电传动控制原理第二章 直流牵引电机及其调速方式.

三 机车牵引特性的限制
F4
3
2. 最高速度限制
5. 安全换向限制 3. 粘着限制 4. 最大允许电流限制
5
1 2
v
§2.2 各种励磁方式直流 牵引电机特性分析
一、串励和并励直流牵引电机性能比较
（一）机械稳定性和电气稳定性
• 机械稳定性
指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的原因，
引起速度发生变化后，机车本身能恢复到原有的稳 定运行状态。
机械稳定性的条件：
牵引特性曲线斜率<基本阻力曲线斜率
即：
dF/dv < dW0/dv
一般dW0/dv > 0
∴差复励电动机dF/dv >0 不具有稳定性
其他电动机dF/dv <0 均具有机械稳定性
F/ W0 2
机械稳定性分析图示
3 1. 基本阻力曲线W0=f(v)
F3=f3(v) 0
A
△v v1 v
机车轮周牵引力与电机转矩成正比 FK T 机车牵引力特性与电机转矩特性具有相同的形状
• 机车牵引特性 FK = f ( VK )
速度特性 VK = f ( Ia ) 牵引力特性 FK = f ( Ia )
牵引特性 FK = f ( VK )
VK n FK T 机车牵引特性曲线 FK = f ( VK ) 与电动机机械特性曲线 T = f ( n )有相同的形状
T2
0
Id2
转速不变 工作曲线由n1变为n2
T
1 2
n
结论：当电网电压波 动时，并励电机的电 流冲击和牵引力冲击 比串励电机大得多
Id1 Id
（四）功率利用
T(F)
T(F)
T2
a
• 牵引电机特性有差异 动轮直径相同 • 动轮直径不同 牵引电机特性相同
• 牵引电机特性有差异（动轮直径相同）
Tn n 1
2
n
T2 T1
2T 1
串励： 转速相同 n相同 Id1 Id2 差值较小 T1 T2 差值也较小
0
Id2 Id1
Id
• 牵引电机特性有差异（动轮直径相同）
T
T1 n
T2
0
Id2
T
Tn12 n2
T1
0
Id1
T
n 并励： 由相同的转速差引起 Id1 Id2 差值较大 T1 T2 差值也较大
Id2 Id
（三）电压波动对牵引电机的影响
Tn n 1
2
n
T1 T2
0
Id2 Id1
T
串励： 转速不变 工作曲线
由n1变为n2 Id1 Id2 差值较小 T1 T2 差值也较小
Id
并励
T T1 n
∴ Ud = Cen + Id∑R + L• (dId/dt)
电气稳定性分析图示
Ud
A
1
假定 Ud = C
A：电气平衡状态
曲线1：电气稳定
2
曲线2：电气不稳定
△ Id
0
Id1
Id
牵引电机电气稳定的必要条件：
d Ud / d Id < d（Cen + Id∑R）/ d Id
在电动机电压 Ud 保持不变的情况下：
第二章 直流牵引电机及其调速方式
§2.1 直流牵引电机的工作特性 和机车牵引特性
一 直流牵引电机特性
• 工作特性: U = UN If = IfN n、T、 = f (Ia)
• 机械特性: n = f (T)
1. 转速特性 n = f (Ia)
n
1.他(并)励 2.积复励
n = ( U - Ia∑Ra) / Ce
d（Cen + Id∑R）/ dId > 0
即电动机Cen + Id∑R = f（ Id ）的曲线斜率为 正值就具有电气稳定性
串励电机电气稳定性
Ud A
在任何负载下斜率均为正 具有电气稳定性
0
Id
并励电机电气稳定性
Ud A
B
只有在一定负载范围内
才具有电气稳定性
A：稳定
B：不稳定
0
Id
（二）牵引电机之间的负载分配
2T 1
1 2
n
并励：
转速相同 n相同 Id1 Id2 差值很大 T1 T2 差值也较大
Id1 Id
• 牵引电机动轮直径不同（特性相同）
Tn n
T
n1 n2
T2 T1
0
Id1 Id2
串励： 由相同的转速差引起 Id1 Id2 差值较小 T1 T2 差值也较小
Id
• 牵引电机动轮直径不同（特性相同）
0
T
二 机车的牵引特性
机车轮周牵引力 FK 和轮周线速度 VK 之间的关系 FK = f (VK)
• 机车的速度特性 VK = f ( Ia ) • 机车的牵引力特性 FK = f ( Ia ) ∴ FK = f(VK) 与 n = f (T)有相同的形状
牵引电机力矩传递图
3. 轮对
Fz : 齿轮齿上所受的力
机车动轮转矩 Tk = F k • (Dk/2) (m/s)
DＫ：机车动轮直径
Fk = 2 T k / Dk = 2 T / D k
考虑到传动装置的效率0 Fk =( 2T k / Dk) • 0 = (2 T / D k) • 0 对某一机车 DK = C = C 0 = C
2. 大齿 轮节圆
DK
FK
1.小齿轮节圆
• 机车速度特性 Vk= f ( Ia )
机车动轮转速 nk 电动机转速 n 齿轮传动比
nk = n /
机车线速度 Vk = (D k/60) • nk (m/s)
ＤＫ：机车动轮直径
Vk = (D k/60) • nk = (D k/60) • (n/) • (3600/1000)
F2=f2(v) v
A : v1 v = v1 + △v F3 > W0 v↑ 不稳定 F2 < W0 v↓ 稳定
• 电气稳定性
指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的原因， 引起电机电流发生微量变化后，机车本身能恢复到 原有的稳定运行状态。
动态电压平衡方程式： Ud = E + Id∑R + L• (dId/dt) E = Ce n
3.串励
∑Ra : 电枢回路总电阻
Ce ：电势常数
Leabharlann Baidu
0
Ia(T)
2. 转矩特性 T = f(Ia)
T 2 串励 3 积复励
1. 他(并)励 T = CT Ia CT : 转矩常数
0
Ia
3. 机械特性 n = f(T)
n
1.他(并)励 2.积复励
∵ T ∝ Ia ∴ 机械特性具有
3.串励
与转速特性相 似的形状
= D k • n/5.3 (km/h) 对某一机车 DK = C = C
机车线速度与电机转速成正比 VK n 只要在电 机的转速特性上乘以 DK/5.3 就可得到机车的转速特性
• 机车牵引力特性 FK = f ( Ia )
机车动轮转矩 Tk 牵引电机转矩 T 齿轮传动比
Tk = T •