第2章_牵引电动机与运行

电传动控制技术王立德直流传动与控制技术•牵引电机特性与机车牵引特性•有级调压调速与有触点控制系统•相控机车的主电路与功率因数•机车电子控制系统电传动控制技术王立德直流牵引电机及其调速方式•电机的工作特性与机车牵引特性•机车牵引特性的限制•电气稳定性•牵引电机–牵引电机之间的负载分配–电压波动对牵引电机的影响–功率利用–粘着重量的利用•直流电传动机车的调速方法电传动控制技术王立德电机的工作特性与机车牵引特性•工作特性:n、T、=f(Ia)@U=UNIf=IfN•机械特性:n=f(T)直流牵引电机特性（串、并、他）直流牵引电机及其调速方式电传动控制技术王立德1.转速特性n=f(Ia)n=(U-Ia∑Ra)/CenIa(T)01.他(并)励3.积复励2.串励电传动控制技术王立德2.转矩特性T=f(Ia)T=CTIa(或M=CMIa)0TIa1.他(并)励3积复励2串励电传动控制技术王立德3.机械特性n=f(T)∵T∝Ia∴机械特性具有与转速特性相似的形状nT01.他(并)励3.积复励2.串励电传动控制技术王立德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(]a)•机车的牵引力特性FK=f(]a)电传动控制技术王立德Fz:齿轮齿上所受的力DK3.轮对FK1.小齿轮节圆2.大齿轮节圆电传动控制技术王立德转向架电传动控制技术王立德牵引电机电传动控制技术王立德转向架电传动控制技术王立德•机车的速度特性VK=f(Ia)•机车的牵引力特性FK=f(Ia)∵VK∝n∴VK=f(Ia)与n=f(Ia)形状相同∵FK∝T∴VK=f(Ia)与T=f(Ia)形状相同机车的牵引特性FK=f(VK)由牵引电机的机械特性直接决定T=f(n)电传动控制技术王立德DJ1牵引--速度曲线（F-v-Diagram）机车牵引特性曲线电传动控制技术王立德机车牵引特性的限制2.最高速度限制3.粘着限制4.最大允许电流限制5.安全换向限制Fv4352电传动控制技术王立德SS8型电力机车牵引特性电传动控制技术王立德CRH2牵引特性曲线电传动控制技术王立德各种励磁方式电机特性分析一、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电传动控制技术王立德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/dvdW0/dv一般dW0/dv0∴差复励电动机dF/dv0不具有稳定性其他电动机dF/dv0均具有机械稳定性电传动控制技术王立德F/W0v01.基本阻力曲线W0=f(v)A3F3=f3(v)2F2=f2(v)v1△v机械稳定性分析图示A:v1v=v1+△vF3W0v↑不稳定F2W0v↓稳定电传动控制技术王立德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∴Ud=Cen+Id∑R+L•(dId/dt)电传动控制技术王立德电气稳定性分析图示UdId0AId1△Id12假定Ud=CA：电气平衡状态曲线1：电气稳定曲线2：电气不稳定电传动控制技术王立德牵引电机电气稳定的必要条件：dUd/dIdd（Cen+Id∑R）/dt在电动机电压Ud保持不变的情况下：d（Cen+Id∑R）/dt0即电动机Cen+Id∑R=f（Id）的曲线斜率为正值就具有电气稳定性电传动控制技术王立德串励电机电气稳定性UdId0A在任何负载下斜率均为正具有电气稳定性电传动控制技术王立德并励电机电气稳定性UdId0AB只有在一定负载范围内才具有电气稳定性A：稳定B：不稳定电传动控制技术王立德牵引电机之间的负载分配•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电传动控制技术王立德牵引电机特性有差异（动轮直径相同）TId0nnT2211Id1Id2nT2T1串励：转速相同n相同Id1Id2差值较小T1T2差值也较小电传动控制技术王立德牵引电机特性有差异（动轮直径相同）TId0n21T21Id1Id2nT2T1并励：转速相同n相同Id1Id2差值很大T1T2差值也较大电传动控制技术王立德•牵引电机动轮直径不同（特性相同）TId0nnTId1Id2n1T2T1n2串励：由相同的转速差引起Id1Id2差值较小T1T2差值也较小电传动控制技术王立德•牵引电机动轮直径不同（特性相同）TId0nTId2Id1n1T1T2n2并励：由相同的转速差引起Id1Id2差值较大T1T2差值也较大电传动控制技术王立德电压波动对牵引电机的影响TId0nnT21Id2Id1nT2T1串励：转速不变工作曲线由n1变为n2Id1Id2差值较小T1T2差值也较小电传动控制技术王立德并励:TId0n21TId1Id2nT2T1转速不变工作曲线由n1变为n2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电传动控制技术王立德功率利用T(F)0n(v)n1T2T1n2acT(F)0n(v)n1T2T1n2bd假设串励、并励电机具有相同的额定转矩和额定转速串励：T1—T2c点—a点面积差不多接近恒功并励：T1—T2d点—b点面积差较大结论：串励功率利用好，能充分发挥机车的功率电传动控制技术王立德粘着重量的利用（防空转性能）F0vF121nF2a假设电动机工作在a点，速度为n偶然原因—n+n1并励：特性硬F1较大迅速恢复粘着2串励：特性软F2较小粘着不易恢复形成空转电传动控制技术王立德并励电动机防空转性能1:最大粘着曲线2:滑动摩擦力曲线3:并励电机机械特性T(F)0n(v)v3v0AB11'22'3粘着条件破坏1-1’2-2’牵引力最大粘着限制逐渐发生空转vA滑动摩擦力=牵引力，停止空转假设电机原来工作在B点v0电传动控制技术王立德串励电动机防空转性能1:最大粘着曲线2:滑动摩擦力曲线4/5:串励电机机械特性粘着条件破坏1-1’2-2’牵引力最大粘着限制逐渐发生空转vA滑动摩擦力=牵引力，停止空转T(F)0n(v)v4v0AB11'22'45假设电机原来工作在B点v0电传动控制技术王立德他励牵引电动机优点：•合适的调节特性•优良的防空转特性•充分发挥机车牵引力•能实现无级磁场削弱•便于牵引制动工况转换nId0If5If4If3If2If1If1If2If3If4If5电传动控制技术王立德积复励牵引电机MMM微机控制机车•串励绕组与各自的电枢串联•各电机他励绕组串联后进行集中控制6K电传动控制技术王立德直流电传动机车的调速方法•调节电机电压•调节主磁通n=Ud–IdRCe电传动控制技术王立德一、调节端电压•改变牵引电机的连接方式•牵引电动机与电阻串联•改变牵引变压器的输出电压•改变牵引发电机的转速和励磁电流•改变同步牵引发电机定子绕组接法电传动控制技术王立德•改变牵引电机的连接方式MMMMUNUd=UN/4MMMMUNUd=UN/2MMMMUNUd=UN优点：能量损耗少比较经济缺点：调压级数有限需要复杂的转换开关和接触器电传动控制技术王立德•牵引电动机与电阻串联优点：控制简单缺点：起动不平稳粘着利用不好损耗大MUN逐渐切除与电枢串联的电阻进行调速MUN调节斩波器导通比进行调速CH电传动控制技术王立德•改变牵引变压器的输出电压改变变压器的匝数改变变压器输出电压Ud根据变压器调压抽头的位置高压侧调压低压侧调压SS2SS1电传动控制技术王立德•改变牵引发电机的转速和励磁电流柴油机转速同轴的发电机转速由于牵引发电机的励磁机是由柴油机驱动的励磁机的转速变化电机电压变化柴油机GMMM电传动控制技术王立德•改变同步牵引发电机定子绕组的接法双星形：T1T2T3T1T12T13低速：AS1和AS2断开并联高速：AS1和AS2闭和串联MMT1T2T3T11T12T13AS1AS2电传动控制技术王立德调节主极磁通磁场分路法：主极绕组两端并联一级或数级分路电阻，从而减小励磁电流和磁通MUd+-R212R1IdILK1、K2断开Id=IL满磁场•K1闭和R1分流•K2闭和R2分流•K1、K2闭和R1、R2分流电传动控制技术王立德磁场削弱系数磁场削弱系数：在牵引电动机电枢电流相同的条件下，磁场削弱的磁势(IW)与全磁场时的励磁磁势(IW)d之比=(IW)(IW)d=IL•WId•W=ILIdIL=RRL+RId=RRL+R假设主极绕组匝数为W电阻为RL分路电阻为R电传动控制技术王立德小结•直流牵引电机的工作特性与机车的牵引特性–工作特性n=f（Ia）T=f（Ia）n=f（T）–牵引特性v=f（Ia）F=f（Ia）F=f（v）•各种励磁方式牵引电机特性分析–串并励牵引电机特性比较–他励和积复励电机特性•直流电传动机车调速方法–调节电机端电压–调节主极磁通磁场分路法（）