电传动控制原理第二章直流牵引电机及其调速方式

1、第二章 直流牵引电机及其调速方式,2.1 直流牵引电机的工作特性 和机车牵引特性,工作特性: U = UN If = IfN n、T、 = f (Ia) 机械特性: n = f (T),一 直流牵引电机特性,1. 转速特性 n = f (Ia),n = ( U - IaRa) / Ce Ra : 电枢回路总电阻 Ce ：电势常数,2. 转矩特性 T = f(Ia),T = CT Ia CT : 转矩常数,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,二 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

2、VK = f ( Ia ) 机车的牵引力特性 FK = f ( Ia ) FK = f(VK) 与 n = f (T)有相同的形状,牵引电机力矩传递图,机车速度特性 Vk= f ( Ia ),机车动轮转速 nk,电动机转速 n,齿轮传动比,nk = n / ,机车线速度 Vk = (D k/60) nk (m/s),：机车动轮直径, Vk = (D k/60) nk = (D k/60) (n/) (3600/1000) = D k n/5.3 (km/h),对某一机车 DK = C = C, 机车线速度与电机转速成正比 VK n 只要在电机的转速特性上乘以 DK/5.3 就可得到机车的转速特

3、性,机车牵引力特性 FK = f ( Ia ),机车动轮转矩 Tk,牵引电机转矩 T,齿轮传动比,Tk = T ,机车动轮转矩 Tk = F k (Dk/2) (m/s),D：机车动轮直径, Fk = 2 T k / Dk = 2 T / D k,对某一机车 DK = C = C 0 = C, 机车轮周牵引力与电机转矩成正比 FK T 机车牵引力特性与电机转矩特性具有相同的形状,考虑到传动装置的效率0 Fk =( 2T k / Dk) 0 = (2 T / D k) 0,速度特性 VK = f ( Ia ), VK n FK T 机车牵引特性曲线 FK = f ( VK )与电动机机械特性曲线

4、 T = f ( n )有相同的形状,牵引力特性 FK = f ( Ia ),牵引特性 FK = f ( VK ),机车牵引特性 FK = f ( VK ),三 机车牵引特性的限制,2. 最高速度限制,3. 粘着限制,5. 安全换向限制,4. 最大允许电流限制,2.2 各种励磁方式直流 牵引电机特性分析,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,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 0 差复励电动机dF/dv 0 不具有稳定性 其他电动机dF/dv 0 均具有

5、机械稳定性,机械稳定性分析图示,A : v1 v = v1 + v F3 W0 v 不稳定 F2 W0 v 稳定,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 + IdR + L (dId/dt) E = Ce n Ud = Cen + IdR + L (dId/dt),电气稳定性分析图示,假定 Ud = C A：电气平衡状态 曲线1：电气稳定 曲线2：电气不稳定,牵引电机电气稳定的必要条件： d Ud / d Id d（Cen + IdR）/ d Id,在电动机电压 Ud 保持不变的

6、情况下： d（Cen + IdR）/ dId 0 即电动机Cen + IdR = f（ Id ）的曲线斜率为 正值就具有电气稳定性,串励电机电气稳定性,在任何负载下斜率均为正 具有电气稳定性,并励电机电气稳定性,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,（二）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,牵引电机特性有差异（动轮直径相同）,串励： 转速相同 n相同 Id1 Id2 差值较小 T1 T2 差值也较小,牵引电机特性有差异（动轮直径相同）,并励： 转速相同 n相同 Id1 Id2 差值很大 T1 T2 差值也较大,牵引电机

7、动轮直径不同（特性相同）,串励： 由相同的转速差引起 Id1 Id2 差值较小 T1 T2 差值也较小,牵引电机动轮直径不同（特性相同）,并励： 由相同的转速差引起 Id1 Id2 差值较大 T1 T2 差值也较大,（三）电压波动对牵引电机的影响,串励： 转速不变 工作曲线由n1变为n2 Id1 Id2 差值较小 T1 T2 差值也较小,并励,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,（四）功率利用,假设串励、并励电机具有相同的额定转矩和额定转速 串励：T1T2 c 点a点 面积差不多 接近恒功 并励：T1T2 d 点b点 面积差

8、较大 结论：串励功率利用好，能充分发挥机车的功率,（五）粘着重量的利用（防空转性能）,假设电动机工作在a点，速度为n 偶然原因 n+n,1 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,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,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,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

9、 A 滑动摩擦 力=牵引力，停止空转,假设电机原来工作在B点 v0,二、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,三、积复励牵引电机,2.3 直流电传动机车的调速方法,调节电机电压 调节主磁通,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,改变牵引电机的连接方式,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,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

10、大,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,SS2,SS1,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,改变同步牵引发电机定子绕组的接法,双星形：T1 T2 T3 T1 1 T12 T13,低速：AS1和AS2断开 并联,高速：AS1和AS2闭和 串联,二、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,K1、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,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,假设主极绕组匝数为W 电阻为