盖结构，以小齿轮箱作为电机传动端支撑，牵引电机转子与驱动单元的小齿轮由柔性联轴节联接。

采用四轴承的组合配置，牵引电机非传动端由一个NUB219轴承支撑，小齿轮箱有3个轴承，两个NU226支撑小齿轮，由4点接触轴承BAQ7115作为轴向定位。

该轴承组合结构优化了轴承的受力，较大程度地提高了轴承寿命。

牵引电机与小齿轮箱的组合结构如图4.25所示。

牵引电机主要由定子、转子、端盖、轴承、测速装置等部分组成。

定子的作用是产生旋转磁场并从机械上支撑整个电机，它的主要零部件有定子铁芯、定子绕组等。

转子是用来产生感应电势和电磁转矩以实现能量转换的主要部件，它由转子铁芯、导条、端环和转轴等组成。

端盖用于支撑转子和实现电机内部与外部的隔离，方便电机转子的安装。

轴承是连接静止的定子和旋转的转子的部件，使得转子旋转时不与定子相擦，实现电机定子和转子稳定的、转动灵活的机械连接。

测速装置用于测量电机转子转速，将转速信号传送给控制系统，是实现异步牵引电机转速调节的重要环节。

1-柔性联轴节；2-小齿轮箱；3-转子；4-定子；5-端盖；6-轴承；7-测速装置。

图4.25HXD3B牵引电机（庞巴迪生产的）HXD3B 型机车牵引电机（Mitrac TM3800 F型）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。

该电机由Bombardier 公司开发生产，产品符合IEC60349- 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。

图1 电机外型图图2 Mitrac TM3800 F型电机横剖面图下图是常牵庞巴迪做实验做的电机工装。

图四庞巴迪工装。

和谐1型HXD1动力机车机车车体车体采用整体承载结构型式，全部由钢板及钢板压型件组焊而成的全钢焊接结构，司机室、侧墙、底架等主要部件构成一体，车体顶盖可拆卸，以便于车内设备吊装，整个车体组成一箱形壳体结构。

车内采用中央走廊方式,走廊地板采用平整、具有防滑功能的花纹钢板，车内设备安装骨架主要采用导轨式安装结构，便于实现车内设备的模块化设计及其安装。

车体两端司机室下方装有排障器，排障器采用板式结构，排障器能进行上下调节，以保证其距轨面高度为110＋10 0mm。

车体前端结构设计能在不拆除排障器的情况下更换车钩及缓冲器。

排障器上装有防落保护装置。

为了适应机车中央布线及布管需要，车体底架中央纵梁上部为内凹结构，在保证结构强度的情况下预留足够的布线空间。

车体侧下设有4个架车支承座和供检修用的四个支承点，在车体支承座架起距轨面高度不超过2500mm的条件下，转向架和主变压器可从车体下推出。

车体侧梁外侧设有4个检修作业用吊车销孔，前后牵引梁两旁分别设有救援用的吊车销孔。

在机车检修库内，天车吊钩距轨面高度达到9,000 mm的条件下，能把机车车体内各屏柜和部件单独吊入和吊出。

车体与转向架间设有连接装置，可使车体转向架一并起吊。

车体主要参数：车体总宽度3100mm车体宽度（扶手杆处）3248 mm车体长度（两端面间）约17138 mm车体底架长度,16839 mm单节车车钩纵向中心线距离17611 mm车钩中心距轨面高,880mm±10 mm车体顶盖距轨面高,4103 mm转向架转向架主要由构架、轮对、驱动单元、一系悬挂和二系悬挂、一系减振器和二系减振器、牵引装置（转向架和车体的连接）、制动装置和转向架附属装置等组成。

主要技术特点：a）满足25t轴重电力机车的运用要求；b）驱动系统采用抱轴悬挂驱动；c）构架由侧梁、横梁和端梁等组成，各梁均采用箱形焊接结构；d）一系悬挂系统由轴箱拉杆、橡胶件、弹簧、油压减振器等组成，轴箱拉杆两端安装球形橡胶关节，和一系簧一起实现轴箱定位；e）二系悬挂采用高挠螺旋钢弹簧配以垂向油压减振器，横向减振器设置在构架两端，同时起到抗蛇行作用；f）牵引装置采用低位推挽式牵引装置；g）基础制动采用轮盘制动；主要技术参数：机车轴式2(B0－B0)轨距1435 mm轴重25t最高运行速度120 km/h轴距2250mm＋2000 mm机车全轴距16260 mm轮径（新/半磨耗/全磨耗）1250mm/1200mm/1150 mm轮对内侧距1353 mm允差+0.5-1mm踏面形状JM3型传动方式单侧斜齿轮传动传动比6.235(106/17)电机悬挂方式滚动抱轴悬挂驱动装置采用同HXD1型机车的轮对驱动系统结构，牵引电机采用滚动抱轴悬挂，由轮对、轴箱、牵引电机、齿轮箱、抱轴等主要零部件组成。

和谐型大功率电力机车和谐货运电力机车是南车集团和北车集团与国外企业合作，引进消化吸收技术，并国产化的新一代交流传动货运机车。

分为每轴1200KW的和谐1、2、3型（1、2型为八轴，3型为六轴），以及六轴每轴1600KW的和谐1B、2B、3B，以及六轴每轴1200KW的1C、2C、3C。

一、HXD1型电力机车1.发展历程1985年初中国铁路曾为解决晋煤外运的运输瓶颈问题而从欧洲50Hz集团引进了150台（300节）当时最先进的8轴大功率直流传动电力机车——8K型电力机车。

时隔20年，在2004年底2005年初时，中国铁路为进一步提高大秦运煤专线的运能，同时也为促进铁路装备技术的现代化，同株洲电力机车有限公司-西门子合资公司签订了180台（360节）采用欧洲技术的8轴大功率交流传动电力机车——HXD1型电力机车（DJ4 A款）。

HXD1型机车是在西门子公司的“欧洲短跑手”机车平台上，结合其DJ1型机车在中国大秦线上的运用经验而研制的一款适用于中国干线铁路重载货运的新型机车，在设计中尤其考虑到了大秦运煤专线的特殊环境。

首台HXD1型机车于2006年11月8日在中国南车集团株洲电力机车有限公司竣工下线，其编号为HXD10001及0001B。

该车型担当大秦运煤专线2万t列车的牵引任务，目前全部配属太原局湖东车辆段。

截止2007年年底，株洲机车厂共出厂120多台HXD1型电力机车。

2.功能介绍HXD1型电力机车有三种型号：HXD1,HXD1B,HXD1C。

HXD1型电力机车是由两节完全相同的4轴电力机车通过内重联环节连接组成的8轴重载货运电力机车，每节机车设有一个司机室，为一完整系统。

1）主电路形式：机车采用交-直-交电传动技术，每节车配装一台水冷1GBT 变流器，给四台三相异步电动机供电，辅助逆变器集成在主变流器中；2）控制系统：采用西门子SIBAS32系列的微机控制，TCN网络通讯技术；3）车体采用中央梁承载方式，采用独立通风方式；4）转向架：采用低位牵引杆，基础制动采用轮盘制动；5）空气制动系统采用CCBII制动系统，电制动采用再生制动；6）机车具有外重联控制功能，司机可以在一个司机室对两台重联机车进行控制；根据铁道部要求，机车装有LOCOTROL远程重联控制系统，适合于多机分布式重载牵引。

HXD3B型机车是以在中国国内主干线上进行重载货运牵引为目的进行设计研发的交流传动电力机车。

机车的微机网络控制系统采用庞巴迪公司提供的MITRAC系列产品，MITRAC机车控制系统由多微机环境组成，包括列车控制级、机车控制级以及驱动控制级。

本文针对HXD3B型机车微机网络控制系统进行分析和研究机车网络控制系统结构组成HXD3B型机车采用先进的分布式微机网络控制系统，其通讯方式基于TCN列车通信网络和Ethernet（以太网）。

具体的网络拓扑结构见图每台HXD3B型机车的微机网络控制系统由2组机车控制单元VCU，2组网关TCN-GW，3组牵引控制单元DCU2，2组以太网交换单元CablingSwitch，2组司机显示单元DDU，1组制动控制单元BCU以及分布于各个电器柜内的输入输出（I/O）模块和高压柜内的AMP模拟监测保护装置等构成。

整套微机网络控制系统采用模块化设计，所有设备均采用冗余配置模式，从而提高了机车微机网络控制系统的可靠性，实现了机车的冗余控制WTB列车总线的传输介质为双绞屏蔽线，最多可连接32个节点（无中继器），传输距离为860m（无中继器），传输速率为1Mb/s。

MVB多功能车辆总线用于连接机车内部的各个网络设备，机车总线管理器位于TCMS柜内的机车控制单元VCU1和VCU2内。

为提高系统的电磁兼容性能，HXD3B型机车MVB多功能车辆总线的传输介质采用两种类型的介质：ESD+双绞屏蔽线和光纤（OGF）。

ESD+双绞屏蔽线主要用于电气屏柜内部器件的连接，光纤（OGF）主要用于屏柜之间的连接。

MVB总线采用总线型和星型混合的拓扑结构MVB总线采用双路冗余结构进行数据传输，同时为提高系统的可靠性，MVB总线被分割成3段，设为第一段、第二段及第三段，3段传递的信息是相同的，各个电气屏柜均采用双段信息输入，当某一段MVB总线通讯故障时，其他两段仍可实现信息传递，从而确保机车的安全可靠运行Ethernet主要用于软件下载、信息采集、程序调试及VCU与显示单元之间的信息传递，其具体拓扑结构如图4所示1.2系统设备1.2.1机车控制单元VCU机车安装有两个VCU，采用热备份冗余方式。