电力机车工作原理

1、电力机车的工作原理，第一节直线型电力机车的工作原理，第二节交流-DC整流电力机车的工作原理，第三节交流-DC-交流电力机车的工作原理，第一节直线型电力机车的工作原理，重点：DC电力机车的特点和基本特点难点：DC电力机车的基本特点，第一，基本工作原理，电机是能量转换的电磁机械设备。DC电力机车是现代电力机车中最简单的一种。它采用DC电源和DC系列励磁牵引电机，其工作原理如图所示。目前，一些工矿电机车、地铁电动车组和城市无轨电车仍采用这种类型。图1-1 DC电力机车工作原理工作过程如下：机车通过受电弓从接触网获得DC电力，通过断路器QD和启动电阻R向4台DC牵引电机M1M4供电，牵引电流通过轨道流

2、回变电站。当四个牵引电机连接到电源时，它们将立即旋转，将电能转换成机械能，然后驱动机车车轮驱动列车通过它们各自的齿轮传动装置。二、DC电力机车的特点。该机车结构简单，成本低，经济性好；采用适合牵引的DC系列励磁电机，牵引性能好，调速方便；控制简单，运行可靠；电源效率低。由于牵引电机端电压的限制，接触网电压一般为1500伏和3000伏。输送一定功率时，电流大，悬链线损耗大，供电效率低。对基础设施的大量投资。为了降低接触网上的电压降，在电气化区段有大量的牵引变电所，造成大量的资金投入。低效率，步进速度调节。由于机车采用调压电阻启动和调速，在调节过程中存在能量损耗，使得效率很低，难以实现连续平稳的调

3、节。随着电力电子技术的发展，利用斩波技术进行调速，可以连续平稳地调节牵引电机的电压，从而实现无级调速。3.DC电力机车的基本特点。DC电力机车的基本特性包括速度特性、牵引特性和机车牵引特性。1.速度特性机车运行速度和牵引电机电枢电流之间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：电机速度公式：由上述两个公式得出机车速度特性计算公式：V=，2。牵引特性，机车牵引力等于每个移动车轮周围的牵引力之和，而机车牵引力与牵引电机电枢电流之间的关系称为机车牵引特性，即FK=f(Ia)。计算机车牵引特性的公式推导如下：牵引电机功率： (kW)机车周围功率：(kN)根据功能原理

4、：所以计算机车牵引特性的公式为：或表示为：根据电机功率方程，其中：v机车速度；m牵引电机轴输出扭矩；牵引电机效率；传输效率；牵引电机轴速度(弧度/秒)。m分配给机车的电机数量，对于单独驱动的机车，机车移动轴的数量；Fk机器车轮周围的牵引力(kN)。上述公式的物理意义很明显，即机车的牵引力与牵引电机轴的输出转矩有关。实际上，由于牵引电机特性和运行环境条件的不同，每个机车车轮所施加的牵引力也不同，所以试验测得的数据往往低于用一台电机的平均计算公式计算的结果。从以上分析可知，机车的速度特性和牵引特性都从牵引电机的特性降低到了车轮周围的特性，因此机车的速度特性曲线和牵引特性曲线与速度特性曲线具有相同的

5、趋势第二节交流/DC整流电力机车的工作原理，重点：交流/DC电力机车的原理和特点。难点：DC电力机车的基本特点。1.基本工作原理和特点。图1-2整流电机车的工作原理。图1-2显示了整流电机车的两个基本原理电路图。单相交流电通过接触网和受电弓引入牵引变压器的高压绕组，然后通过轨道接地。1.中点抽头全波整流电路电力机车的工作原理在图1-2(a)中，牵引变压器的二次绕组分为oa和ob两段，电压相等，方向相反。整流器元件D1和D2的阳极分别连接到次级绕组的点A和点B，阴极相互连接。牵引电机的一端与变压器次级绕组的中点O相连，另一端通过平波电抗器PK与整流电路的输出端即整流元件的阴极相连。电路工作正常。

6、当变压器次级侧的正半周电压的点a处于高电位时，整流器元件d接通，并且电流从点a经由D1、平滑电抗器PK和牵引电机m返回到点o，形成闭环。此时，整流元件D2通过接收反向电压而被关断。当变压器二次电压负半周的点B处于高电位时，整流元件D2接通，电流从点B经D2、平滑电抗器PK和牵引电机M返回点O，这也形成一个闭环。由于反向电压，D1被关闭。可以看出，在交流电压的正负两个半周期期间，变压器的次级绕组oa和ob交替流动电流，而牵引电机总是以相同的方向流动连续电流，从而确保DC(脉冲电流)牵引电机的正常运行。桥式全波整流电路电力机车工作原理，电路工作正常。当变压器二次侧正半周电压的点A为高电位时，整流元

7、件D1和D3导通，整流后的电流从绕组点A经整流元件D1、平波电抗器PK、牵引电机和整流元件D3回到点B，此时整流元件D2和D4承受反向电压并关断。当变压器二次电压负半周的B点为高电位时，整流元件D2和D4接通，整流电流从B点经整流元件D2、平波电抗器PK、牵引电机和整流元件D4回到A点。此时，整流元件D1和D3由于接收到反向电压而截止。可以看出，在交流电压的正负半周期间，电流以不同的方向流过变压器的次级绕组，而牵引电机总是以相同的方向流过电流。整流电机车的工作特点从以上分析可以看出，整流电机车具有以下特点：整流电机车的换流过程是在机车内完成的(直线电机车的换流过程是在牵引变电所进行的)，因此整

8、流电机车是集变压器、变流器和牵引于一体的综合装置，不仅简化了电气化牵引的供电设备，而且利用交流电网供电。提高接触网的供电电压，使一定功率的电能能够以小电流传输，不仅可以减小接触网导线的截面，节约有色金属的消耗，还可以降低功率损耗，提高电力机车的供电效率。由于机车装有变压器，调压非常方便，牵引电机的工作电压不再受接触网电压的限制，机车可以选择最有利的工作电压，从而降低牵引电机的重量成本比，工作更加可靠。牵引电机采用适合牵引的串联励磁或复合励磁电机，可获得良好的牵引性能和起动性能。特别是启动时，采用调整整流电压的方式，省去启动电阻，不仅减轻了电气设备的重量，降低了启动能耗，而且提高了效率2.整流电

9、机车的基本特点。整流的外部特性。整流电机车的牵引电机从接触网获得电能，需要通过牵引变压器和整流装置进行整流。因此，牵引电机的端电压会受到变压器和整流电路的影响，包括整流电路电阻引起的压降、整流电路阻抗引起的压降和整流电路换向引起的平均整流输出电压降低。整流元件的压降。2.速度特性对应于电机相同的电枢电流，由于电机端电压的降低，整流电机车的速度低于DC电机车，所以整流电机车的速度特性曲线比DC电机车更陡。牵引特性机车的牵引只与牵引电机的电枢电流和主极磁通有关，不受牵引电机端电压的直接影响，因此整流电机车的牵引特性曲线与DC电机车相同。整流电机车的牵引特性、牵引特性曲线可借助磁化曲线，由速度特性计

10、算公式(1-3)和牵引特性计算公式(1-7)计算得出。5.机车总效率特性机车总效率和机车速度之间的关系称为机车总效率特性。根据整流型电力机车的工作原理，机车能量传输要经过机车变压器、整流装置、平滑环节、电机能量转换、齿轮传动等主要部件，因此机车的总效率为：(1-9)。第三节交流-DC-交流电力机车的工作原理，重点：交流-DC-交流电力机车的原理和特点难点：交流-DC-交流电力机车的基本特点，属于交流传动机车。电源由逆变器提供，交流异步电机用作机车和电动车组的牵引电源。根据变流器结构的不同，交流(DC)交流机车和电动车组有两种基本结构：电压型和电流型。以电压源交流/DC/交流变换器供电的机车和作

11、为牵引电动机的三相异步电动机为例，其原理如图所示。机车工作时，受电弓将电网电压引入机车变压器的一次侧绕组，经变压器的二次侧绕组降压后送至链路，将交流电转换为直流电，在链路的平滑部分脉动后送至链路，将直流电转换为电压和频率可调的三相交流电，通过链路平滑电抗器提供给链路的三相异步牵引电机，实现牵引运行。在该系统中，机车首先将电网的交流能量转换成DC能量，然后进一步将其转换成电压和频率可调的交流能量。每个环节的功能描述如下：环节整流电路的基本功能是将交流电转换成直流电。具体电路可以是不可控整流桥、相控整流桥和四象限脉冲转换器。DC环节滤波器的基本功能是平滑纹波(脉动)，消除或降低谐波含量，提高机车功率因数。不同的整流电路有不同的滤波电路和不同的功能。链式逆变器用于将直流电流转换成三相交流电流，具有较宽的调频范围和调压范围，一般采用正弦波脉宽调制技术。或者采用电压相量控制技术来降低电网电压波