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直流牽引電機調(diào)速范圍的改變

1受限制的磁阻電機運行限制在大型汽車的使用中,磁阻電機由于速度方便、性能可靠、堅固耐用等優(yōu)點,受到了廣泛的關(guān)注。但因磁阻電機低速運行時產(chǎn)生噪聲、脈動力矩等缺點使其應(yīng)用受到一定限制。所以在中大功率應(yīng)用范圍內(nèi),蓄電池機車的動力仍然普遍采用直流牽引電機。2平道和坡位的特性普通的直流牽引電機一般是按機車在平道或小坡度(3°以下)道路行駛條件下設(shè)計的,其實用的調(diào)速范圍一般為1:3左右。但如果要求機車既能在平道快速行駛,又能在大坡度(10~18°)時提供所需的大牽引力,就要求機車有1:6以上的調(diào)速范圍。如后來研制的某型膠套輪機車平道速度3m/s,大坡度18°時速度為0.5m/s。通過分析可知直接采用ZQ-30型直流牽引電機因其調(diào)速范圍有限,就不能滿足要求,只能采取其他辦法。為滿足機車調(diào)速要求,經(jīng)過研究,在不更換牽引電機的情況下,決定采用改變機車調(diào)速比即機械換擋的方法,這樣能夠較好地解決了這個問題。在平道上機車的減速器用高減速比,此時機車的調(diào)速范圍為1:3(速度范圍為0.5~1.5m/s);在大坡度10~18°時,減小機車減速器的減速比,讓它約為平道時的1/2,調(diào)速范圍仍為1:3。雖然此種控制方式在平道和坡道交替時需要換擋,但滿足了寬調(diào)速范圍和大牽引力的要求,機車的應(yīng)用范圍也得到了擴大。為了增大輪軌之間的摩擦系數(shù)以增大機車牽引力,機車采用膠套輪代替了鋼輪,在3°坡以上采用齒軌來增大爬坡能力。膠套輪和齒軌的機車特性如圖1所示。圖中分別繪出了機車在齒軌和膠套輪情況下的牽引特性、速度特性和電制動特性。對應(yīng)膠套輪的特性為平道和小坡度路況,對應(yīng)于齒軌為大坡度路況。事實上,在寬調(diào)速范圍和大牽引力的要求下,采用機械換擋不僅是機車外特性的要求,也是配套蓄電池放電特性的要求。因為牽引蓄電池的設(shè)計和牽引電機一樣都是為機車平道運行而設(shè)計的。在機車平道運行的情況下,兩者的特性是配套的,都能高效率地運行。而當(dāng)機車既要在平道高速行駛,又要在坡道時提供大牽引力時,蓄電池的放電特性就不能滿足要求,甚至壽命大幅度縮短。圖2為D-560KT型礦用蓄電池的放電特性。由圖2可見,蓄電池在放電時輸出的能量并不是一定的。相同的安時數(shù),在大放電電流時輸出的能量小,在小放電電流時輸出的能量要高得多。如放電特性圖中所示,在112A電流下,蓄電池可放電5h,提供的放電容量為560Ah;而在336A電流下放電,可放電1h,提供的放電容量為336Ah。蓄電池的這一特性對機車平道運行影響并不顯著。因為在平道運行時大電流出現(xiàn)的時間相對較少,只是在啟動、滿載或超載時出現(xiàn)。當(dāng)機車頻繁在平道和大坡度之間交替運行時,蓄電池的放電特性對機車運行就會產(chǎn)生較大影響。因為這種運行方式有時要求快速、小牽引力,有時又要求低速、大牽引力。所以此種運行方式不能發(fā)揮蓄電池的最高效率。解決這個問題的方法就是采用機械換擋。采用機械換擋可以在大坡度情況下使蓄電池的輸出電流減小,也就是說,在上述相同路況下,相同充滿電的蓄電池、相同負(fù)載,采用換擋傳動方式的機車比不換擋方式的機車運輸距離要長(長20%~30%)。反之,不換擋方式機車的蓄電池會因過大的放電電流而只提供較小的放電容量甚至于嚴(yán)重影響壽命。根據(jù)上述原則,蓄電池裝置的電壓等級的選擇也要盡量提高,即在相同運輸能力要求下,盡量選擇高電壓等級的蓄電池裝置,從而減小放電電流。這樣可以減小單體蓄電池的額定容量和蓄電池裝置的體積、重量,從而進(jìn)一步提高整機效率。3車載充放電機參數(shù)以下是在實際路況下,分別采用196V和252V2種不同電壓等級、蓄電池額定容量560Ah時設(shè)計的礦用蓄電池機車參數(shù)和計算數(shù)據(jù)。雖然兩者對應(yīng)的能量相當(dāng),但采用252V電源裝置的運輸能力比采用196V電源裝置的運輸能力高60%。這里,還沒有考慮大電流情況下線損引起的效率進(jìn)一步下降問題。3.1運行情況類型機車自重:15t,載重:18t,制動方式為電氣制動,蓄電池容量:560×250AhV,560Ah(5h放電率),直流牽引電機:2×30kW。機車牽引特性計算:(1)5°下坡,距離S=1000m時F=-W(-ηcosα+sinα)=8.5kN對應(yīng)速度為0.75m/s,電機制動電流為-48A,電源電流為10A,運行時間t=S/v=1333s,運行安時為3.7Ah,對應(yīng)安時為560Ah,安時百分比:3.7/560=0.0066。(2)5°上坡,距離S=1000m時F=W(ηcosα+sinα)=37.85kN(粘著系數(shù)η=0.03)對應(yīng)速度為0.83m/s,電機電流為102A,電源電流為102×2+10=214A,運行時間t=S/v=1205s,運行安時為71.6Ah,對應(yīng)安時為410Ah,安時百分比:71.6/410=0.175。(3)電池容量驗算運行間歇按15min計算,機車一趟運行時間為60min,用電量百分比:0.0066+0.175=0.182,考慮可靠系數(shù):1.3×0.1823≈0.2366≈24%,即從容量角度考慮,機車可運行4趟。3.2運行時間及安時配比機車自重為14t,其他參數(shù)不變,機車牽引特性計算:(1)5°下坡,S=1000m時F=-W(-ηcosα+sinα)=8.23kN對應(yīng)速度為0.75m/s,電機制動電流為-47A,電源電流為10A,運行時間t=S/v=1333s,運行安時為3.7Ah,對應(yīng)安時為560Ah,安時百分比:3.7/560=0.0066。(2)5°上坡,S=1000m時F=W(ηcosα+sinα)=36.7kN對應(yīng)速度為0.75m/s,電機電流為132A,電源電流:132×2+10=274A,運行時間t=S/v=1333s,運行安時為101.6Ah,對應(yīng)安時為360Ah,安時百分比:101.6/360=0.28。(3)電池容量驗算運行間歇按15min計算,機車一趟運行時間約60min,用電量百分比:0.0066+0.28≈0.29,考慮可靠系數(shù):1.3×0.29≈0.38≈38%,即從容量角度考慮,機車可運行2.5趟。4對于平道和小道的增加要及時提高蓄電池的電壓等級,綜上所述,在蓄電池機車配套直流牽引電機時,如果調(diào)速范圍及牽引力變化范圍較小(在1:3左右),那么從牽引電機到車輪之間的減速器可以用固定的減速比,而對機車的效率影響不大。這種情況對應(yīng)大多數(shù)平道和小坡道運行的機車。而對于既要求在平道上快速行駛又要求在大坡度時提供大牽引力的機車,一方面

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