牵引电机MATLAB仿真

牵引电机试验线路及原理简介

电力机车牵引电机试验台的原理线路图如图5-1所示：图中1、2是被、陪试电机，由LJ 作同轴连接。感应调压器GT 和整流器ZL 构成“线路发电机”提供试验电机端电压U ；SY 是一个专用的相控整流器，称为“升压机”，用于提高陪试机支路电压，使其作为发电机运行，提供负载试验电流，其两端电压为U s 。LF 1、LF 2分别是电机1和电机2的串激绕组；H 1、H 2分别是电机1和电机2的换向绕组。

图5-1 试验线路图 现将线路的工作原理简述如下：

当调节升压机相控角α使得E s =0时，电机1、2都是在电网电压U 下空载运行的电动机，由电源输送空载电源I 0及I '0（如图虚线所示方向），由于1和2两电机机械耦合，其转速相同，而且激磁绕组串于同一支路，激磁电流相等，因此，两电机的电势E 1和E 2相等，且小于电网电压U 。

当调节升压机相控角α使得E s 与E 2同向且二者之和大于U ，则Es 在机电2及1的输入送了电流I'，这时在电机2的支路中总电流为

2I I I '-'= 而在电机D 的支路中总电流为

1I I I '+'= I 1与I 2的电流方向如图中所示，按照图中所示的极性，I 1的方向与E 1方向相反，1作为电动机运转；I 2的方向与E 2方向相相同，电机2作为发电机运转。因此，决定该电机负载（制动力）的大小的电流I 2为

()222R U

E E I S -+=

式中，R 2为电机2的电枢、换向极及补偿绕组的电阻。

如上所述，此线路的升压机SY 的作用可归结为：

如没有升压机，则作为负载电机（陪试机）的电机2就不可能作为发电机运转。

当升压机E S 过低时，可能使E S +E 2≤U ，这时电机1与2就是处于空载状态

下的串激电动机，它们将处于飞速状态，因此，在试验过程中，过分调大升压机的相控角α是不允许的。

试验起动过程是：先调高线路机输出电压（不超过试验电机的30%），使机组成并联电动机运行，然后调节升压机增加负载电流，再调节线路机电压、再调节升压机调整负载电流，直到需要的试验值为止。

升压机的相控角α愈小，则E S 与I 2（发电机抽动电流）愈大，于是被试电动机1将在更大负载条件下支行 因此，要调节被试电动机1的负载，只要改变升压YS 的α即可，而这种调节是非常简便的。

另外，如试验线路的电源电压是由一个可以调节的电源来供馈，则电机在起动时可以不用外加变阻器，只需调节此发电机的激磁即可在低压下起动。

至于升压机YS 的容量、电压及电流的参数，可由下述方式确定。

电机1及2的回路中，可写出下面的平衡方程式，即

()21111LF LF R R R I E U +++=

及222R I E E U S -+=

由此得 ()21112212LF LF S R R R I R I E E E +++=-+ （5-1）

式中，R 1——电动机1的电枢、换向极和补偿绕组的电阻；

R LF 1——电动机1的激磁绕组电阻（包括固定分路电阻）；

R LF 2——电动机2的激磁绕组电阻（包括固定分路电阻）；

在此，假定电机1和2的各绕组电阻均相等；在同一的激磁电流下两电机产生的磁通相等，因而此两电机的电势应相等，即E 1=E 2。式（5-1）可改写为

()111222LF S R R I R I E ++=

所以 ()111122LF S R I R I I U +++= （5-2）

由此，从电压的关系来看，升压机是起补偿被试电动机1及陪试电机2的绕组电压降的作用。为使说明简化，假设两电机的激磁损耗及机械损耗可以略去不计，亦即略去I 0及I '0，则I 1=I 2。于是式（5-2）变为

()1112LF S R R I U += （5-3）

通常在连续定额状态下，牵引电动机绕组中的电压降约为额定端电压U N 的5%；同时应考虑到被试电机要作短时期的过载试验，此时最大电流值I 1max =2I N ，即为小时额定电流的二倍；因此，升压机的电压应为U S =2（2×0.05U N ）=0.2U N 即为被试电机额定电杆的20%。

显然，升压机YS 的电流也应与被试电机1的电流配合起来考虑，即应该与被试电机的连续额定电流接近，并且也应该容许在短时过载电流I 1max =2I N 的情况下持续1~2分钟，以便检查被试电机的换向情况。

综上所述，升压机SY 的连续定额下应具有P SN =2×0.05U N ×I N =0.1P N ，即约为牵引电动机额定功率之10%，而在短时过载状态下应能发挥P Smax =2×(2×0.05)U N ×2I N =0.4P N ，即约为牵引电动机额定功率之40%，由（5-3）我们也可得到

()1122LF N

SN SN SN R R I I U P +== （5-4） 由上式可以看出：升压机的容量由电动机1和发电机2的电损耗来决定。 至于该两电机1与2的铁耗（磁损耗）及机械损耗则由电网电源供给，此道理从图5-1中很易说明：当开断电源电压U 时，升压机SY 产生电势E S 产生电势，在电机1与2的回路中流过的电流相等，此时两电机由于磁通方向相同而电流方向相反，于是电机1与2产生大小相等方向相反的两个力矩，使电机无法驱动起来，只有电网供给电源后，才能使电机1的力矩大于电机2的力矩（因为I 1>I 2），使电机转动，故升压机仅供给两电机的电损耗，而此两电机的定值损耗（即铁损耗与机械损耗）必须由电网供给。

考虑到上述的诸种假定，以及实际上电机1与2的特性不可能完全相等，因此在选择升压机SY 的功率时，要适当地提高一些。 ZK1'ZK2'ZK9ZK10

图5-2电机试验台主接线图

如上所述，带有升压机的反馈试验线路具有下列优点：

只要改变升压机的相控角，就能简单平滑地调节被试电动机的负载。 试验时所消耗的能量，仅为直接负载法所耗能量的20%左右。

各种损耗可以直接由线路电源和升压机的输出功率来确定，因此能很方便地确定牵引电动机的效率。

在试验时，可以装上转换开关ZK ，来对调被试电机的位置，使两个同型电机都能在电动机状态下被试，而不必在试验台上移动，如图5-2所示。