电力牵引传动..

电力牵引传动与控制第一章电力牵引传动与控制系统概述

一、系统组成与功用

1.①内燃机车电力传动与控制系统组成

②电力机车电力传动与控制系统组成

2.机车理想牵引特性曲线

图1.2 牛马特性

理想特性要求：机车在运行时能经常利用其动力装置的额定功率.即：F·V=3.6η·N=const.

3.电传动装置的功用？

图1.3 柴油机功率特性和扭矩特性

①充分利用和发挥机车动力装置的功率；

②扩大机车牵引力F与速度V的调节范围；

③提高机车过载能力，解决列车起动问题；

④改善机车牵引控制性能。

Why要电传动：柴油机通过机械直接传动不能适应机车起动、过载、恒功等要求

二、系统分类

1.直-直电力传动系统

内燃或电力机车采用直流牵引发电机或直流电网直接向数台直流牵引电动机供电的传动方式。

特点：

①调速性能优良，系统简洁。

②直流牵引电机造价较高，但可靠性、维护性相对较差。

③受直流电机换向条件和机车限界、轴重等限制，主发电机单机功率受到限制。一般在2200KW以下。

④车型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等

2.交-直电力传动系统

内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流网及变压器，通过整流器向数台直流牵引电动机供电的传动方式。

特点：

①采用三相交流同步发电机，结构简单，可靠性高，重量轻，造价较低。

②适用于大功率机车。

③车型：DF4，DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。

3.交-直-交电力传动系统

内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流电网及变压器，经整流器将交流电变换成直流，再通过逆变器将直流电变换成频率和幅值按列车运行控制要求变化的交流电，向数台交流牵引电动机供电的传动方式。

特点：

①采用交流牵引电机，彻底克服了直-直系统的不足，重量轻，造价低，可靠性及维修性好

②良好的粘着性能

③适用于大功率

④控制系统复杂

⑤车型：DF4DAC,NJ1; DJ,DJ2,DJJ1,DJ4; HX、CRH系列等

三、发展历史与现状

1.大功率（内然）机车电力传动与液力传动两种主要传动方式的演变与发展

主要趋势：电力传动

2.电力传动形式的发展：直-直→交-直→交-直-交

发展趋势：大功率、电力牵引、交流传动

第二章、电力牵引交-直传动与控制、

一、直流牵引电动机

1.基本方程

①感应电势和电磁力矩

电枢感应电势：

Es=CeΦsn（v）（2-1）

电枢电磁力矩：

M=CmΦsIs（N·m）（2-2）

式中：

n 电机转速（r/m）

Φs 每极下磁通量（wb)

Is 电机电枢电流（A）

Ce=pN/60a（电机电势常数）

Cm=pN/2πa（电机扭矩常数）

p 极对数；

a 电枢绕组并联支路对数；

N 电枢绕组有效导体总数

②电势平衡方程

③转矩平衡方程式

④能量（功率）平衡方程

2.直流牵引电动机的工作特性------着重把握比较串励与他励直流牵引电动机

转速特性：n =f（Is）

转矩特性：M=f（Is）

机械特性：n =f（M）

条件：不对电源电压和励磁电流进行人为调节。

①转速特性n =f（Is）

由（2-1）和（2-4）式可得：

n=(Us-IsRs)/(CeΦs)

=Us /(CeΦs)- IsRs /(CeΦs) （2-9）

他励电机：Φs≈const.

n=no-kIs ------（硬特性）

串励电机：Φs≈k’Is（磁路未饱和时）

n=a/Is-b ------（软特性）

其中no =Us /(CeΦs)；k，k’，a，b为常数。

②转矩特性M=f（Is）

③机械特性n=f(M)

直流电动机特性

牵引性能分析与比较

1.电气稳定性：一般情况下，串励和他励电动机具有电气稳定性。但他励电机稳定余量较小，对于无补偿绕组的电机，由于电枢反应的去磁作用，在大电枢电流时，有可能进入不稳定状态。

2.负载分配性：当多台牵引电动机并联工作、电机特性有差异时，串励电机比他励电机负载分配不均匀程度要小得多。同一台机车动轮直径有差异时，采用串励牵引电动机比他励电机负载分配均匀。

3.输入电压波动对电机电流和牵引力的影响：当外加电压突变时，由于他励电动机励磁不变，电枢反电势不能及时增加，将使过渡过程开始阶段电枢电流冲击过大，串励电机电流冲击要小得多。

4.牵引电动机功率利用：串励牵引电动机具有软特性，转速随转矩的增大而自动降低，故串励电动机的功率变化比他励牵引电动机要小，接近恒功率曲线，可以更合理地利用与牵引功率有关的电器设备容量。

5.粘着性能分析比较：串励电动机由于特性较软，空转发生后的稳定滑动速度V4高于他励电动机的稳定滑动速度V3。从粘着重量的利用观点出发，他励牵引电动机优于串励牵引电动机。

3.速度调节

①调压调速：改变Us调速

n2/n1≈Us2/Us1 （2-13）（假定IsRs≈0时）

②磁场削弱调速：根据电机转速公式，近似有：n2/n1≈Φs1/Φs2 （2-15）

思考题：

1.恒功率控制条件下，牵引电动机磁场削弱前后的工作状态如何变化？

a. 磁场削弱后瞬间电机电枢电流增大,电压减小（恒功控制系统作用）；

b. 根据扭矩平衡方程可知，若外界阻力Mz不变且电磁力矩M与Mz已处于平衡状态，则电机转速将保持不变。但若在Mz< M时进行磁场削弱，则电机转速可增大，机车速度增加

2.恒功磁场削弱调速过程及优缺点分析

a.经济调速，可重复使用主发电机的恒功曲线，扩大机车恒功调速比。

b.使牵引电动机换向条件恶化，运行可靠性降低。

二、同步交流牵引发电机

貌似并不是重点，看起来也并不会像考的样子；感兴趣的同学可以看一看PPT，只求及格的话，可以跳过。

三、交-直型内燃机车恒功调速系统

1.系统任务与要求

a.机车恒功系统的任务

机车柴油机恒功→辅助功率+牵引功率恒定→辅助功率变化时，调节牵引发电机励磁→恒功

机车柴油机恒功（辅助功率不变）→牵引功率恒定→牵引发电机恒功输出→恒功励磁调节