電傳動控制原理第二章直流牽引電機(jī)及其調(diào)速方式

第二章直流牽引電機(jī)及其調(diào)速方式 2 1直流牽引電機(jī)的工作特性和機(jī)車牽引特性 工作特性 U UNIf IfNn T f Ia 機(jī)械特性 n f T 一直流牽引電機(jī)特性 1 轉(zhuǎn)速特性n f Ia n U Ia Ra Ce Ra 電樞回路總電阻Ce 電勢常數(shù) 2 轉(zhuǎn)矩特性T f Ia T CT IaCT 轉(zhuǎn)矩常數(shù) 3 機(jī)械特性n f T T Ia 機(jī)械特性具有與轉(zhuǎn)速特性相似的形狀 二機(jī)車的牽引特性 機(jī)車輪周牽引力FK和輪周線速度VK之間的關(guān)系FK f VK 機(jī)車的速度特性VK f Ia 機(jī)車的牽引力特性FK f Ia FK f VK 與n f T 有相同的形狀 牽引電機(jī)力矩傳遞圖 機(jī)車速度特性Vk f Ia 機(jī)車動輪轉(zhuǎn)速nk 電動機(jī)轉(zhuǎn)速n 齒輪傳動比 nk n 機(jī)車線速度Vk Dk 60 nk m s 機(jī)車動輪直徑 Vk Dk 60 nk Dk 60 n 3600 1000 Dk n 5 3 km h 對某一機(jī)車DK C C 機(jī)車線速度與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比VK n只要在電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性上乘以DK 5 3 就可得到機(jī)車的轉(zhuǎn)速特性 機(jī)車牽引力特性FK f Ia 機(jī)車動輪轉(zhuǎn)矩Tk 牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩T 齒輪傳動比 Tk T 機(jī)車動輪轉(zhuǎn)矩Tk Fk Dk 2 m s D 機(jī)車動輪直徑 Fk 2Tk Dk 2T Dk 對某一機(jī)車DK C C 0 C 機(jī)車輪周牽引力與電機(jī)轉(zhuǎn)矩成正比FK T機(jī)車牽引力特性與電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性具有相同的形狀 考慮到傳動裝置的效率 0Fk 2Tk Dk 0 2T Dk 0 速度特性VK f Ia VK nFK T機(jī)車牽引特性曲線FK f VK 與電動機(jī)機(jī)械特性曲線T f n 有相同的形狀 牽引力特性FK f Ia 牽引特性FK f VK 機(jī)車牽引特性FK f VK 三機(jī)車牽引特性的限制 2 最高速度限制 3 粘著限制 5 安全換向限制 4 最大允許電流限制 2 2各種勵磁方式直流牽引電機(jī)特性分析 一 串勵和并勵直流牽引電機(jī)性能比較 一 機(jī)械穩(wěn)定性和電氣穩(wěn)定性 機(jī)械穩(wěn)定性 指機(jī)車牽引列車正常運(yùn)行時(shí) 由于偶然的原因 引起速度發(fā)生變化后 機(jī)車本身能恢復(fù)到原有的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài) 機(jī)械穩(wěn)定性的條件 牽引特性曲線斜率0 差復(fù)勵電動機(jī)dF dv 0不具有穩(wěn)定性其他電動機(jī)dF dv 0均具有機(jī)械穩(wěn)定性 機(jī)械穩(wěn)定性分析圖示 A v1v v1 vF3 W0v 不穩(wěn)定F2 W0v 穩(wěn)定 電氣穩(wěn)定性 指機(jī)車牽引列車正常運(yùn)行時(shí) 由于偶然的原因 引起電機(jī)電流發(fā)生微量變化后 機(jī)車本身能恢復(fù)到原有的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài) 動態(tài)電壓平衡方程式 Ud E Id R L dId dt E Ce n Ud Ce n Id R L dId dt 電氣穩(wěn)定性分析圖示 假定Ud CA 電氣平衡狀態(tài)曲線1 電氣穩(wěn)定曲線2 電氣不穩(wěn)定 牽引電機(jī)電氣穩(wěn)定的必要條件 dUd dId d Ce n Id R dId 在電動機(jī)電壓Ud保持不變的情況下 d Ce n Id R dId 0即電動機(jī)Ce n Id R f Id 的曲線斜率為正值就具有電氣穩(wěn)定性 串勵電機(jī)電氣穩(wěn)定性 在任何負(fù)載下斜率均為正具有電氣穩(wěn)定性 并勵電機(jī)電氣穩(wěn)定性 只有在一定負(fù)載范圍內(nèi)才具有電氣穩(wěn)定性A 穩(wěn)定B 不穩(wěn)定 二 牽引電機(jī)之間的負(fù)載分配 牽引電機(jī)特性有差異動輪直徑相同動輪直徑不同牽引電機(jī)特性相同 牽引電機(jī)特性有差異 動輪直徑相同 串勵 轉(zhuǎn)速相同n相同Id1Id2差值較小T1T2差值也較小 牽引電機(jī)特性有差異 動輪直徑相同 并勵 轉(zhuǎn)速相同n相同Id1Id2差值很大T1T2差值也較大 牽引電機(jī)動輪直徑不同 特性相同 串勵 由相同的轉(zhuǎn)速差引起Id1Id2差值較小T1T2差值也較小 牽引電機(jī)動輪直徑不同 特性相同 并勵 由相同的轉(zhuǎn)速差引起Id1Id2差值較大T1T2差值也較大 三 電壓波動對牽引電機(jī)的影響 串勵 轉(zhuǎn)速不變工作曲線由n1變?yōu)閚2Id1Id2差值較小T1T2差值也較小 并勵 轉(zhuǎn)速不變工作曲線由n1變?yōu)閚2 結(jié)論 當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時(shí) 并勵電機(jī)的電流沖擊和牽引力沖擊比串勵電機(jī)大得多 四 功率利用 假設(shè)串勵 并勵電機(jī)具有相同的額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)速串勵 T1 T2c點(diǎn) a點(diǎn)面積差不多接近恒功并勵 T1 T2d點(diǎn) b點(diǎn)面積差較大結(jié)論 串勵功率利用好 能充分發(fā)揮機(jī)車的功率 五 粘著重量的利用 防空轉(zhuǎn)性能 假設(shè)電動機(jī)工作在a點(diǎn) 速度為n偶然原因 n n 1并勵 特性硬 F1較大迅速恢復(fù)粘著 2串勵 特性軟 F2較小粘著不易恢復(fù)形成空轉(zhuǎn) 并勵電動機(jī)防空轉(zhuǎn)性能 1 最大粘著曲線2 滑動摩擦力曲線3 并勵電機(jī)機(jī)械特性 粘著條件破壞 1 1 2 2 牽引力 最大粘著限制 逐漸發(fā)生空轉(zhuǎn) v A滑動摩擦力 牽引力 停止空轉(zhuǎn) 假設(shè)電機(jī)原來工作在B點(diǎn)v0 串勵電動機(jī)防空轉(zhuǎn)性能 1 最大粘著曲線2 滑動摩擦力曲線4 5 串勵電機(jī)機(jī)械特性 粘著條件破壞 1 1 2 2 牽引力 最大粘著限制 逐漸發(fā)生空轉(zhuǎn) v A滑動摩擦力 牽引力 停止空轉(zhuǎn) 假設(shè)電機(jī)原來工作在B點(diǎn)v0 二 他勵牽引電動機(jī) 優(yōu)點(diǎn) 合適的調(diào)節(jié)特性優(yōu)良的防空轉(zhuǎn)特性充分發(fā)揮機(jī)車牽引力能實(shí)現(xiàn)無級磁場削弱便于牽引制動工況轉(zhuǎn)換 三 積復(fù)勵牽引電機(jī) 2 3直流電傳動機(jī)車的調(diào)速方法 調(diào)節(jié)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)主磁通 一 調(diào)節(jié)端電壓 改變牽引電機(jī)的連接方式牽引電動機(jī)與電阻串聯(lián)改變牽引變壓器的輸出電壓改變牽引發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和勵磁電流改變同步牽引發(fā)電機(jī)定子繞組接法 改變牽引電機(jī)的連接方式 優(yōu)點(diǎn) 能量損耗少比較經(jīng)濟(jì)缺點(diǎn) 調(diào)壓級數(shù)有限需要復(fù)雜的轉(zhuǎn)換開關(guān)和接觸器 牽引電動機(jī)與電阻串聯(lián) 優(yōu)點(diǎn) 控制簡單缺點(diǎn) 起動不平穩(wěn)粘著利用不好損耗大 改變牽引變壓器的輸出電壓 改變變壓器的匝數(shù) 改變變壓器輸出電壓 Ud 根據(jù)變壓器調(diào)壓抽頭的位置 高壓側(cè)調(diào)壓 低壓側(cè)調(diào)壓 SS2 SS1 改變牽引發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和勵磁電流 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 同軸的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 由于牽引發(fā)電機(jī)的勵磁機(jī)是由柴油機(jī)驅(qū)動的 勵磁機(jī)的轉(zhuǎn)速變化 電機(jī)電壓變化 改變同步牽引發(fā)電機(jī)定子繞組的接法 雙星形 T1T2T3T11T12T13 低速 AS1和AS2斷開并聯(lián) 高速 AS1和AS2閉和串聯(lián) 二 調(diào)節(jié)主極磁通 磁場分路法 主極繞組兩端并聯(lián)一級或數(shù)級分路電阻 從而減小勵磁電流和磁通 K1 K2斷開Id IL滿磁場K1閉和R1分流K2閉和R2分流K1 K2閉和R1 R2分流 磁場削弱系數(shù) 磁場削弱系數(shù) 在牽引電動機(jī)電樞電流相同的條件下 磁場削弱的磁勢 IW 與全磁場時(shí)的勵磁磁勢 IW d之比 假設(shè)主極繞組匝數(shù)為W電阻為RL分