电力机车工作原理

电力机车工作原理

第一节直直型电力机车工作原理

第二节交直型整流器电力机车工作原理

第三节交直交型电力机车工作原理

第一节直直型电力机车工作原理

重点：直流电力机车的特点和基本特性难点：直流电力机车的基本特性

一、基本工作原理

电机是进行能量转换的电磁机械设备。直流电力机车是现代电力机车中最为简单的一种。它使用的是直流电源和直流串励牵引电动机，其工作原理如图１－１所示。目前有些工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电车仍采用这种型式。

图1-1直流电力机车工作原理

工作过程为：机车由受电弓从接触网取得直流电，经断路器QD，启动电阻R向四台直流牵引电动机M1～M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所。当四台牵引电动机接通电源后即行旋转，把电能转变为机械能，再分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮牵引列车运行。

二、直流电力机车的特点

１.机车结构简单，造价低，经济性好；２.采用适合于牵引的直流串励电动机，牵引性能好，调速方便；３.控制简单，运行可靠；４.供电效率低。由于受牵引电动机端电压的限制，接触网电压一般为1500伏～3000伏。传输一定功率时电流较大，接触网导线损耗量较大，因此供电效率低。

５.基建投资大。为了减少接触网上的压降，电气化区段的牵引变电所数量较多，造成基建投资大。６.效率低，有级调速。由于机车使用调压电阻进行启动、调速，因此调节过程中有能量损耗使效率很低，同时也难以实现连续、平滑地调节。随着电力电子技术的发展，应用斩波器技术进行调速，可以对牵引电动机端电压进行连续、平滑地调节，从而实现无级调速。三、直流电力机车的基本特性

直流电力机车的基本特性包括机车的速度特性、牵引力特性、牵引特性。

1.速度特性

机车运行速度与牵引电动机电枢电流的关系，称为机车速度特性，即V=f(Ia)。机车速度特性计算公式的推导过程如下：

电机转速公式：

由以上两式得出机车速度特性计算式：

V=2.牵引力特性

机车牵引力等于各动轮轮周牵引力的总和，机车牵引力与牵引电动机电枢电流的关系，称为机车的牵引力特性，即FK=f（Ia）。机车牵引力特性计算公式推导如下：牵引电动机的功率:（kW）

机车的轮周功率：

（kN）

根据功能原理：

故得出机车牵引力特性计算公式为：

或根据电动机功率方程式：表示成：

式中罪：V——机车活速度狡；M——牵引辉电动轧机轴到输出隶转矩福；ηd——牵引震电动太机效起率；ηc——传动谷装置颂效率臂；Ω——牵引仇电动书机轴壮速度秘（ra成d/直s）啄;m——机车边配用轰电动捏机数红目，卸对于汉个别劣传动相机车溉为机拉车动衫轴数趋；Fk——机车存轮周赔牵引婆力(kN)。上式闯的物警理含愁义很反明显补，就层是机闲车的浊牵引津力与您牵引怕电动矮机轴酒输出柔转矩肿有关典。实坑际上番由于抄牵引薪电动枣机特戚性的杜差异煎，运牵用中访环境肚条件轧的差都异，衫机车耐每个骆动轮杆所能抛发挥肌的牵璃引力探是不畅同的街，因阶此试生验测丹得的酒数据栽往往猾低于拥按一丛台电鞋动机乎平均挑计算着公式属计算车的结误果。从上装面的拴分析疾我们拐知道薪，机桐车的雪速度拨特性慰和牵生引力灶特性絮均是口从牵好引电弯动机些的特处性归趴算至政轮周弹的特败性，明所以蜓机车搅的速疤度特天性曲搂线和吼牵引仓力特森性曲矿线与符牵引柿电动浩机的近转速仙特性陵曲线润、转检矩特业性曲蒙线具牢有相幅同的雁趋势骄。3.俩牵引龙特性机车邀牵引碗力与核机车冈速度外的关骨系，双称为旗机车摩的牵壳引特框性。末即FK=f(v)。机车责牵引王特性量曲线户一般摇由机置车型卵式试腿验测乓出。馆或在费已知效机车底速度干特性狂曲线隆和牵音引力朽特性枯曲线产后，浊给定鸣一电俩机电倚枢电岛流Ia值，盆求出恐机车胡牵引葛特性熊的一爸组FK–v值，根杂据不芦同负想载下肯的数戴组FK–v值，啦绘出悲机车近牵引完特性顿曲线幅。第二亮节交直滤型整命流器鼓电力框机车戚工作桂原理重点与：交直灰型电吉力机任车的原鹿理和特酒性难点定：直流免电力体机车壤的基钓本特别性一、肿基本禾工作枪原理词和特罢点图1-递2整流库器电摔力机虚车工血作原落理图1歌-2联所示久为整挡流器善电力持机车倘的两殊种基级本原蜘理线浊路图多。单猫相交凳流电短由接际触网爹通过衡受电孔弓引巨入牵庆引变图压器迈的高扩压绕愤组，少再经考钢轨罢接地肉。1.惰中点船抽头赴式全疮波整糊流电娇路电侨力机跑车工华作原吊理在图摸1-铜2（a）中牵浙引变慢压器番二次罩侧绕监组分牛成oa陷、o在b两段完，两齿段电左压大伪小相村等、罚方向喇相反断。整铺流元呼件D1、D2的正担极分忽别与蝇二次敌侧绕馋组的a、肾b点相摘接，咸负极或相互产联接这在一飘起。权牵引耕电动洲机的背一端编与变亡压器萍二次腐侧绕运组的铺中点o相接呆，另痰一端碑经平聋波电栏抗器PK与整印流电杆路的轿输出冶端即笛整流锣元件柱的负淹极相洗接。电路丢正常兔工作精，当孔变压挑器二友次侧耍电压经正半义周a点为妈高电块位时乘，整榜流元馅件D１导通悦，电在流由a点经D1、平波布电抗任器PK丛、牵引岗电动泪机M回到O点，左构成鬼一闭年合回币路。饥此时愈，整博流元成件D2因承谜受反惩向电济压而古截止睡。当堂变压瞎器二奏次侧养电压规负半线周b点为扩高电遭位时评，整托流元糠件D2导通视，电鞭流由b点经禁、D2、平波锤电抗跟器PK厕、牵引麦电动料机M回到O点，饱也构洋成一话闭合休回路权。D1因承象受反膜向电究压而德截止俭。由竞此可务知，上在交幻玉流电传压的关正负以两个糖半周降内，匠变压占器二己次侧既绕组oa困、o饲b交替浮流过阻电流帮而牵删引电蜜动机是Ｍ中训则始姓终流敞过连剥续不俗断的绒方向童不变成的电笋流，牧保证吃了直寒流（不脉流诵）牵蛛引电障动机薪的正那常工回作。2.遵桥式哭全波研整流胡电路仅电力酬机车舍工作藏原理电路迹正常史工作势，当坡变压抬器二妻次侧妙电压西正半厉周a点为俊高电豆位时裤，整码流元趴件D1、D3导通渡，整浇流电月流由盲绕组a点经沸整流恶元件D1、平波披电抗姥器PK高、牵引绕电动学机Ｍ鹿、整烂流元婚件D3回到数绕组b点，胸此时及整流托元件D2、D4承受招反向爆电压菊而截辉止。渠在变朋压器掉二次患侧电旬压负土半周b点为始高电茂位时躬，整项流元脖件D2、D4导通偏，整拢流电饶流由b点经亮整流闻元件D2、平波肃电抗底器PK鸣、牵引嗓电动氏机Ｍ隶、整宝流元缓件D4回到a点。些此时屠整流幅元件D1、D3因承衫受向诞电反谎压而缸截止恶。由泉此可金见，品在交更流电信压的肌正、翁负半偿周内摧都有出电流广流过芝变压箩器二奔次侧滨绕组添且方大向不炸同，多而牵昨引电辜动机饶Ｍ中仁则始距终流显过方房诚向不型变的鲁电流郊。3.灰整流赏器电叠力机歪车的询工作员特点由以伶上分闪析，尼我们榴可以贱看出遗整流悄器电浓力机袖车有患以下凝特点棕：⑴整客流器膏电力甚机车虏的变迎流过犁程是知在机续车内李完成雨的（孕直直塘型电办力机尽车的晃变流贤过程酒是在届牵引阁变电日所进华行）窜，因逗此整彼流器殿电力泳机车怕是一最个集贡变压下、变推流、衡牵引鼓为一打体的屠综合猫装置毛，不赵仅简连化了专电气辆化牵忙引的裕供电贺设备驱，而廉且由古于采办用交责流电怖网供厌电，伞提高贤了接悦触网症的供辆电电妻压，本使一垫定功榆率的忌电能起得以说采用苏小电烫流输成送，才既可颤减小挂接触零网导表线的坏截面关，节皇省有直色金蹄属用籍量，止也可右减少广电能雨损耗果，提响高电喂力机睛车的弯供电航效率孙。⑵由冈于机绵车内适设有帅变压瞒器，呀调压肾十分虚方便盖，牵奏引电日动机腾的工鄙作电岗压不桌再受柔接触翼网电鼓压的缘瑞限制当，机蜻车就吃可以爽选择拒最有诵利的侦工作引电压坑，使扑牵引懂电动傻机的讽重量喂／造摆价比应降低秒，同斜时工蹄作更另为可价靠。⑶牵忽引电始动机垫采用挤适合盾牵引颠的串西励或净复励参电动猴机，乔可以艰获得罚良好降的牵秀引性笑能和岂启动筛性能桥，尤味其启艰动时漏它采鹿用了打调节鬼整流崇电压炮的方删式，井省略颜了启时动电赚阻，养不仅咱减轻桂了电桑气设周备的埋重量妥、降悠低了惧启动适能耗疫，而侵且改书善了晒电力肢机车求的启唉动性士能，海提高拜了机茄车的址运行讯可靠草性。但是较，由脏于整崖流器逐电力投机车蕉采用石单相辱50hz整流核，其丸输出权电压雀有很祸大脉璃动，叫因而异流过务牵引惊电动球机的绍电流怒也有共较大零脉动跪。脉慈动电斩流不扇仅使贞牵引形电机港的损亲耗增助加，诵而且皮使牵叠引电无机的狠换向触恶化始，因钻此在巧整流速器电购力机劝车上砖需要亿装设甘平波荣电抗李器PK和固填定磁降场分茧路电肌阻R0以限形制电激流的录脉动台，改惕善电粱动机菌的工赔作条帆件。连同时愉，在午牵引塌电动续机的商结构熔上亦堡作了柿特殊蒙设计俭。二、拣整流疯器电绸力机内车的糠基本漫特性1.持整流即外特言性整流疼器电幻玉力机蒜车的嗓牵引龙电动趣机由设接触讲网取米得电钓能，育需经毅牵引庸变压迷器降燃压和险整流资装置思整流响这样什一个扫过程异，因厌而牵项引电床动机稼的端手电压净将受汗到变刘压器默和整拖流电械路的雪影响眠，这鞭些影莫响包诞括：⑴整传流回劝路电伤阻引筋起的瓜压降⑵整愧流回呼路阻玻抗引达起的应压降⑶整米流电抬路换纱相引史起的然平均嫂整流蜻输出从电压甩降低户。⑷整躬流元私件的财电压扁降。2.谁速度设特性对应让于同辽样的疲电机前电枢眯电流鞠，整艺流器迫电力符机车叹的速猾度因凑电机英端电圈压的约降低听较直秩流电嘉力机豆车速蠢度有扩所下绝降，锹因此央整流电器电迎力机染车的薄速度猫特性桶曲线烫比直趁流电喷力机邮车速赔度曲慢线下图降更浅陡。3.低牵引祸力特锋性机车胶的牵便引力凝只与勤牵引编电动辟机电核枢电娱流和通电机栏主极宰磁通伸有关讯，不低受牵陕引电料动机胜端电卡压的吼直接房诚影响犹，所冈以整晨流器根电力休机车胀的牵裹引力侵特性蝇曲线介与直迷流电芽力机胳车牵伤引力父特性似曲线冶相同煎。4.漏牵引奋特性整流颤器电跳力机间车的佛牵引再特性悟曲线愧可借贡助磁览化曲捷线，浩通过苦速度奔特性弓计算执式（柏1-宏3）胁和牵泉引力比特性怕计算覆式（用1-圾7）鸡计算提求得舅。5.连机车李总效领率特竿性机车肃总效绍率与足机车柔速度和的关董系称敌为机喂车的震总效冬率特迁性。庭根据驰整流拿器电半力机锄车工富作原概理，亚机车化能量园的传释递经蛋过机棉车变岂压器拨、整咳流装虏置、腰平波箭环节梦、电助－机酒能量扩转换降、齿朴轮传蛙动等境主要雾部分南，故对机车萄总效限率为焰：（1锣-9如）第三博节交直袜交型器电力格机车白工作永原理重点喂：交直损交型盆电力虑机车的原何理和特碍性难点带：交直吓交型恐电力尸机车的基蛮本特系性交直怪交型难电力尺机车世属于察交流脏传动朴机车亏。由堡逆变御器供厦电，布机车粒和动斩车组六采用睡交流博异步旬电动阶机做厕牵引泥动力张。根冒据变割流器宣结构炕的不伟同，告目前杆交（瓶直）察交型悟机车召和动猪车组帽有电熟压型轻、电秤流型愁两种羞基本亲结构村。我们轰以电肌压型料交直咸交变惜流器俱供电韵、三馒相异坦步电论动机寇作牵世引电赵动机艘的机根车为汁例分渣析，痒原理劳如图卷所示蜂。机车踏在工染作时嫂，受驰电弓嗓将网台压引宇入机指车变臭压器细一次汪侧绕伤组，艺经变或压器组二次撇侧绕乖组降五压后纪送入舞①环矛节，它将交睡流电哈转换自为直唯流电腔，经喇②环苦节平阀滑Ａ砍处脉验动，接送入波③环廉节，厨将直鸡流电碌逆变劝为电谷压和繁频率饮可调山的三赚相交桨流电盈，经馅④环遥节平杏波电揉抗器励，供雪给⑤脱环节件三相趁异步摄牵引窄电动物机，仍实现爷牵引宋运行狐。在对这个主系统毅中，贿机车哑先将秧电网指的交剖流能峰量转俗换为僻直流熄能量熔，然寒后进冬一步撑转换隔成电钱压和凝频率腐可调班的交姥流能沃量。绳各环鞋节的总作用部分述仍如下芒：①环挑节—溜—整路流电哪路基岭本作若用是妹将交盼流电得转换培为直您流电骂。具凭体电寄路可蜡以是详不可就控整都流桥盟、相俗控整酱流桥鼻、四糊象限低脉冲棍变流良器。②环览节—醉—直隆流环若节滤篮波器扛基本乏作用弹是平啄滑Ａ泛处的奶纹波洋（脉既动）章，消擦除或识减少粱谐波谈含量保，改如善机腊车的验功率离因数暑。采缝用不门同的掀整流兄电路淘，其其滤波主电路显也不划同，抖功能计有所