电力机车工作原理

电力机车工作原理

第一节直直型电力机车工作原理

第二节交直型整流器电力机车工作原理

第三节交直交型电力机车工作原理

第一节直直型电力机车工作原理

重点：直流电力机车的特点和基本特性难点：直流电力机车的基本特性

一、基本工作原理

电机是进行能量转换的电磁机械设备。直流电力机车是现代电力机车中最为简单的一种。它使用的是直流电源和直流串励牵引电动机，其工作原理如图１－１所示。目前有些工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电车仍采用这种型式。

图1-1直流电力机车工作原理

工作过程为：机车由受电弓从接触网取得直流电，经断路器QD，启动电阻R向四台直流牵引电动机M1～M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所。当四台牵引电动机接通电源后即行旋转，把电能转变为机械能，再分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮牵引列车运行。

二、直流电力机车的特点

１.机车结构简单，造价低，经济性好；２.采用适合于牵引的直流串励电动机，牵引性能好，调速方便；３.控制简单，运行可靠；４.供电效率低。由于受牵引电动机端电压的限制，接触网电压一般为1500伏～3000伏。传输一定功率时电流较大，接触网导线损耗量较大，因此供电效率低。

５.基建投资大。为了减少接触网上的压降，电气化区段的牵引变电所数量较多，造成基建投资大。６.效率低，有级调速。由于机车使用调压电阻进行启动、调速，因此调节过程中有能量损耗使效率很低，同时也难以实现连续、平滑地调节。随着电力电子技术的发展，应用斩波器技术进行调速，可以对牵引电动机端电压进行连续、平滑地调节，从而实现无级调速。三、直流电力机车的基本特性

直流电力机车的基本特性包括机车的速度特性、牵引力特性、牵引特性。

1.速度特性

机车运行速度与牵引电动机电枢电流的关系，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：

电机转速公式：

由以上两式得出机车速度特性计算式：

V=2.牵引力特性

机车牵引力等于各动轮轮周牵引力的总和，机车牵引力与牵引电动机电枢电流的关系，称为机车的牵引力特性，即FK=f（Ia）。机车牵引力特性计算公式推导如下：牵引电动机的功率:（kW）

机车的轮周功率：

（kN）

根据功能原理：

故得出机车牵引力特性计算公式为：

或根据电动机功率方程式：表示成：

式中：V——机车速度；M——牵引电动机轴输出转矩；ηd——牵引电动机效率；ηc——传动装置效率；Ω——牵引电动机轴速度（rad/s）;m——机车配用电动机数目，对于个别传动机车为机车动轴数；Fk——机车轮周牵引力(kN)。上式的物理含义很明显，就是机车的牵引力与牵引电动机轴输出转矩有关。实际上由于牵引电动机特性的差异，运用中环境条件的差异，机车每个动轮所能发挥的牵引力是不同的，因此试验测得的数据往往低于按一台电动机平均计算公式计算的结果。从上面的分析我们知道，机车的速度特性和牵引力特性均是从牵引电动机的特性归算至轮周的特性，所以机车的速度特性曲线和牵引力特性曲线与牵引电动机的转速特性曲线、转矩特性曲线具有相同的趋势。

3.牵引特性

机车牵引力与机车速度的关系，称为机车的牵引特性。即FK=f(v)。机车牵引特性曲线一般由机车型式试验测出。或在已知机车速度特性曲线和牵引力特性曲线后，给定一电机电枢电流Ia值，求出机车牵引特性的一组FK–v值，根据不同负载下的数组FK–v值，绘出机车牵引特性曲线。

第二节交直型整流器电力机车工作原理重点：交直型电力机车的原理和特性难点：直流电力机车的基本特性

一、基本工作原理和特点

图1-2整流器电力机车工作原理

图1-2所示为整流器电力机车的两种基本原理线路图。单相交流电由接触网通过受电弓引入牵引变压器的高压绕组，再经钢轨接地。

1.中点抽头式全波整流电路电力机车工作原理在图1-2（a）中牵引变压器二次侧绕组分成oa、ob两段，两段电压大小相等、方向相反。整流元件D1、D2的正极分别与二次侧绕组的a、b点相接，负极相互联接在一起。牵引电动机的一端与变压器二次侧绕组的中点o相接，另一端经平波电抗器PK与整流电路的输出端即整流元件的负极相接。电路正常工作，当变压器二次侧电压正半周a点为高电位时，整流元件D１导通，电流由a点经D1、平波电抗器PK、牵引电动机M回到O点，构成一闭合回路。此时，整流元件D2因承受反向电压而截止。当变压器二次侧电压负半周b点为高电位时，整流元件D2导通，电流由b点经、D2、平波电抗器PK、牵引电动机M回到O点，也构成一闭合回路。D1因承受反向电压而截止。由此可知，在交流电压的正负两个半周内，变压器二次侧绕组oa、ob交替流过电流而牵引电动机Ｍ中则始终流过连续不断的方向不变的电流，保证了直流（脉流）牵引电动机的正常工作。

2.桥式全波整流电路电力机车工作原理

电路正常工作，当变压器二次侧电压正半周a点为高电位时，整流元件D1、D3导通，整流电流由绕组a点经整流元件D1、平波电抗器PK、牵引电动机Ｍ、整流元件D3回到绕组b点，此时整流元件D2、D4承受反向电压而截止。在变压器二次侧电压负半周b点为高电位时，整流元件D2、D4导通，整流电流由b点经整流元件D2、平波电抗器PK、牵引电动机Ｍ、整流元件D4回到a点。此时整流元件D1、D3因承受向电反压而截止。由此可见，在交流电压的正、负半周内都有电流流过变压器二次侧绕组且方向不同，而牵引电动机Ｍ中则始终流过方向不变的电流。3.现整流晶器电围力机志车的围工作到特点由以袜上分敏析，忠我们左可以赌看出驱整流围器电概力机没车有醒以下下特点驶：⑴整则流器政电力化机车历的变垄流过道程是优在机哀车内至完成仆的（挎直直至型电皮力机杠车的挑变流予过程抱是在耻牵引窜变电庭所进保行）鱼，因危此整凯流器希电力锤机车津是一池个集膛变压舌、变霸流、丈牵引列为一均体的臭综合飞装置喂，不雁仅简涉化了覆电气仇化牵态引的宪供电破设备叙，而慌且由雷于采疤用交厕流电篮网供震电，深提高锁了接给触网胁的供绪电电岔压，桑使一续定功砌率的补电能薄得以费采用霞小电仇流输春送，下既可廉减小铃接触妹网导何线的活截面锹，节缎省有界色金丢属用隔量，荷也可勤减少姓电能门损耗飞，提遍高电辫力机妇车的帐供电收效率逝。⑵由江于机过车内谱设有探变压掏器，楼调压厕十分帮方便筑，牵袋引电招动机券的工系作电橡压不取再受吧接触望网电赛压的颈限制卷，机湖车就临可以城选择岭最有倍利的敢工作半电压白，使布牵引坏电动惭机的犯重量忽／造灭价比怒降低间，同芳时工饼作更圆为可早靠。⑶牵愤引电殊动机益采用某适合预牵引斧的串琴励或妈复励亲电动植机，吨可以进获得虏良好厘的牵倍引性柿能和盾启动隔性能吃，尤响其启魂动时例它采干用了菌调节窄整流斜电压疯的方蛮式，喜省略扣了启炊动电韵阻，贴不仅呜减轻绒了电茫气设依备的欺重量悔、降丽低了候启动术能耗脾，而谨且改竞善了阶电力肆机车落的启喘动性存能，辩提高敏了机汤车的仍运行务可靠轻性。但是床，由蕉于整毯流器纵电力宰机车庸采用咬单相恒50hz整流谅，其舱输出吹电压煮有很絮大脉血动，阔因而酒流过防牵引蛛电动扔机的垃电流朋也有迹较大分脉动商。脉土动电冰流不量仅使鼻牵引刚电机茄的损稻耗增伴加，疤而且红使牵凭引电举机的进换向弓恶化纠，因准此在聪整流回器电扑力机塘车上沈需要河装设灾平波嘱电抗着器PK和固丢定磁粉场分爷路电带阻R0以限椅制电蓝流的遮脉动驾，改劫善电危动机携的工茶作条盘件。耀同时岁，在拴牵引励电动课机的率结构股上亦瘦作了上特殊讨设计蛋。二、币整流缺器电梦力机软车的冤基本枕特性1.兆整流雷外特吸性整流炎器电句力机猜车的厌牵引张电动辱机由果接触妥网取头得电屈能，俗需经老牵引生变压景器降绩压和泉整流临装置饱整流钱这样铺一个拾过程笨，因预而牵魔引电董动机裕的端原电压群将受钱到变慕压器鸽和整冲流电宾路的臂影响香，这适些影持响包族括：⑴整黑流回布路电晚阻引肿起的服压降⑵整功流回暮路阻赛抗引竖起的哨压降⑶整优流电斥路换学相引络起的篇平均酿整流档输出勤电压取降低发。⑷整己流元另件的己电压达降。2.偏速度黄特性对应狼于同矮样的方电机叹电枢敏电流跳，整期流器师电力题机车放的速指度因别电机供端电锅压的按降低居较直辞流电逝力机史车速盈度有兴所下暑降，迁因此扶整流雀器电迷力机床车的伟速度牺特性倦曲线匠比直破流电政力机倒车速捡度曲宿线下宣降更后陡。3.旋牵引扎力特梯性机车牌的牵持引力瓶只与亏牵引洒电动混机电弱枢电馋流和仓电机梳主极针磁通仿有关停，不服受牵毒引电重动机冤端电灯压的熄直接随影响订，所殃以整左流器需电力匪机车邻的牵受引力佛特性俗曲线掀与直漆流电伶力机凉车牵滴引力罢特性跟曲线丛相同专。4.芳牵引欣特性整流或器电五力机蚁车的宫牵引央特性伶曲线欣可借损助磁菊化曲澡线，叫通过临速度捐特性饰计算储式（榆1-拢3）粥和牵篇引力钱特性煌计算剃式（透1-桂7）衡计算洁求得分。5.刑机车逮总效慢率特搁性机车炸总效券率与扣机车迁速度牙的关然系称临为机导车的富总效嗓率特薄性。嚷根据侦整流踏器电凉力机涨车工哑作原络理，帜机车铅能量槽的传陪递经治过机燥车变讲压器宜、整筑流装论置、会平波酿环节辆、电沃－机想能量池转换勿、齿旺轮传业动等啦主要丘部分膜，故眨机车恭总效丙率为染：（1巾-9吼）第三艇节交直拉交型唤电力轰机车致工作辱原理重点径：交直事交型苹电力腔机车的原忠理和特销性难点宾：交直缸交型阅电力梅机车的基额本特挎性交直扭交型酿电力抱机车逃属于机交流崇传动期机车逗。由位逆变施器供缠电，顶机车讲和动占车组病采用然交流魔异步网电动卫机做谨牵引竟动力锅。根辆据变补流器瓦结构命的不宴同，类目前天交（控直）铜交型论机车盯和动仍车组任有电孔压型躁、电伍流型窜两种脖基本树结构越。我们印以电桑压型扶交直戏交变语流器告供电杆、三赢相异示步电赴动机混作牵膛引电众动机风的机给车为赖例分日析，彩原理耽如图堆所示狡。机车习在工住作时灿，受负电弓迹将网膊压引任入机蓄车变拳压器喊一次摸侧绕滋组，震经变肠压器口二次头侧绕夕组降湿压后增送入翁①环彻节，桂将交寻流电捞转换浓为直省流电锯，经殊②环申节平狐滑Ａ年处脉致动，仗送入头③环先节，虹将直耻流电擦逆变救为电描压和归频率嫌可调促的三哥相交位流电死，经先④环逐节平荐波电休抗器顺，供览给⑤尊环节春三相粘异步玻牵引古电动笼机，席实现仓牵引乏运行素。在落这个秃系统粉中，估机车渗先将缓电网母的交炸流能叛量转不换为成直流邻能量费，然易后进叼一步圆转换妨成电闹压和拣频率牢可调虫的交嗽流能解量。掉各环琴节的涂作用岭分述符如下注：①环着节—承—整拘流电胳路基逃本作角用是蝇将交鲁流电摆转换吃为直雨流电躲。具约体电漂路可触以是堂不可赛控整知流桥护、相潜控整鸡流桥化、四航象限屠脉冲芦变流床器。②环马节—肺—直职流环族节滤吉波器树基本留作用伶是平买滑Ａ栽处的舱纹波蓄（脉党动）毁，消娃除或聚减少咐谐波窗含量精，改洪善机辉车的祸功率宿因数躬。采侵用不默同的绣整流障电路路，其弊滤波侦电路匀也不愚同，翻功能编有所完差别陷。③环艳节—米—逆字变器昌用于务将直惯流电根转换悄为三铃相交寒流电雄，同卫时具家有较桑宽的央调频螺范围菊和调缓压范殊围，站一般格采用石正弦相波脉亩宽调架制（PW适M）技术党