牵引电动机与运行

1、牵引电动机与运行第1页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四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第2页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四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第3页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四1. 转速特性 n = f ( Ia

2、) n = (U - IaRa )/CenIa(T)01.他(并)励3.积复励2.串励第4页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四2. 转矩特性 T = f ( Ia ) T = CTIa (或M=CM Ia)0TIa1. 他(并)励3 积复励2 串励第5页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四3. 机械特性 n = f ( T ) TIa 机械特性具有与转速特性相似的形状nT01.他(并)励3.积复励2.串励第6页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四机车的牵引特性 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

3、速度特性 VK = f ( a ) 机车的牵引力特性 FK = f ( a ) 第7页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四Fz : 齿轮齿上所受的力DK3. 轮对FK1.小齿轮节圆2. 大齿轮节圆第8页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四转向架第9页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四牵引电机第10页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四转向架第11页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四 机车的速度特性 VK = f ( Ia ) 机车的牵引力特性 FK = f ( Ia ) VK n VK =

4、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 )第12页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四DJ 1 牵引-速度曲线（F-v-Diagram）机车牵引特性曲线第13页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四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 Fv4352第14页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四SS8型电力机车

5、牵引特性 第15页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四CRH2牵引特性曲线第16页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四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第17页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四机械稳定性 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： 牵引特性曲线斜率基本阻力曲线斜率即： dF/dv dW0/dv一般dW0/dv0 不具有稳定性 其他电动机dF/dv W0 v 不稳定F2 W0 v 稳定第19页

6、，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四电气稳定性 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 = Cen Ud = Cen + IdR + L (dId/dt)第20页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四电气稳定性分析图示UdId0AId1 Id12假定 Ud = CA：电气平衡状态曲线1：电气稳定曲线2：电气不稳定第21页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四牵引电机电气稳定的必要条件： dUd/

7、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第22页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四串励电机电气稳定性UdId0A在任何负载下斜率均为正具有电气稳定性第23页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四 并励电机电气稳定性UdId0AB 只有在一定负载范围内才具有电气稳定性 A：稳定 B：不稳定第24页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四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 牵引电机特性相同第25页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四牵引电机

8、特性有差异（动轮直径相同）TId0nnT2211Id1Id2nT2T1串励： 转速相同 n相同 Id1 Id2 差值较小 T1 T2 差值也较小第26页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四牵引电机特性有差异（动轮直径相同）TId0n21T21Id1Id2nT2T1并励： 转速相同 n相同 Id1 Id2 差值很大 T1 T2 差值也较大第27页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四 牵引电机动轮直径不同（特性相同）TId0nnTId1Id2n1T2T1n2串励： 由相同的转速差引起 Id1 Id2 差值较小 T1 T2 差值也较小第28页，共47页，202

9、2年，5月20日，15点17分，星期四 牵引电机动轮直径不同（特性相同）TId0nTId2Id1n1T1T2n2并励： 由相同的转速差引起 Id1 Id2 差值较大 T1 T2 差值也较大第29页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四电压波动对牵引电机的影响TId0nnT21Id2Id1nT2T1串励： 转速不变 工作曲线由n1变为n2 Id1 Id2 差值较小 T1 T2 差值也较小第30页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四并励:TId0n21TId1Id2nT2T1 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

10、击比串励电机大得多第31页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四功率利用T(F)0n(v)n1T2T1n2acT(F)0n(v)n1T2T1n2bd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 面积差较大 结论：串励功率利用好，能充分发挥机车的功率第32页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四粘着重量的利用（防空转性能）F0vF121nF2a假设电动机工作在a点，速度为n偶然原因 n+n1 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第33

11、页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四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T(F)0n(v)v3v0AB11223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第34页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四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 T(F)0n(v)v4v0AB112245假设

12、电机原来工作在B点 v0第35页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四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nId0If5If4If3If2If1If1 If2 If3 If4 If5第36页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四积复励牵引电机MMM 微机控制机车 串励绕组与各自的电枢串联 各电机他励绕组串联后进行 集中控制6K第37页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四直流电传动机车的调速方法 调节电机电压 调节主磁通n =Ud IdRCe 第38页，共47页，202

13、2年，5月20日，15点17分，星期四一、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第39页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四 改变牵引电机的连接方式MMMMUNUd = UN/4MMMMUNUd = UN/2MMMMUNUd = UN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 第40页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四 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MUN逐渐切除与电枢串联的电阻进行

14、调速MUN调节斩波器导通比进行调速CH第41页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四 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SS2SS1第42页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四 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 电机电压变化柴油机GMMM第43页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四 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AS

15、2断开 并联高速：AS1和AS2闭和 串联MM T1T2T3 T11T12 T13AS1AS2第44页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四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MUd+-R212R1IdILK1、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分流第45页，共47页，2022年，5月20日，15点17分，星期四磁场削弱系数 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 =(IW)(IW)d=ILWIdW=ILIdIL =RRL + RId =R