电力牵引控制技术2直流牵引.ppt

北京交通大学 电气工程学院 王立德,电力牵引控制技术,直流传动与控制,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,,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,,电机的工作特性与机车牵引特性,工作特性: n、T、 = f(Ia) @U = UN If = 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,,1. 转速特性 n = f ( Ia),n = (U - Ia∑Ra )/Ce,,2. 转矩特性 T = f ( Ia ),T = CTIa (或M=CM  Ia),,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,,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 ),,,转向架,牵引电机,转向架,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 ),,DJ 1 牵引--速度曲线（F-v-Diagram）,机车牵引特性曲线,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,,,SS8型电力机车牵引特性,CRH2牵引特性曲线,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,,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 不具有稳定性 其他电动机dF/dv 0 均具有机械稳定性,,A,,,v1,,,△v,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 + Id∑R + L• (dId/dt) E = Cen ∴ Ud = Cen + Id∑R + L• (dId/dt),,电气稳定性分析图示,,A,,,Id1,,,△ Id,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： dUd/dId d（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）/ dt 0 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,,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,,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）,,,,,,,,,,n,n,T,2,2,1,1,Id1,Id2,n,T2,T1,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,,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,,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：T1—T2 c 点—a点 面积差不多 接近恒功 并励：T1—T2 d 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,,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  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,,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,If1 If2 If3 If4 If5,,积复励牵引电机,,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 T12 T13,低速：AS1和AS2断开 并联,高速：AS1和AS2闭和 串联,,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RL 分路电阻为R,,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（）,,。