直流牵引电机调速范围的改变

直流牵引电机调速范围的改变

1受限制的磁阻电机运行限制在大型汽车的使用中，磁阻电机由于速度方便、性能可靠、坚固耐用等优点，受到了广泛的关注。但因磁阻电机低速运行时产生噪声、脉动力矩等缺点使其应用受到一定限制。所以在中大功率应用范围内,蓄电池机车的动力仍然普遍采用直流牵引电机。2平道和坡位的特性普通的直流牵引电机一般是按机车在平道或小坡度(3°以下)道路行驶条件下设计的,其实用的调速范围一般为1:3左右。但如果要求机车既能在平道快速行驶,又能在大坡度(10～18°)时提供所需的大牵引力,就要求机车有1:6以上的调速范围。如后来研制的某型胶套轮机车平道速度3m/s,大坡度18°时速度为0.5m/s。通过分析可知直接采用ZQ-30型直流牵引电机因其调速范围有限,就不能满足要求,只能采取其他办法。为满足机车调速要求,经过研究,在不更换牵引电机的情况下,决定采用改变机车调速比即机械换挡的方法,这样能够较好地解决了这个问题。在平道上机车的减速器用高减速比,此时机车的调速范围为1:3(速度范围为0.5～1.5m/s);在大坡度10～18°时,减小机车减速器的减速比,让它约为平道时的1/2,调速范围仍为1:3。虽然此种控制方式在平道和坡道交替时需要换挡,但满足了宽调速范围和大牵引力的要求,机车的应用范围也得到了扩大。为了增大轮轨之间的摩擦系数以增大机车牵引力,机车采用胶套轮代替了钢轮,在3°坡以上采用齿轨来增大爬坡能力。胶套轮和齿轨的机车特性如图1所示。图中分别绘出了机车在齿轨和胶套轮情况下的牵引特性、速度特性和电制动特性。对应胶套轮的特性为平道和小坡度路况,对应于齿轨为大坡度路况。事实上,在宽调速范围和大牵引力的要求下,采用机械换挡不仅是机车外特性的要求,也是配套蓄电池放电特性的要求。因为牵引蓄电池的设计和牵引电机一样都是为机车平道运行而设计的。在机车平道运行的情况下,两者的特性是配套的,都能高效率地运行。而当机车既要在平道高速行驶,又要在坡道时提供大牵引力时,蓄电池的放电特性就不能满足要求,甚至寿命大幅度缩短。图2为D-560KT型矿用蓄电池的放电特性。由图2可见,蓄电池在放电时输出的能量并不是一定的。相同的安时数,在大放电电流时输出的能量小,在小放电电流时输出的能量要高得多。如放电特性图中所示,在112A电流下,蓄电池可放电5h,提供的放电容量为560Ah;而在336A电流下放电,可放电1h,提供的放电容量为336Ah。蓄电池的这一特性对机车平道运行影响并不显著。因为在平道运行时大电流出现的时间相对较少,只是在启动、满载或超载时出现。当机车频繁在平道和大坡度之间交替运行时,蓄电池的放电特性对机车运行就会产生较大影响。因为这种运行方式有时要求快速、小牵引力,有时又要求低速、大牵引力。所以此种运行方式不能发挥蓄电池的最高效率。解决这个问题的方法就是采用机械换挡。采用机械换挡可以在大坡度情况下使蓄电池的输出电流减小,也就是说,在上述相同路况下,相同充满电的蓄电池、相同负载,采用换挡传动方式的机车比不换挡方式的机车运输距离要长(长20%～30%)。反之,不换挡方式机车的蓄电池会因过大的放电电流而只提供较小的放电容量甚至于严重影响寿命。根据上述原则,蓄电池装置的电压等级的选择也要尽量提高,即在相同运输能力要求下,尽量选择高电压等级的蓄电池装置,从而减小放电电流。这样可以减小单体蓄电池的额定容量和蓄电池装置的体积、重量,从而进一步提高整机效率。3车载充放电机参数以下是在实际路况下,分别采用196V和252V2种不同电压等级、蓄电池额定容量560Ah时设计的矿用蓄电池机车参数和计算数据。虽然两者对应的能量相当,但采用252V电源装置的运输能力比采用196V电源装置的运输能力高60%。这里,还没有考虑大电流情况下线损引起的效率进一步下降问题。3.1运行情况类型机车自重:15t,载重:18t,制动方式为电气制动,蓄电池容量:560×250AhV,560Ah(5h放电率),直流牵引电机:2×30kW。机车牵引特性计算:(1)5°下坡,距离S=1000m时F=-W(-ηcosα+sinα)=8.5kN对应速度为0.75m/s,电机制动电流为-48A,电源电流为10A,运行时间t=S/v=1333s,运行安时为3.7Ah,对应安时为560Ah,安时百分比:3.7/560=0.0066。(2)5°上坡,距离S=1000m时F=W(ηcosα+sinα)=37.85kN(粘着系数η=0.03)对应速度为0.83m/s,电机电流为102A,电源电流为102×2+10=214A,运行时间t=S/v=1205s,运行安时为71.6Ah,对应安时为410Ah,安时百分比:71.6/410=0.175。(3)电池容量验算运行间歇按15min计算,机车一趟运行时间为60min,用电量百分比:0.0066+0.175=0.182,考虑可靠系数:1.3×0.1823≈0.2366≈24%,即从容量角度考虑,机车可运行4趟。3.2运行时间及安时配比机车自重为14t,其他参数不变,机车牵引特性计算:(1)5°下坡,S=1000m时F=-W(-ηcosα+sinα)=8.23kN对应速度为0.75m/s,电机制动电流为-47A,电源电流为10A,运行时间t=S/v=1333s,运行安时为3.7Ah,对应安时为560Ah,安时百分比:3.7/560=0.0066。(2)5°上坡,S=1000m时F=W(ηcosα+sinα)=36.7kN对应速度为0.75m/s,电机电流为132A,电源电流:132×2+10=274A,运行时间t=S/v=1333s,运行安时为101.6Ah,对应安时为360Ah,安时百分比:101.6/360=0.28。(3)电池容量验算运行间歇按15min计算,机车一趟运行时间约60min,用电量百分比:0.0066+0.28≈0.29,考虑可靠系数:1.3×0.29≈0.38≈38%,即从容量角度考虑,机车可运行2.5趟。4对于平道和小道的增加要及时提高蓄电池的电压等级,综上所述,在蓄电池机车配套直流牵引电机时,如果调速范围及牵引力变化范围较小(在1:3左右),那么从牵引电机到车轮之间的减速器可以用固定的减速比,而对机车的效率影响不大。这种情况对应大多数平道和小坡道运行的机车。而对于既要求在平道上快速行驶又要求在大坡度时提供大牵引力的机车,一方面