【精品】第三章电力机车控制

第三章电力机车控制

第一节电力机车速度调节

电力机车是电气化铁道的主要牵引动力之一，为充分发挥电力机车的功率，提高电力牵引的运输能力,要求电力机车的牵引力和速度均能在广泛的范围内改变。电力机车的调速是指由某一运行速度转变为另一运行速度的过程，即起动、调速与制动。

直流电力机车、整流器式电力机车采用串励牵引电动机,其速度公式为

Φv a

D C

R I

U v

∑-

=式中：U D－牵引电动机端电压（V）

I

a

－牵引电动机电枢电流(A）

ΣR－牵引电动机电路的总电阻（Ω）

Φ－牵引电动机的主极磁通（WB）

C V －机车常数.

D

60

10

C

C

3

c

e

vπ

μ⋅

=

式中：D－机车动轮滚动园周直径

μ

C

－机车齿轮传动装置的传动比4.35

C

e －由牵引电动机结构决定的常数。

a

pN

C e

60

=

式中：p=2 N=720 a=2

由上式可知，改变电力机车的运行速度有下述几种方法：

1.改变牵引电动机回路电阻R

在牵引电动机回路中串入电阻，通过改变电阻值的方法来调节机车的速度。由于牵引电动机回路电压较高，电流较大，故串入电阻调速是有级的，而且电阻的能量损耗大，所以不经济.这种方法只能在某些直流电力机车起动时(短时间）使用。

2.改变牵引电动机的端电压U D

直流电力机车的牵引电动机电源直接取自接触网,所以可用改变牵引电动机的组合方式（串联、串－并联、并联）来改变牵引电动机的端电压。这种调速方法无能量损耗，但只能作有级的调节，且调速级有限。

装有直流斩波器调速装置的直流电力机车,可对牵引电动机的端电压进行连续、平滑的调节，并取消了启动电阻,因此使机车起动特性大大改善.

在整流器式机车上，接触网电压经变压器降压和整流后，再供给牵引电动机，因而这种机车可用改变变压器次边输出电压的方式有级调速,或采用可控硅整流，改变可控硅导通角的方法来改变整流输出电压，从而进行平滑的无级调速。

3。改变磁通量

这种方法在直流电力机车和整流器式电力机车上都得到应用，即磁场削弱调速,通常只能有限地分级式地调节

或采用晶闸管进行无级磁场削弱。

一、电压调节

（一）斩波调压

在直流电力机车上采用可控硅直流斩波调压装置（直流斩波器）进行调压，用这种装置可以平滑地调节输出的直流平均电压，从而改变直流电力机车的速度。

1.直流斩波器的工作原理

图3—1a为直流电力机车应用的直流斩波器调压原理图。图中KG为主可控硅，L、C为电感电容滤波器，D为牵引电动机，PK为平波电抗器，B为续流二级管，U0为外加

直流电压。

图3－1

a-直流斩波器电路原理图；b—斩波器电压波形图

L 、C 电感电容滤波器可以滤去外加电压中的交流成分,减少电压的脉动，同时也可以大大减弱机车操作过电压的影响。

当主可控硅KG 关断时，牵引电动机两端无电压。当主可控硅KG 导通时,牵引电动机（包括平波电抗器）两端电压为电网电压U 0。若主可控硅KG 能按一定的时间反复导通和关

断，则牵引电动机两端将得到断续的、周期性的电压，其波形如图3—1b 所示。设其电压平均值为U D ，则U D 可由下式求出：

T U U D τ0=式中：T －主可控硅KG 的工作周期；

Τ－主可控硅KG 每一工作周期的导通时间；

τ/T －导通比。

由上式可知，直流斩波器起到了相当于变压器的作用,其导通比τ/T 即相当于变压器的变比.如果调节主可控硅KG 的工作周期或调节主可控硅的导通时间或二者同时调节，均可以调节斩波器输出电压的平均值,达到电压调节的目的。一般固定主可控硅KG 的工作周期T ,改变其导通时间来调节斩波器输出电压平均值.由于断续的电压对牵引电动机工作不利，因此在牵引电动机回路串联上平波电抗器PK 进行滤波.斩波器输出的电压可分解为直流分量U D 和一交流分量u ~（见图3-1b ），经平波电抗器平波后，牵引电动

机得到的电压比较平直。

当主可控硅导通时,牵引电动机有电流I a

通过，电流上升陡度由平波电抗器参数决定。当主可控硅KG关断时，平波电抗器释放能量，通过续流二极管B向牵引电动机供电.

2。斩波调压的特点

直流斩波器在电力机车上的应用使直流电力机车取消了启动电阻,对电机端电压进行连续、平滑的调节,因而增加了机车运行的平稳性，避免了调速过程中的能耗和电流冲击，使粘着得到充分利用。这种装置与控制系统配合易于实现机车自动控制并可实现直流串励电机的再生制动。

（二）整流器式电力机车的变压器调压

整流器式电力机车上装有牵引变压器,可以利用改变牵引变压器输出电压的方法来调节牵引电动机的端电压，实现机车的调速。改变变压器输出电压，可以在变压器的低压侧进行，也可以在变压器的高压侧进行.因此有低压侧调压和高压侧调压两种方法。因为这种调压方式具有线路简单、调压方便、速度调节范围大，运行级位多和效率高等优点，因而在整流器式电力机车得到了应用.

1。高压侧调压

利用牵引变压器高压绕组的变化来改变变压器输出电压的方法叫高压侧调压。其原理图如图3-2所示。

在调压开始时,为了得到变压器次

边最小输出电压U 2min ，需将变压器全部接入原边匝数，即n 点与A 点相接，此时变压器

有最大变比K max ,其值为

21min 20max W W U U K ==式中：U 0－接触网供电电压；

W 1—变压器原边绕组总匝数；

W 2—变压器次边绕组总匝数.

在调压过程中，n 点逐渐下移,则变压器原边有效匝数减少，使变压器变比逐惭减少，则变压器次边电压逐渐升高。

一般变压器次边输出的最高电压U 2max 为牵引电动机额定电压U e 的1。2倍，此时变压器

变比为最小值K min ，其值为

2min 0max 20min 2.1W W U U U U K e ===式中：W min －变压器原边绕组最小有效匝数。

在实际应用中不能采用这种简单的调压线路，这是因为随着调压过程的进行,A 点的电位将大大提高。在调压开始时，A 点电位与接触网电压相同。当变压器次边输出最高电压时,A 点电位为

min

max 0min 110K K U W W U U A ==由此可知，A 点电位可以高出接触网电压值U 0