列车电力传动与控制第9章交流传动内燃机车恒功率调速系统
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2018/2/12
1
f
2 1
，或 Tmax
1
v
2
，牵引电动机无法
10
交流传动系统分析
实现恒功率运行。
若要使牵引电动机能够按照恒功率方式运行，则电磁转矩 应与频率成反比例关系变化，即 Tem
1
1
频率的增加，最大转矩下降很快，可能会低于额定转矩，牵引 电动机的过载能力下降。为了保证牵引电动机在机车最高运行
0
v1
v2
v
图9-3 最大牵引电动机的输出关系
2.最小逆变器与最大电动机匹配时的输出关系 牵引逆变器作为牵引电动机的电源，当牵引电动机按照最 大容量选择时，要求电源按照恒电压、恒电流方式供电，即逆 变器要以恒电压、恒电流方式输出。牵引逆变器按恒电压、恒 电流输出时，其容量必然为最小，这对于变流元器件选择及降
2018/2/12 3
计算机与柴油机运行控制、辅助系统控制、牵引传动系统控制 等设备连接起来，为与第三方设备进行通信提供连接接口与支 持。交-直-交流传动内燃机车牵引变流器电路原理，如图9-1所 示。
VD1 U V W
VD3
VD5 Cd1
T1
D1
T3
D3
T5
D5
A
Ud
N
B C
2018/2/12 5
交流传动系统分析
相不可控整流器，中间环节储能器只设支撑电容器，仅与逆变 器负载交换无功能量和谐波功率。直-交部分与电力机车/EMU 传动系统相同，采用两电平式电压型逆变器。
2018/2/12
6
交流传动系统分析
9.1 异步牵引电动机控制规律的选择 9.1.1异步电动机牵引特性的形成 内燃机车牵引特性基本上由两部分组成，如图9-2所示。 一部分是牵引力或转矩几乎不变的起动加速部分，如图中虚线 AB所示。另一部分是牵引力和速度成双曲线规律变化的恒功 率运行部分，如图虚线BC所示。 由于机车起动和恒功率两个 区段中牵引力的变化规律是不同的，所以异步牵引电动机机械 特性的变化规律也应不同。 对于机车起动阶段，为了实现几乎不变的牵引力，异步牵 引电动机的最大转矩也应保持不变，而且最大转矩Tmax应大于 所要求的牵引转矩Tst（起动转矩）。异步牵引电动机为实现所 需要的牵引转矩而出现的工况点如图中a、b、c、d各点所示。
2018/2/12 9
交流传动系统分析
引电动机之间容量及尺寸的匹配问题。牵引逆变器与牵引电动 机两者之间只能有一个工作在最佳状态，能力得到充分利用， 其容量及尺寸相对较小；另一个相对而言其能力未被完全利用， 其容量及尺寸较大。牵引逆变器与牵引电动机的匹配存在两种 极端情况，即最小逆变器与最大电动机的匹配、最大牵引逆变 器与最小电动机的匹配。目前在内燃机车交流传动均采用最小 逆变器与最大电动机的匹配方式。 1. 最小逆变器与最大电动机的匹配 所谓最小逆变器就是使逆变器输出电压和电流保持不变， 这时牵引逆变器将具有最小容量和尺寸。 当U1不变时， Tmax
f1
或 Tem
v
。但随着
速度下仍具有负载能力，以此负载能力为条件来确定牵引电动
机容量，这时牵引电动机的将具有最大的容量、尺寸，其电磁 能力得不到充分利用，但牵引电动机的电压和电流将保持恒定。 最大牵引电动机的输出关系如图9-3所示。
2018/2/12
11
T
Tmax∝1/v2
Tem∝1/v KTmin≥1.1
VD4
VD6
Fra Baidu bibliotekVD2
Cd2
T4
D4
T6
D6
T2
D2
图9-1
交流传动内燃机车牵引变流器电路原理图
交流传动系统分析
交流传动内燃机车可看作由交-直流和直-交流两部分组成。 交-直流部分与交-直流传动内燃机车完全相同，由柴油机拖动 三相同步发电机按照恒功率方式运行，产生三相交流电经三相 桥式硅整流器整流成直流，完成交流电能的产生与变换。直-交 流部分可以看作是交-直流传动的扩展，直流电源经支撑电容滤 波稳压后供给牵引逆变器，完成直-交流变换，为交流牵引电动 机提供变压变频等效正弦三相交流电能，并对其转速与转矩实 施控制，实现对机车速度与牵引力的控制。交流传动内燃机车 动力制动也采用电阻制动。 内燃机车交流传动属于恒功率供电的交-直-交流传动系统， 由于电能供给方式不同，与外接电源恒电压供电的交流传动系 统相比较，在交-直部分存在差异，区别在于整流器采用三
2018/2/12 7
对于恒功率运行阶段，要求异步牵引电动机的最大转矩 Tmax随f1(或机车速度)的增加而减小，以实现双曲线的牵引特性。
T Tmax Tst
A a b c d B
F
恒转矩
恒功率
C
0 图9-2 内燃机车牵引特性的形成
vPmax
v
交流传动系统分析
9.1.2异步牵引电动机机械特性变化规律的选择 在机车起动阶段，为获得大而稳定的起动牵引力，异步牵 引电动机的机械特性应按Tmax=C的规律变化，为此牵引变流器 必须按U1/f1=C的规律对异步牵引电动机供电，这就是机车起 动阶段的异步电动机控制规律。 起动结束机车进入恒功率运行阶段，随着变流器输出频率 的增加，异步牵引电动机的最大转矩可以有不同的变化规律。 最大转矩Tmax随频率f1的变化规律不同，意味着异步牵引电动 机实现恒功率牵引时额定工况点的变化规律不同，也就是说还 涉及到异步电动机电流I和电压U的变化规律不同，因而牵引 逆变器和异步电动机容量也不同。所以异步牵引电动机最大转 矩Tmax随频率f1的变化规律，实质上就是牵引逆变器和异步牵
列车电力传动控制
列车电力传动与控制
交流传动系统分析
2018/2/12
1
第9章 交流传动内燃机车恒功率调速系统
9.1 异步牵引电动机控制规律的选择
9.2 牵引逆变器电路分析
交流传动系统分析
交流传动内燃机车为自备电源的机车，交-直-交流恒功率 调速系统由交流牵引发电机、牵引变流器、异步牵引电动机以 及控制系统组成。柴油机拖动三相同步发电机产生三相交流电， 按照恒功率方式供给牵引变流器。牵引变流器由不可控三相桥 式整流器、中间直流环节和电压型三相逆变器组成。中间直流 环节通过支撑电容进行滤波、稳压。逆变器一般采用两电平电 压型逆变器。逆变器在特定的控制模式下，将稳定的直流电压 变换为频率电压均可调节的三相等效正弦波交流电，供给异步 牵引电动机，将电能转换为机械能驱动动轮旋转，在轮轨之间 产生牵引力，驱动机车运行。控制系统采用微机网络控制，主 要完成恒功率励磁控制、机车牵引控制、柴油机燃油电子喷射 及运行控制、机车主要部位的保护控制等。通过网络将
1
f
2 1
，或 Tmax
1
v
2
，牵引电动机无法
10
交流传动系统分析
实现恒功率运行。
若要使牵引电动机能够按照恒功率方式运行，则电磁转矩 应与频率成反比例关系变化，即 Tem
1
1
频率的增加，最大转矩下降很快，可能会低于额定转矩，牵引 电动机的过载能力下降。为了保证牵引电动机在机车最高运行
0
v1
v2
v
图9-3 最大牵引电动机的输出关系
2.最小逆变器与最大电动机匹配时的输出关系 牵引逆变器作为牵引电动机的电源，当牵引电动机按照最 大容量选择时，要求电源按照恒电压、恒电流方式供电，即逆 变器要以恒电压、恒电流方式输出。牵引逆变器按恒电压、恒 电流输出时，其容量必然为最小，这对于变流元器件选择及降
2018/2/12 3
计算机与柴油机运行控制、辅助系统控制、牵引传动系统控制 等设备连接起来，为与第三方设备进行通信提供连接接口与支 持。交-直-交流传动内燃机车牵引变流器电路原理，如图9-1所 示。
VD1 U V W
VD3
VD5 Cd1
T1
D1
T3
D3
T5
D5
A
Ud
N
B C
2018/2/12 5
交流传动系统分析
相不可控整流器，中间环节储能器只设支撑电容器，仅与逆变 器负载交换无功能量和谐波功率。直-交部分与电力机车/EMU 传动系统相同，采用两电平式电压型逆变器。
2018/2/12
6
交流传动系统分析
9.1 异步牵引电动机控制规律的选择 9.1.1异步电动机牵引特性的形成 内燃机车牵引特性基本上由两部分组成，如图9-2所示。 一部分是牵引力或转矩几乎不变的起动加速部分，如图中虚线 AB所示。另一部分是牵引力和速度成双曲线规律变化的恒功 率运行部分，如图虚线BC所示。 由于机车起动和恒功率两个 区段中牵引力的变化规律是不同的，所以异步牵引电动机机械 特性的变化规律也应不同。 对于机车起动阶段，为了实现几乎不变的牵引力，异步牵 引电动机的最大转矩也应保持不变，而且最大转矩Tmax应大于 所要求的牵引转矩Tst（起动转矩）。异步牵引电动机为实现所 需要的牵引转矩而出现的工况点如图中a、b、c、d各点所示。
2018/2/12 9
交流传动系统分析
引电动机之间容量及尺寸的匹配问题。牵引逆变器与牵引电动 机两者之间只能有一个工作在最佳状态，能力得到充分利用， 其容量及尺寸相对较小；另一个相对而言其能力未被完全利用， 其容量及尺寸较大。牵引逆变器与牵引电动机的匹配存在两种 极端情况，即最小逆变器与最大电动机的匹配、最大牵引逆变 器与最小电动机的匹配。目前在内燃机车交流传动均采用最小 逆变器与最大电动机的匹配方式。 1. 最小逆变器与最大电动机的匹配 所谓最小逆变器就是使逆变器输出电压和电流保持不变， 这时牵引逆变器将具有最小容量和尺寸。 当U1不变时， Tmax
f1
或 Tem
v
。但随着
速度下仍具有负载能力，以此负载能力为条件来确定牵引电动
机容量，这时牵引电动机的将具有最大的容量、尺寸，其电磁 能力得不到充分利用，但牵引电动机的电压和电流将保持恒定。 最大牵引电动机的输出关系如图9-3所示。
2018/2/12
11
T
Tmax∝1/v2
Tem∝1/v KTmin≥1.1
VD4
VD6
Fra Baidu bibliotekVD2
Cd2
T4
D4
T6
D6
T2
D2
图9-1
交流传动内燃机车牵引变流器电路原理图
交流传动系统分析
交流传动内燃机车可看作由交-直流和直-交流两部分组成。 交-直流部分与交-直流传动内燃机车完全相同，由柴油机拖动 三相同步发电机按照恒功率方式运行，产生三相交流电经三相 桥式硅整流器整流成直流，完成交流电能的产生与变换。直-交 流部分可以看作是交-直流传动的扩展，直流电源经支撑电容滤 波稳压后供给牵引逆变器，完成直-交流变换，为交流牵引电动 机提供变压变频等效正弦三相交流电能，并对其转速与转矩实 施控制，实现对机车速度与牵引力的控制。交流传动内燃机车 动力制动也采用电阻制动。 内燃机车交流传动属于恒功率供电的交-直-交流传动系统， 由于电能供给方式不同，与外接电源恒电压供电的交流传动系 统相比较，在交-直部分存在差异，区别在于整流器采用三
2018/2/12 7
对于恒功率运行阶段，要求异步牵引电动机的最大转矩 Tmax随f1(或机车速度)的增加而减小，以实现双曲线的牵引特性。
T Tmax Tst
A a b c d B
F
恒转矩
恒功率
C
0 图9-2 内燃机车牵引特性的形成
vPmax
v
交流传动系统分析
9.1.2异步牵引电动机机械特性变化规律的选择 在机车起动阶段，为获得大而稳定的起动牵引力，异步牵 引电动机的机械特性应按Tmax=C的规律变化，为此牵引变流器 必须按U1/f1=C的规律对异步牵引电动机供电，这就是机车起 动阶段的异步电动机控制规律。 起动结束机车进入恒功率运行阶段，随着变流器输出频率 的增加，异步牵引电动机的最大转矩可以有不同的变化规律。 最大转矩Tmax随频率f1的变化规律不同，意味着异步牵引电动 机实现恒功率牵引时额定工况点的变化规律不同，也就是说还 涉及到异步电动机电流I和电压U的变化规律不同，因而牵引 逆变器和异步电动机容量也不同。所以异步牵引电动机最大转 矩Tmax随频率f1的变化规律，实质上就是牵引逆变器和异步牵
列车电力传动控制
列车电力传动与控制
交流传动系统分析
2018/2/12
1
第9章 交流传动内燃机车恒功率调速系统
9.1 异步牵引电动机控制规律的选择
9.2 牵引逆变器电路分析
交流传动系统分析
交流传动内燃机车为自备电源的机车，交-直-交流恒功率 调速系统由交流牵引发电机、牵引变流器、异步牵引电动机以 及控制系统组成。柴油机拖动三相同步发电机产生三相交流电， 按照恒功率方式供给牵引变流器。牵引变流器由不可控三相桥 式整流器、中间直流环节和电压型三相逆变器组成。中间直流 环节通过支撑电容进行滤波、稳压。逆变器一般采用两电平电 压型逆变器。逆变器在特定的控制模式下，将稳定的直流电压 变换为频率电压均可调节的三相等效正弦波交流电，供给异步 牵引电动机，将电能转换为机械能驱动动轮旋转，在轮轨之间 产生牵引力，驱动机车运行。控制系统采用微机网络控制，主 要完成恒功率励磁控制、机车牵引控制、柴油机燃油电子喷射 及运行控制、机车主要部位的保护控制等。通过网络将