模塊1 交-直流電力傳動(dòng)系統(tǒng)《列車電力傳動(dòng)與控制》教學(xué)課件

《列車電力傳動(dòng)與控制》?精品課件合集第X章XXXX模塊1

交-直流電力傳動(dòng)系統(tǒng)第1章交-直流電力傳動(dòng)系統(tǒng)

1.1電力傳動(dòng)系統(tǒng)的組成

1.2交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU速度調(diào)節(jié)

1.3交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU的調(diào)壓方式

1.4電力機(jī)車/EMU的起動(dòng)與動(dòng)力制動(dòng)

1.5

相控調(diào)壓電力機(jī)車功率因數(shù)的改善2024/8/224

交-直流傳動(dòng)系統(tǒng)是指機(jī)車或動(dòng)車組采用交流電源供電經(jīng)變流器變換為直流電，供給直流牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)車或動(dòng)車組運(yùn)行的傳動(dòng)系統(tǒng)，是直流傳動(dòng)系統(tǒng)的主要傳動(dòng)方式。由于交流電源供給方式不同，有外接電源與自備電源之別，相應(yīng)的牽引動(dòng)力裝置有電力機(jī)車與內(nèi)燃機(jī)車之區(qū)別。在直流傳動(dòng)系統(tǒng)中，電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車經(jīng)歷了直-直流傳動(dòng)、交-直流傳動(dòng)兩個(gè)階段。直-直流傳動(dòng)機(jī)車因技術(shù)原因已被淘汰，交-直流傳動(dòng)機(jī)車/動(dòng)車組技術(shù)成熟、性能可靠，保有量很大，仍在許多國家、地區(qū)作為主型機(jī)車?yán)^續(xù)服役。對(duì)于直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU，沒有經(jīng)過直-直流傳動(dòng)階段，只經(jīng)歷了交-直流傳動(dòng)階段。由于采用整流調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)、形式不同，先后經(jīng)歷了調(diào)壓開關(guān)與二極管組合的有級(jí)調(diào)壓、2024/8/225調(diào)壓開關(guān)與晶閘管結(jié)合的級(jí)間平滑調(diào)壓和相控?zé)o級(jí)調(diào)壓。調(diào)壓開關(guān)與二極管組合的有級(jí)調(diào)壓方式，由于調(diào)壓開關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸出電壓不連續(xù)等原因，早已被淘汰。調(diào)壓開關(guān)與晶閘管結(jié)合的級(jí)間平滑調(diào)壓是介于有級(jí)調(diào)壓與無級(jí)調(diào)壓方式之間的一種過渡調(diào)壓方式，應(yīng)用較少，國產(chǎn)電力機(jī)車中只有SS3型電力機(jī)車采用此電路。晶閘管相控平滑調(diào)壓作為交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU的主要調(diào)壓方式，技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠,仍有大量的相控電力機(jī)車/EMU在應(yīng)用。國產(chǎn)電力機(jī)車SS3B~SS9G

，日本新干線100、200、400系動(dòng)車組均為相控調(diào)壓?？v觀電力牽引控制技術(shù)的發(fā)展歷程，它隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制理論的發(fā)展而發(fā)展。西方發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)90年代已經(jīng)停止了直流傳動(dòng)機(jī)車的制造，全面進(jìn)2024/8/226入交流傳動(dòng)時(shí)代，新造機(jī)車/動(dòng)車組全部采用交流傳動(dòng)系統(tǒng),其交流傳動(dòng)機(jī)車、動(dòng)車組的應(yīng)用已很成熟。我國目前在線運(yùn)用的機(jī)車絕大多數(shù)屬于交-直流傳動(dòng)機(jī)車。交流傳動(dòng)機(jī)車、動(dòng)車組在我國還處于起步發(fā)展階段。我國曾研發(fā)了個(gè)別車型的交流傳動(dòng)機(jī)車，但由于受關(guān)鍵技術(shù)、成本等因素制約，只在機(jī)車型譜里占了一個(gè)位置，沒有形成批量。當(dāng)前正在引進(jìn)的和諧系列機(jī)車、動(dòng)車組均采用交流傳動(dòng)系統(tǒng)，這將確定了我國牽引動(dòng)力的發(fā)展方向，必然是走交流傳動(dòng)之路。直流電力傳動(dòng)技術(shù)(機(jī)車)的發(fā)展概略為：2024/8/227本章主要介紹電力機(jī)車、EMU的直流傳動(dòng)系統(tǒng)，圍繞基本組成、牽引與制動(dòng)等主要方面，進(jìn)行系統(tǒng)分析。1.1電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的組成電力牽引系統(tǒng)是由牽引供電部分和牽引動(dòng)力裝置兩大部分組成，包括從牽引變電所到列車受電弓在內(nèi)的供電部分和牽引動(dòng)力裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)。牽引動(dòng)力裝置主要指電力機(jī)車、電動(dòng)車組（EMU）。電力牽引系統(tǒng)組成如圖1-1所示。一般習(xí)慣上以車載受電弓為分界點(diǎn)，受電弓以上為供電部分，包括接觸網(wǎng)線、牽引變電所等；受電弓及以下為牽引動(dòng)力裝置部分。這里只討論牽引動(dòng)力裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)，即從受電弓、高壓電器、牽引變壓器、牽引變流器到牽引電動(dòng)機(jī)的主電路部分。交-直流傳動(dòng)的電力機(jī)車及EMU的工作原理如圖1-2所示。牽引變電所將來自于國家電網(wǎng)的高壓三相交流電，經(jīng)變壓器降壓變換成25kV，并以單相形式供給接觸網(wǎng)。通過受電弓等高壓電器，將接觸網(wǎng)上25kV/50Hz單相交流電導(dǎo)入機(jī)車內(nèi)牽引變壓器一次繞組，電流流過一次側(cè)繞組，經(jīng)車體接地裝置與鋼軌、回流線聯(lián)結(jié)，與牽引變電所形成高壓供電回路。同時(shí)經(jīng)牽引變壓器的降壓作用，在二次側(cè)繞組上產(chǎn)生牽引及輔助系統(tǒng)所需交流電壓，向牽引整流器供電，通過整流器將單相交流電變換為直流（脈流），為直流牽引電動(dòng)機(jī)提供電能。直流牽引電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)，在輪軌間產(chǎn)生牽引力，驅(qū)動(dòng)機(jī)車運(yùn)行。電力機(jī)車/EMU的電力傳動(dòng)系統(tǒng)電氣線路按其作用，可分為主電路、控制電路和輔助電路三大部分。主電路是由受電弓、主斷路器、高壓電流互感器、主變壓器、牽引變流裝置、牽引電動(dòng)機(jī)、平波電抗器、制動(dòng)電阻及其相聯(lián)接的電氣設(shè)備組成，是機(jī)車產(chǎn)生牽引力和制動(dòng)力的主體電路，它應(yīng)滿足機(jī)車起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)三個(gè)基本工作狀態(tài)的要求。輔助電路主要由提供三相交流電的劈相裝置和各種輔助機(jī)械拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)等組成。劈相裝置將單相交流電變換為三相交流電，供給各輔助機(jī)械拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)。它是保證主電路發(fā)揮功率和實(shí)現(xiàn)牽引性能所必需的電路?？刂齐娐肪褪菆?zhí)行司機(jī)的控制命令或意圖，完成對(duì)主電路、輔助電路的間接控制的低壓電路。它由各種主令電器及控制模塊組成。起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)是列車運(yùn)行的基本規(guī)律，它們是通過電力機(jī)車/EMU主電路、控制電路和輔助電路共同作用實(shí)現(xiàn)的。為了充分發(fā)揮機(jī)車/EMU的功率，實(shí)現(xiàn)多拉快跑，就要求機(jī)車/EMU不僅能在不同的線路和載荷條件下改變牽引力，而且還要求在相同的牽引力下得到不同的速度。由此可見，電力機(jī)車/EMU主電路必須保證牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都可作獨(dú)立的調(diào)節(jié)，而且要有寬廣的調(diào)節(jié)范圍。

起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)是列車運(yùn)行的基本規(guī)律，它與主電路結(jié)構(gòu)、牽引電動(dòng)機(jī)的配置與供電方式、調(diào)速方式、動(dòng)力制動(dòng)方式都有著密切關(guān)系。2024/8/22131.2交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU速度調(diào)節(jié)

電力機(jī)車/EMU主電路是高電壓、大電流的大功率動(dòng)力回路。通過主電路的功率傳遞，將變電所的電能轉(zhuǎn)變成適用于列車牽引所需要的牽引力。由于主電路的結(jié)構(gòu)不同、調(diào)壓方式不同，會(huì)在很大程度上決定著機(jī)車/EMU的基本性能。電力機(jī)車/EMU性能的好壞，技術(shù)上的難易程度，投資的多少，以及它運(yùn)行費(fèi)用的高低和可靠性等重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，均與主電路的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU速度的調(diào)節(jié)，是通過對(duì)直流(脈流)牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的，因此，電力機(jī)車/EMU的調(diào)速問題歸根到底就是對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)如何調(diào)速的問題。2024/8/2214機(jī)車調(diào)速是指人為地改變牽引電動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)使其轉(zhuǎn)速發(fā)生改變的運(yùn)行過程，它有別于外部擾動(dòng)（電壓變化、線路基本狀態(tài)變化等）引起地轉(zhuǎn)速變化。機(jī)車對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的基本要求：調(diào)速平滑且牽引力連續(xù)變化，盡量減小沖擊；調(diào)速范圍要能夠滿足牽引要求，盡可能大一些；調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)要高，調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行要求可靠。2024/8/22151.2.1直流牽引電動(dòng)機(jī)的工作特性為了便于進(jìn)行調(diào)速分析，在此將直流牽引電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式及工作特性作一簡單回顧。

1.直流牽引電機(jī)的勵(lì)磁方式直流牽引電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上與普通直流電動(dòng)機(jī)基本相同。直流電機(jī)的性能取決于勵(lì)磁繞組的供電方式即勵(lì)磁方式，不同勵(lì)磁方式的電機(jī)，性能差異很大。按勵(lì)磁方式的不同可分為：他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)。他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)都可用以直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)于直流發(fā)電機(jī)只能采用他勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)，不允許采用串勵(lì)方式。直流牽引電動(dòng)機(jī)一般采用串勵(lì)方式，只有個(gè)別系統(tǒng)中采用串勵(lì)為主的他復(fù)勵(lì)方式。(1)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)是一種勵(lì)磁繞組C1-C2與電樞繞組S1-H2無電路聯(lián)接關(guān)系，由其它直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電動(dòng)機(jī)，如圖1-3a所示。勵(lì)磁繞組又稱他勵(lì)繞組，其主磁場(chǎng)與電樞電流無關(guān)，勵(lì)磁電流僅取決于他勵(lì)電源的電動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁電路的總電阻，而不受電樞端電壓的影響。永磁直流電機(jī)也可看作是他勵(lì)直流電機(jī)。

(2)直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組C1-C2與電樞繞組S1-H2相并聯(lián)，勵(lì)磁電壓始終等于電樞電壓，Uf

=Ua、If+Ia=I,如圖1-3b所示。

(3)直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖1—3c所示。它的勵(lì)磁電流就是電樞電流，即。勵(lì)磁繞組又稱串勵(lì)繞組。串勵(lì)繞組電流較大，因此要求串勵(lì)繞組應(yīng)具有較小的電阻。為此，所用導(dǎo)線要求粗且匝數(shù)較小，但由于流過的電流較大，故磁極仍能產(chǎn)生較大的磁通。

(4)他復(fù)勵(lì)直流電機(jī)這種電機(jī)的主磁極上有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)同電樞繞組串聯(lián)（稱為串勵(lì)繞組C1-C2），另一個(gè)同電樞繞組無連接關(guān)系(稱為他勵(lì)繞組C3-C4)，如圖1—3d所示。他復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性總是介于串勵(lì)、他勵(lì)電機(jī)特性之間。作為牽引電動(dòng)機(jī)主要以串勵(lì)成分為主，它保持了串勵(lì)和他勵(lì)方式的優(yōu)點(diǎn)，克服了缺點(diǎn)與不足，可以靈活地獲得優(yōu)異的工作特性。牽引電機(jī)根據(jù)列車的運(yùn)行狀態(tài)(即牽引與制動(dòng)狀態(tài))，工作在電動(dòng)機(jī)工況和發(fā)電機(jī)工況。電動(dòng)機(jī)工況采用串勵(lì)方式，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，為列車產(chǎn)生牽引動(dòng)力；發(fā)電機(jī)工況采用他勵(lì)方式，將吸收列車慣性能量，將其轉(zhuǎn)化為電能，對(duì)列車產(chǎn)生制動(dòng)力。2024/8/2219

2.直流牽引電動(dòng)機(jī)的工作特性工作特性是指當(dāng)電源電壓及勵(lì)磁電流不作人為調(diào)節(jié)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩隨電樞電流的變化關(guān)系。

(1)速率特性

由公式及可得出：對(duì)于他勵(lì)（并勵(lì)）電動(dòng)機(jī)，若不計(jì)電樞反應(yīng)影響，則有：式中,為理想空載轉(zhuǎn)速；為特性曲線的斜率。

顯然，他勵(lì)(并勵(lì))電動(dòng)機(jī)其速率特性是一條斜率為的直線，斜率的大小取決于電樞回路的總電阻值。2024/8/2220

對(duì)于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，由于，即氣隙主磁通隨電樞電流而變化。若不考慮磁路飽和的影響，式中——電樞回路總電阻，，其中串勵(lì)繞組的電阻。由此可看出，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的速率特性是一條等邊雙曲線——軟特性。當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，其轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的增加而迅速下降。當(dāng)負(fù)載很小時(shí)，主磁通亦很小,使其轉(zhuǎn)速極(1--1)2024/8/2221高,將產(chǎn)生“飛車”現(xiàn)象，后果十分危險(xiǎn)。因此,串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行和輕載運(yùn)行。在選擇傳動(dòng)方式時(shí)不允許采用皮帶傳動(dòng)或鏈條傳動(dòng)等間歇傳動(dòng)方式。

(2)轉(zhuǎn)矩特性

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)若不考慮磁路飽和的影響，，則有即轉(zhuǎn)矩特性是一條關(guān)于電樞電流的二次方函數(shù)。當(dāng)磁路完全飽和以后，。此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。所以，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流之間的關(guān)系總是大于一次方而小于二次方，即。也就是說，在相同條件下，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、過載能力都大于其它電動(dòng)機(jī)。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性如圖1—4所示。

(3)機(jī)械特性

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指時(shí)，。從電動(dòng)機(jī)的電壓方程可知：2024/8/2223式中（不考慮磁路的飽和）。于是電磁轉(zhuǎn)矩表示為由此可解出

(1--2)2024/8/2224

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也是一條軟特性，隨著電磁轉(zhuǎn)矩的增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，即。1.2.2牽引電動(dòng)機(jī)特性分析串勵(lì)電動(dòng)機(jī)由于具有“軟特性”，因此與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相比，在相同的負(fù)載變化時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)可有更大的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩變化。在內(nèi)燃機(jī)車電力傳動(dòng)裝置中，牽引電動(dòng)機(jī)由恒功率電源供電，可使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)在電源電壓較小變化時(shí)具有較大的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩變化，故調(diào)速容易，調(diào)速范圍廣，可見串勵(lì)電動(dòng)機(jī)更適合機(jī)車牽引。在電傳動(dòng)機(jī)車上，一般總有幾臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)同時(shí)并聯(lián)運(yùn)行，由于電動(dòng)機(jī)的特性不可能完全一致，或者電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)輪直徑不完全相等，因此，這些都將使各電動(dòng)機(jī)之間的負(fù)載分配不均勻。當(dāng)兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，由于性能的差異2024/8/2226而導(dǎo)致負(fù)載電流分配出現(xiàn)不均勻，此時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)之間的負(fù)載分配關(guān)系如圖1—6所示。對(duì)于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言，由于具有軟特性，這種負(fù)載分配的不均勻性遠(yuǎn)較他勵(lì)電動(dòng)機(jī)小得多，可防止個(gè)別電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)發(fā)生嚴(yán)重過載現(xiàn)象。在牽引電動(dòng)機(jī)獨(dú)立傳動(dòng)的情況下，當(dāng)機(jī)車起動(dòng)或爬坡時(shí)，經(jīng)常發(fā)生動(dòng)輪和鋼軌之間因粘著條件的破壞而使動(dòng)輪空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，在這種情況下，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的軟特性不利于粘著條件的恢復(fù)。而他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的硬特性卻有利于防止動(dòng)輪空轉(zhuǎn)，因?yàn)樵诔霈F(xiàn)空轉(zhuǎn)時(shí)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞電流和轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的微小增加而急劇下降，促使粘著條件的迅速恢復(fù)。串、并勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)的防空轉(zhuǎn)能力比較如圖1—7所示。1.2.3直流牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式根據(jù)直流牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式

可知，直流牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可通過改變電樞兩端電壓和減小磁通來實(shí)現(xiàn)，即改變電樞電壓調(diào)速和弱磁調(diào)速。

1.改變電樞電壓調(diào)速由式(1-1)可知：當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，若忽略電樞回路的電阻壓降，可認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電樞端電壓成正比，提高電樞端電壓將提高轉(zhuǎn)速。電樞端電壓的提高是以額定電壓為限值，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為調(diào)節(jié)電壓所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速，即改變電樞端電壓調(diào)速是以額定電壓對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。2024/8/2229調(diào)速時(shí)直流牽引電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)牽引電動(dòng)機(jī)在電樞端電壓U1、電樞電流Ia1下，以轉(zhuǎn)速n1在a點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，若提高電壓至U2，原有的平衡狀態(tài)被破壞，由于機(jī)械慣性很大，在電壓發(fā)生突變的瞬間，轉(zhuǎn)速來不及變化，電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)Ea也將保持不變，而電樞電流Ia必將突然增大到Ia2，電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)由a點(diǎn)跳變到電壓U2對(duì)應(yīng)的速率特性曲線上的b點(diǎn)，如圖1-8所示。在b點(diǎn)，Ia2>>Ia1，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，根據(jù)牛頓定律，電動(dòng)機(jī)將以很高的加速度加速運(yùn)行，轉(zhuǎn)速沿著電壓U2對(duì)應(yīng)的速率特性曲線上升。若負(fù)載未變?nèi)詾镮a1，隨著轉(zhuǎn)速的上升，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩逐漸減小，加速度減小，直到加速度變?yōu)榱銜r(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到了n2，電樞電流再次恢復(fù)到了Ia1，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，電動(dòng)機(jī)將在c點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，此時(shí)轉(zhuǎn)速因電壓提高而升高到了n2。改變電壓調(diào)速時(shí)的速率特性如圖1-8所示。2024/8/2231

2.弱磁調(diào)速

對(duì)于機(jī)車/動(dòng)車組而言，只有當(dāng)調(diào)壓資源用盡后才開始實(shí)施磁場(chǎng)削弱調(diào)速，即進(jìn)行磁場(chǎng)削弱調(diào)速時(shí)，電源電壓達(dá)到最大值且保持不變。若不考慮電樞回路的電阻壓降，則有

即磁削后電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)速與磁通基本成反比關(guān)系。削磁后的轉(zhuǎn)速都高于額定磁場(chǎng)時(shí)的轉(zhuǎn)速，削磁后的人為特性總是處于固有特性（額定磁通之特性）的上方。在負(fù)載一定時(shí)進(jìn)行磁削，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩保持不變，即(1--3)2024/8/2232

也就是說，磁削前后電動(dòng)機(jī)的電樞電流與磁通成反比關(guān)系。磁削后電樞電流將會(huì)增大，轉(zhuǎn)速升高，這對(duì)電動(dòng)機(jī)換向帶來困難。通過對(duì)串勵(lì)繞組電流進(jìn)行分流，可實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)削弱。一般采用在串勵(lì)繞組兩端并聯(lián)分流電阻或接入可控元件的方法實(shí)現(xiàn)，電路如圖1—10所示。若在串勵(lì)繞組兩端并聯(lián)固定阻值的分流電阻，其磁通不能連續(xù)變化，只能是有級(jí)變化，這種磁削方法稱為電阻有級(jí)磁削。(1--4)2024/8/2235若在串勵(lì)繞組兩端并聯(lián)可控元件，通過改變其導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)所通過的電流，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁電流的連續(xù)調(diào)節(jié)，達(dá)到無級(jí)削磁的目的。此方法只適合于電力機(jī)車/EMU。

磁場(chǎng)削弱程度用磁削系數(shù)來表示：(1)并聯(lián)電阻分流磁削即磁削系數(shù)值取決于勵(lì)磁繞組與分流電阻的阻值大小。(1--5)2024/8/2236

為了減小磁削后由于電樞電流增大而產(chǎn)生的沖擊，磁削電阻一般都是采取分級(jí)并入的方法。磁削深度一定時(shí)，磁削電阻的并入級(jí)數(shù)越多，產(chǎn)生的沖擊電流越小，電動(dòng)機(jī)調(diào)速越平滑，但所需的電磁開關(guān)器件的數(shù)量相應(yīng)增加很多，不僅增加了設(shè)備成本，而且使得電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，影響電路的可靠性。故一般磁削電阻并聯(lián)的級(jí)數(shù)以2--3級(jí)為宜。

(2)可控元件分流磁削在勵(lì)磁繞組兩端并聯(lián)可控元件，調(diào)節(jié)可控元件的控制角就可以連續(xù)改變勵(lì)磁電流的大小，實(shí)現(xiàn)無級(jí)磁場(chǎng)削弱。可控元件一般采用晶閘管，依靠電源電壓過零點(diǎn)時(shí)自然換向，要求主整流器半控橋必須工作在全開放狀態(tài)。2024/8/2237

無論采用何種磁削方式，對(duì)磁削深度必需要加以控制。在保證牽引電動(dòng)機(jī)可靠換向的前提下，盡可能采用較深的磁削深度，以提高牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍，一般。采用磁場(chǎng)削弱的方法調(diào)速，調(diào)速范圍較大，調(diào)速在勵(lì)磁回路進(jìn)行，附加能耗較小，調(diào)速前后電動(dòng)機(jī)的效率變化不大，是一種經(jīng)濟(jì)的調(diào)速方法。它的缺點(diǎn)主要是使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)換向條件惡化，磁削較深時(shí)容易發(fā)生環(huán)火。因此，必須要限制磁削的深度。機(jī)車在平直線路上實(shí)施磁削可提高運(yùn)行速度，在上坡線路上進(jìn)行磁削可實(shí)現(xiàn)恒速運(yùn)行。2024/8/22381.3交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU的調(diào)壓方式電力機(jī)車在世界各國基本上都采用單相交流供電，我國采用25kV、50Hz的單相交流電源供電。交直流傳動(dòng)電力機(jī)車的調(diào)壓方式取決于整流電路和主變壓器二次繞組的結(jié)構(gòu)。分析調(diào)壓方式就是分析整流電路，整流電路可分為單相不可控整流電路和單相可控整流電路兩種，對(duì)應(yīng)的調(diào)壓方式可分為有級(jí)調(diào)壓和無級(jí)調(diào)壓兩大類。采用單相不可控整流電路（單拍全波整流）的電力機(jī)車已基本上退役。目前正在服役的交直流傳動(dòng)電力機(jī)車，整流電路均采用單相可控整流電路，調(diào)壓方式為相控?zé)o級(jí)調(diào)壓。2024/8/2239

一、單相不可控整流電路電力機(jī)車采用調(diào)壓開關(guān)和二極管組合的單相不可控整流電路結(jié)構(gòu)，完成對(duì)輸出電壓的有級(jí)調(diào)節(jié)。單相不可控整流電路分為中抽式和橋式整流兩種。

1.中抽式不可控整流電路中抽式整流電路中，主變壓器二次側(cè)繞組在電源正負(fù)半波交替工作，整流器也是正負(fù)半波輪流工作。在一個(gè)周期中，正負(fù)半波整流器各工作一次，工作方式稱為單拍全波整流。其輸入電壓、輸出電壓（整流電壓平均值或理想空載直流電壓）可表示為：2024/8/2241整流元件承受的反向電壓為2倍的二次繞組電壓，即此整流電路的功率因數(shù)(PF反映了用電設(shè)備從電源取用有功功率的效率)(1--7)(1--6)2024/8/2242式中----基波電流的有效值；----電流有效值；

----基波電壓與基波電流之間的相位系數(shù)，用表示；----電流畸變系數(shù)，表示電流波形中含有高次諧波的程度。也可用諧波系數(shù)表示為：(1--8)2024/8/2243

通過對(duì)整流電路工作過程的分析，接觸網(wǎng)（變壓器一次繞組）中流過的電流中除基波外還存在著高次諧波，其波形為非正弦波的方波，交流電壓的波形基本為正弦波。但變壓器一次繞組中流過的方波電流與接觸網(wǎng)電壓之間的相位相同，即。將變壓器一次繞組中流過的方波電流進(jìn)行分解，可計(jì)算出電流波形的畸變系數(shù)，即(1--9)2024/8/2244即中抽式單相不可控整流電路的功率因數(shù)達(dá)到0.9。電網(wǎng)電流中只有基波電流產(chǎn)生有功功率，諧波電流只是在消耗電網(wǎng)無功功率，使得功率因數(shù)總小于1。中抽式不可控整流電路的特點(diǎn)：

功率因數(shù)高達(dá)0.9（在整流電路中功率因數(shù)最高）；基波相位系數(shù)，變壓器一次側(cè)方波電流與一次側(cè)電壓同相位。

2.橋式不可控整流電路單相橋式不可控整流電路從輸出關(guān)系上看，屬于雙拍全波整流。變壓器二次側(cè)電流與電壓分布情況與中抽式不可控整流電路相同，二次繞組中交替流過整流電流，二次側(cè)電壓、直流輸出電壓表示為整流元件承受的反向電壓。

功率因數(shù)與中抽式電路相同，即(、)2024/8/2246

3.整流電壓、電流的脈動(dòng)情況單相整流由于在一個(gè)周期中最多只有兩個(gè)脈波，因此電壓波動(dòng)較大，這必將引起電流的脈動(dòng)。電流的脈動(dòng)與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。整流電壓、電流的脈動(dòng)情況用脈動(dòng)系數(shù)來表示。整流電壓脈動(dòng)系數(shù)整流電流脈動(dòng)系數(shù)其中，、、分別為電流的最大值、最小值和平均值。(1--10)對(duì)于純電阻負(fù)載，。對(duì)于電力機(jī)車，整流電路的負(fù)載為反電勢(shì)負(fù)載，若不串入平波電抗器，整流電流的脈動(dòng)要比電阻性負(fù)載大一些。電流的脈動(dòng)不利于牽引電動(dòng)機(jī)換向。因此，在電樞回路串入平波電抗器是減小電流脈動(dòng)的有效措施。當(dāng)電樞回路中串入平波電抗器后，若電流發(fā)生變化時(shí)，平波電抗器產(chǎn)生自感電勢(shì)將阻止電流的變化，可減小電流的(1--11)

工程設(shè)計(jì)中2024/8/2248脈動(dòng)。從電流脈動(dòng)系數(shù)表達(dá)式可看出,電流的脈動(dòng)與整流器輸出電壓、電流的比值(相當(dāng)于整流器的等效輸出阻抗）成正比，與回路的電感量的大小成反比關(guān)系。對(duì)于電力機(jī)車脈流牽引電動(dòng)機(jī)要求,而,只要，就可保證。也就是說，負(fù)載電流與平波電抗器電感之間按照反比關(guān)系變化，就可基本滿足牽引電動(dòng)機(jī)的換向穩(wěn)定性要求。電力機(jī)車/EMU要求2024/8/22491.3.2

單相可控整流電路單相可控整流電路分半控式與全控式兩種。全控式又分為中抽式、橋式。從變壓器的利用率來看，橋式整流電路要優(yōu)于中抽式。相控調(diào)壓的交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU都采用可控式整流電路，半控式和全控式都有使用。半控式整流調(diào)壓的電力機(jī)車/EMU只能進(jìn)行電阻制動(dòng)，全控式調(diào)壓的電力機(jī)車可以進(jìn)行再生制動(dòng)。從我國現(xiàn)服役的電力機(jī)車來看，在數(shù)量上采用半控式整流電路的機(jī)車較多，全控式整流電路機(jī)車相對(duì)要少一點(diǎn)。1.全控橋式整流電路全控橋式整流電路如圖1—14所示。組成一對(duì)橋臂，組成另一對(duì)橋臂。2024/8/2251

在的正半周，在控制角處給施加觸發(fā)脈沖使其開通，。負(fù)載中由于電感的存在使得負(fù)載電流不能突變，電感對(duì)負(fù)載電流起到平波作用。假設(shè)負(fù)載電感足夠大，負(fù)載電流將連續(xù)且波形近似為一水平線。在過零進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，由于電感的作用中仍有電流流過，并不能關(guān)斷，一直要延續(xù)到時(shí)刻，給施加觸發(fā)脈沖后，因已承受正向電壓而開始導(dǎo)通。

導(dǎo)通后，通過分別向施加反向電壓迫使關(guān)斷，流過的電流訊速轉(zhuǎn)移到2024/8/2252相當(dāng)于不可控；整流波形中正負(fù)兩部分面積相等，故其平均值為零。上，此過程稱為換流（換相）。下一周期重復(fù)上述過程，如此循環(huán)下去。輸出電壓的平均值為(1--12)2024/8/2253所以，橋式全控整流電路的移相范圍為當(dāng)，進(jìn)入逆變狀態(tài)。由于在電樞回路中存在著很大的電感，故整流電流的波形基本為一直線，變壓器繞組中流過的電流為正負(fù)各180°的矩形波,其相位由角決定,有效值?？煽卦惺艿淖畲笳聪螂妷壕鶠椤？煽卦膶?dǎo)通角與控制角無關(guān)，均為180°，即每次導(dǎo)通180°。功率因數(shù)：2024/8/2254

Note：

a．，功率因數(shù)隨著輸出電壓的增大而增大，即控制角越小，功率因數(shù)越大。當(dāng),功率因數(shù)達(dá)到最大值0.9，與不可控整流電路相等，這是全控整流電路最大的不足。2024/8/2255

b.變壓器一次側(cè)電流的基波分量與一次側(cè)電壓之間的相位差角就是可控元件的觸發(fā)角，即，滯后于。

全控整流電路的特點(diǎn)：根據(jù)控制角的大小可以方便地在整流與逆變狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，可以進(jìn)行再生制動(dòng)，不需要進(jìn)行電路的切換。功率因數(shù)與輸出電壓成正比?？煽卦看螌?dǎo)通180°，導(dǎo)通角與控制角無關(guān)。變壓器二次電流的波形為的矩形波，其相位由決定。

2.單相橋式半控整流電路為了改善功率因數(shù)，在不需要再生制動(dòng)的電力機(jī)車上采用單相橋式半控整流電路。電路結(jié)構(gòu)如圖1—16所示。2024/8/2258

電路工作過程分析：在的正半波，在處施加觸發(fā)脈沖，導(dǎo)通，橋臂開始工作，向負(fù)載回路供電，。負(fù)載回路中由于電感的存在使得負(fù)載電流不能突變，電感對(duì)負(fù)載電流起到平波作用。假設(shè)負(fù)載回路電感足夠大，負(fù)載電流將連續(xù)且波形近似為一水平線。在過零進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，繼續(xù)導(dǎo)通，因點(diǎn)電位已低于點(diǎn)電位，導(dǎo)通，關(guān)斷，電流不再經(jīng)過變壓器二次繞組，而是由和進(jìn)行續(xù)流，此時(shí)，若不考慮器件的通態(tài)壓降，則，。

2024/8/2259在負(fù)半波觸發(fā)脈沖到來時(shí)刻，被觸發(fā)導(dǎo)通，同時(shí)向加反向電壓將其關(guān)斷，經(jīng)向負(fù)載回路供電。在過零變正進(jìn)入正半周時(shí)，導(dǎo)通,關(guān)斷，由和進(jìn)行續(xù)流，輸出電壓變?yōu)榱?，即。以后重?fù)以上過程。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)：可控元件與二極管在一個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)通角大小不一致，可控元件的導(dǎo)通角為，二極管導(dǎo)通角為。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在額定電流的選擇上予以考慮。2024/8/2260

輸出電壓：(1--13)

功率因數(shù)：半控橋式整流電路的功率因數(shù)計(jì)算過程很復(fù)雜，在此不再贅述，只給出表達(dá)式供參考。其功率因數(shù)是介于不可控橋式和全控橋式整流電路之間，即圖1—18不同整流電路的功率因數(shù)2024/8/22623.全控與半控整流電路在功率因數(shù)方面的差異分析全控式整流電路在這一段時(shí)期內(nèi)，網(wǎng)壓與電流極性是相反的，表明電源不向負(fù)載傳遞功率，而是負(fù)載在向電源反饋功率，這是全控式整流電路功率因數(shù)低的主要原因。半控式整流電路則不同，在此期間內(nèi)，由于負(fù)載電流經(jīng)二極管續(xù)流，變壓器繞組中沒有電流流過，電源不提供功率給負(fù)載，負(fù)載也不向電源反饋功率，相當(dāng)于變壓器在此期間不工作，電源與負(fù)載之間沒有往復(fù)傳遞功率的現(xiàn)象，所以其功率因數(shù)較高。2024/8/22631.3.3

電力機(jī)車/EMU相控調(diào)壓方式選擇在交直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU中，相控調(diào)壓方式不同，將使變壓器繞組結(jié)構(gòu)和整流電路模式都有很大差別，這些直接影響機(jī)車性能和機(jī)車成本。采用何種調(diào)壓方式，要與機(jī)車的用途、使用范圍、使用條件等因素綜合考慮，力求機(jī)車具有較高的性價(jià)比。根據(jù)對(duì)各種整流電路性能的分析，現(xiàn)將各種調(diào)壓方式的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用范圍作一匯總，供選擇使用。橋式整流電路對(duì)變壓器的利用率要比中抽式高，一般都采用橋式整流電路。若需要進(jìn)行再生制動(dòng)，整流電路必須采用全控式，能2024/8/2264夠在四象限運(yùn)行。工作在整流狀態(tài)，工作在逆變(再生)狀態(tài)。若需要電阻制動(dòng)，整流電路可選用半控橋式，電路結(jié)構(gòu)簡單，功率因數(shù)較高，控制角。在相控電力機(jī)車中，采用全控式整流電路能夠進(jìn)行再生制動(dòng)，在某種意義上講節(jié)約能源，但工作在再生制動(dòng)時(shí)，由于功率因數(shù)很低，通常只有0.5—0.6左右，諧波成分增加，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，嚴(yán)重影響電網(wǎng)功率因數(shù)，需增加補(bǔ)償容量和補(bǔ)償設(shè)備，從經(jīng)濟(jì)角度看往往是不合算的。再生制動(dòng)的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜并且要求精度高，既使系統(tǒng)輸出電壓出現(xiàn)很小變化，也將使制動(dòng)電流/制動(dòng)力產(chǎn)生很大的波動(dòng)，系2024/8/2265統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。因此，在相控電力機(jī)車/EMU中較少采用再生制動(dòng)方式。絕大多數(shù)相控機(jī)車/EMU整流電路采用多段半控橋順序控制，既能提高功率因數(shù)，又能夠?qū)嵤╇娮柚苿?dòng)。相控電力機(jī)車的主要特點(diǎn)：主電路結(jié)構(gòu)較簡單，可以連續(xù)調(diào)節(jié)整流器可控元件的控制角，使輸出電壓平滑變化、機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)，但功率因數(shù)較低，一般只能達(dá)到0.82左右，諧波干擾電流較大。

相控式電力機(jī)車最大的缺陷是功率因數(shù)較低、諧波電流大。2024/8/22661.3.4

多段半控整流橋順序控制為了改善機(jī)車功率因數(shù)、降低諧波，在主電路結(jié)構(gòu)上可采用多段半控整流橋，這是晶閘管相控機(jī)車普遍采用的措施。半控整流橋段數(shù)越多相應(yīng)功率因數(shù)越高，但段數(shù)不宜過多，一般都不超過四段，若段數(shù)過多會(huì)使變壓器二次側(cè)繞組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抽頭數(shù)增加，同時(shí)也使整流電路元件增加及控制電路復(fù)雜化。我國干線相控電力機(jī)車最多采用了四段半控整流橋，大多數(shù)電力機(jī)車只采用三段不等分半控整流橋。在額定工況下，功率因數(shù)一般可達(dá)到0.80--0.84左右，實(shí)際等效干擾電流約為6A左右。2024/8/2267

1.二段半控橋變壓器二次側(cè)繞組由兩段完全對(duì)稱的繞組組成，各自接有半控橋式整流電路，兩個(gè)半控整流橋之間串聯(lián)，其中不可控橋臂之間形成續(xù)流通路，兩段半控橋采用順序控制。二段半控橋順控整流電路結(jié)構(gòu)與工作波形如圖1—17、18所示。

電路工作過程分析如下：在機(jī)車起動(dòng)時(shí)，第一段半控橋RM1投入工作，首先控制VT1、VT2,而VT3、VT4封閉，VD3、VD4提供續(xù)流通路。變壓器二次繞組a2x2中沒有電流流過，負(fù)載電流流過VD3、VD4和半控橋RM1，變壓器一次側(cè)繞組內(nèi)電流波形如圖1-18所示。當(dāng)VT1、VT2達(dá)到滿開放時(shí)，輸出電壓為額定輸出電壓的的一半，即。第二段半控橋RM2是在VT1、VT2達(dá)到滿開放以后，控制VT3、VT4，使變壓器二次繞組a2x2投入工作，此時(shí)電流和輸出電壓波形如圖1—18所示。當(dāng)VT3、VT4滿開放時(shí)，輸出電壓達(dá)到額定電壓，即。

二段半控橋的控制方法及輸出關(guān)系：第一段半控橋

（n為奇數(shù)）第二段半控橋電路特點(diǎn)：

功率因數(shù)要比一段半控橋高一些；變壓器一次側(cè)電流波形有所改善。6G型電力機(jī)車采用兩段半控橋順序控制。

SS5、8K、SS7/B/C型電力機(jī)車盡管采用了兩段橋順序控制電路，但只有一段橋?yàn)榘肟貥?，另一段橋采用全控橋。這類機(jī)車既利用了半控橋功率因數(shù)高之特點(diǎn)，又可以實(shí)施再生制動(dòng)，對(duì)改善機(jī)車牽引性能、節(jié)約能源有一定的益處。2024/8/2271

2.三段不等分繞組構(gòu)成的三段半控橋根據(jù)對(duì)二段半控橋的分析可以推斷，半控橋段數(shù)越多，功率因數(shù)越高。但由此引起主電路復(fù)雜、元件數(shù)量增加。為了用較少的繞組段數(shù)和元件，將變壓器二次側(cè)繞組設(shè)計(jì)為兩段完全對(duì)稱的繞組，將其中一段繞組設(shè)計(jì)為中抽式，這樣在二次側(cè)就可獲得三段不對(duì)稱繞組。各段繞組的匝數(shù)比為2：1：1(完整繞組：中抽繞組1：中抽繞組2)。將二次側(cè)兩段繞組其中一段繞組接成普通半控橋，另一段繞組接成中抽式半控橋，這樣就形成了一個(gè)四臂橋（大橋）和一個(gè)六臂橋（2個(gè)小橋），其輸出電壓比為2：1：1。各段半控整流橋的輸出電壓范圍為：2024/8/2274

不等分三段半控整流橋的工作過程：第I段橋：普通半控橋(大橋或四臂橋)首先工作，VT1、VT2觸發(fā)導(dǎo)通，進(jìn)行移相控制，直至其全開放，輸出電壓可由零均勻地調(diào)至額定輸出電壓的一半。此階段中抽式半控橋(六臂橋或小橋)始終被封鎖，由VD3、VD4提供續(xù)流通路。第Ⅱ段橋：維持普通半控橋VT1、VT2的全導(dǎo)通狀態(tài)，中抽式半控橋中第一小橋投入工作，另一小橋仍然被封鎖，觸發(fā)VT3、VT4使其導(dǎo)通，進(jìn)行移相控制，調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)VT3、VT4全開放時(shí)，輸出電壓達(dá)到額定輸出電壓的四分之三。第Ⅲ段橋：維持大橋、第一小橋處于滿開放狀態(tài)，第二小橋投入工作，觸發(fā)VT5、VT6導(dǎo)通，進(jìn)行移相控制。當(dāng)VT5、VT6全開放時(shí)，輸出電壓達(dá)到額定值。至此，升壓調(diào)節(jié)過程全部結(jié)束。降壓調(diào)節(jié)過程與升壓過程相反。三段不等分半控橋的控制方式及輸出關(guān)系：2024/8/2276

三段不等分半控橋相對(duì)于二段不等分半控橋而言，功率因數(shù)能夠提高一些，變壓器一次側(cè)電流波形的畸變相對(duì)有所減小。三段不等分半控橋控制方式簡單，工作可靠，成為相控電力機(jī)車/EMU主要的調(diào)壓模式。目前許多干線相控電力機(jī)車都采用此整流調(diào)壓方式，如SS3B、SS4G/B、SS6B、SS8、SS9/G、SS7D/E等電力機(jī)車。2024/8/2277

3.三段不等分繞組構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)四段半控橋變壓器二次側(cè)繞組結(jié)構(gòu)、整流電路的接線方式都與不等分三段橋的形式一樣，依然為三段不等分橋，即由普通半控橋和中抽式半控橋組成。只是在控制方式上作了改變，采用移相控制與開關(guān)控制相結(jié)合的組合控制方式，達(dá)到等分四段橋的效果。

控制過程是先對(duì)中抽式半控橋進(jìn)行移相順序控制，待其完全開放時(shí)，對(duì)普通半控橋進(jìn)行開關(guān)控制，使其完全開放，這時(shí)將中抽式半控橋承擔(dān)的輸出電壓（負(fù)載）全部轉(zhuǎn)移到普通半控橋上，同時(shí)封鎖中抽式半控橋，重新對(duì)中抽式半控橋進(jìn)行移相順序控制，直至中抽式半控橋再次全開放為止，此2024/8/2278此刻輸出電壓可達(dá)到額定電壓。調(diào)節(jié)控制過程分析如下：第Ⅰ段：觸發(fā)VT3、VT4，繞組a2b2投入工作，對(duì)VT3、VT4、VD3、VD4橋進(jìn)行移相控制，由VD1、VD2提供續(xù)流通路。整流輸出電壓為（0～1/4）Ud。第Ⅱ段：維持VT3、VT4全開放狀態(tài)，開始觸發(fā)VT5、VT6，使繞組b2-x2投入工作，進(jìn)行順序移相控制，VD1、VD2繼續(xù)提供續(xù)流通路。整流電壓為(1/4～1/2)Ud。當(dāng)VT5、VT6全開放時(shí)，整流電壓已達(dá)到額定值的一半。通過邏輯控制將中抽式繞組上(Ⅰ、Ⅱ段)上的負(fù)載全部轉(zhuǎn)移到普通半控橋上去，即應(yīng)將a2x2繞組上的負(fù)載轉(zhuǎn)移到a1x1繞2024/8/2280組。因?yàn)樗鼈兊脑褦?shù)完全相等，輸出電壓相同，只要控制合理，可以實(shí)現(xiàn)無電壓差、無電流沖擊的平滑轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移時(shí)刻一般選擇在電壓自然過零點(diǎn)處，在半控橋換向重疊角期間完成轉(zhuǎn)移，對(duì)VT3、VT4和VT5、VT6完成觸發(fā)脈沖封鎖，同時(shí)應(yīng)使VT1、VT2觸發(fā)完全開放導(dǎo)通。第Ⅲ段：保持VT1、VT2全開放狀態(tài)，再次對(duì)VT3、VT4施加觸發(fā)脈沖，使繞組a2b2再次投入工作，進(jìn)行移相控制，整流電壓達(dá)到（1/2～3/4）Ud。此段控制的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制與順序移相控制的協(xié)調(diào)配合，即封鎖VT5、VT6，全開放VT1、VT2，順序移相VT3、VT4。在轉(zhuǎn)換的瞬間，會(huì)產(chǎn)生開關(guān)式的跳躍，這由控制系統(tǒng)2024/8/2281的邏輯轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)來保證。第Ⅳ段：維持VT1、VT2和VT3、VT4的全開放狀態(tài)，觸發(fā)VT5、VT6，使繞組b2x2再次投入工作，繼續(xù)移相順序控制，整流電壓可達(dá)到（3/4～1）Ud。至此調(diào)節(jié)過程完成。由于充分利用了中抽式半控橋，使三段不等分半控橋獲得了四段等分橋的效果，增加了調(diào)壓段數(shù)，節(jié)省了元器件及繞組段數(shù)，降低了電路成本，故稱之為四段經(jīng)濟(jì)橋。在此電路中，各段整流橋分工明確，中抽式半控橋承擔(dān)電壓調(diào)節(jié)功能，稱為移相橋。普通半控橋只起到儲(chǔ)存電壓的功能，稱之為開關(guān)橋。此電路的功率因數(shù)略高于三段不等分半控橋。2024/8/2282

SS4型電力機(jī)車整流調(diào)壓電路采用了經(jīng)濟(jì)四段橋，但是在運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)，由于開關(guān)元器件性能的不一致性，從移相調(diào)壓橋切換到開關(guān)橋，兩者之間很難協(xié)調(diào)一致，也很難保證無壓差(等電位）轉(zhuǎn)換，常會(huì)出現(xiàn)故障。經(jīng)濟(jì)四段橋從表面上看性能優(yōu)于三段橋，功率因數(shù)高、調(diào)壓均勻，但在實(shí)用中存在著一些難以克服的缺陷，制約了其應(yīng)用。因此，在SS4G、SS4B機(jī)車中，放棄了此電路，改為三段不等分半控橋電路，運(yùn)用效果很好。2024/8/22831.4電力機(jī)車/EMU的起動(dòng)與動(dòng)力制動(dòng)起動(dòng)與制動(dòng)是電力機(jī)車/EMU運(yùn)行中的基本狀態(tài)。在起動(dòng)時(shí)，要能夠充分利用粘著條件，使機(jī)車產(chǎn)生足夠的牽引力，保證機(jī)車順利起動(dòng)；動(dòng)力制動(dòng)就是利用電機(jī)的可逆原理，在實(shí)施制動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)改為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，吸收列車的慣性能量，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵?，在機(jī)車/EMU轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生與運(yùn)行方向相反的阻力性轉(zhuǎn)矩，阻礙列車運(yùn)行，對(duì)列車實(shí)施制動(dòng)。1.4.1

起動(dòng)

1.起動(dòng)的基本要求起動(dòng)過程要平穩(wěn)；產(chǎn)生足夠大的起動(dòng)牽引力，獲得一定的起動(dòng)加速度。2024/8/2284

2.起動(dòng)方式一般采用恒電流起動(dòng)，起動(dòng)電流可以接近于受粘著限制的最大起動(dòng)電流，能夠產(chǎn)生很大的起動(dòng)牽引力，起動(dòng)加速較大，即但當(dāng)發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，由于起動(dòng)電流維持不變，必將使空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步上升，加速空轉(zhuǎn)，不利于粘著條件的再恢復(fù)。采用恒流起動(dòng)時(shí)，必須要有可靠的防空轉(zhuǎn)檢測(cè)、保護(hù)措施，以保證機(jī)車可靠、順利起動(dòng)。1.4.2動(dòng)力制動(dòng)基本要求及制動(dòng)穩(wěn)定性動(dòng)力制動(dòng)是將列車的慣性能轉(zhuǎn)化為電能的一種非摩擦制2024/8/2285動(dòng)方式。根據(jù)電能消耗的形式不同，分為電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)。電阻制動(dòng)是將電動(dòng)機(jī)發(fā)出的電能消耗在制動(dòng)電阻上，以熱能的形式散失掉；再生制動(dòng)是將制動(dòng)過程產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)上去再利用。采用電氣制動(dòng)可以提高列車運(yùn)行的安全性，提高列車的下坡速度，最小限度的使用空氣制動(dòng)，以減少輪緣鋼軌間的摩耗，有利于降低運(yùn)輸成本。1.動(dòng)力制動(dòng)的基本要求在實(shí)施電氣制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)必須要滿足以下幾點(diǎn)：要求制動(dòng)系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，制動(dòng)過程要求平穩(wěn)，沖擊力要??；2024/8/2286制動(dòng)調(diào)節(jié)范圍要盡可能大一些；牽引電動(dòng)機(jī)在工況轉(zhuǎn)換時(shí)轉(zhuǎn)換電路要簡單、操作方便。

2.動(dòng)力制動(dòng)的穩(wěn)定性概念由于偶然因素（電網(wǎng)電壓波動(dòng)、線路縱斷面變化等)引起機(jī)車速度變化,破壞了原有的運(yùn)行狀態(tài)，制動(dòng)力要能夠適應(yīng)速度的變化，此時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)若能建立起新的平衡狀態(tài)或恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，這種系統(tǒng)就是穩(wěn)定系統(tǒng)。否則為不穩(wěn)定系統(tǒng)。穩(wěn)定的條件：

即制動(dòng)力特性為向上的特性。2024/8/22871.4.3

電阻制動(dòng)在相控電力機(jī)車和直流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車中，牽引電動(dòng)機(jī)基本都采用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。由于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性很軟，若作為發(fā)電機(jī)時(shí)，輸出電壓穩(wěn)定性很差，因此，在進(jìn)行電阻制動(dòng)時(shí)，需要將勵(lì)磁方式由串勵(lì)改為他勵(lì)，在電樞繞組中串入制動(dòng)電阻。電機(jī)以他勵(lì)發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電源由主變壓器（內(nèi)燃機(jī)車由牽引發(fā)動(dòng)機(jī)）提供。電阻制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力取決于電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，它與勵(lì)磁磁通和制動(dòng)電流有關(guān)，即式中

----制動(dòng)電流；2024/8/2288

----勵(lì)磁磁通。電磁轉(zhuǎn)矩的大小可以通過兩種方法來改變：一是改變牽引電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁通可改變制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；二是通過改變制動(dòng)電流可以改變制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。1.電阻制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)特性制動(dòng)特性是指制動(dòng)力與機(jī)車速度之間的關(guān)系，即

制動(dòng)時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)按他勵(lì)發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，它所發(fā)出的電能供給制動(dòng)電阻，電路工作原理如圖1—26所示。可列出此電路的電勢(shì)平衡方程式：

——

制動(dòng)電阻；

——

電樞回路總電阻；

——

制動(dòng)電路總電阻。將此式代入轉(zhuǎn)矩方程式可得到或考慮到機(jī)車制動(dòng)力和速度為：(1--14)(1--15)2024/8/2290式中——牽引電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)；

——牽引齒輪傳動(dòng)比；

——傳動(dòng)效率，齒輪傳動(dòng)效率與電機(jī)效率的乘積。故機(jī)車/EMU制動(dòng)力可表示為(1--17)(1--16)2024/8/2291由制動(dòng)力公式可知，制動(dòng)力的調(diào)節(jié)可通過改變牽引電動(dòng)機(jī)的磁通或制動(dòng)電流來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)磁通不變（勵(lì)磁電流不變）時(shí)，制動(dòng)力與機(jī)車運(yùn)行速度成正比例關(guān)系；當(dāng)制動(dòng)電流不變時(shí)，制動(dòng)力與機(jī)車運(yùn)行速度成反比例關(guān)系。

2.制動(dòng)范圍制動(dòng)力的大小與機(jī)車速度、電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電流和勵(lì)磁電流有關(guān)。由于這些參數(shù)都有一定的限制，同時(shí)考慮到在高速運(yùn)行時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定換向限制及機(jī)車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，或(1--18)2024/8/2292因此制動(dòng)力的大小有一定的限制范圍。在設(shè)計(jì)制動(dòng)裝置時(shí)，須先計(jì)算預(yù)期的制動(dòng)特性范圍。進(jìn)行制動(dòng)特性范圍計(jì)算時(shí)，需有下列原始數(shù)據(jù)：牽引電動(dòng)電樞繞組發(fā)熱所允許的最大電樞電流；牽引電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組發(fā)熱所允許的最大勵(lì)磁電流；牽引電動(dòng)機(jī)的空載和負(fù)載特性曲線；牽引電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、；機(jī)車/EMU最大速度；制動(dòng)電阻值；機(jī)車/EMU傳動(dòng)參數(shù)：動(dòng)輪直徑、齒輪傳動(dòng)比等。

制動(dòng)力特性是在理想情況下所獲得的特性，實(shí)際上列車2024/8/2293制動(dòng)時(shí)，由于受到牽引電機(jī)、制動(dòng)電阻和機(jī)車自身一些因素的限制，只允許在一定的范圍內(nèi)使用電阻制動(dòng)。制動(dòng)過程一般受到下列五個(gè)因素的制約。

(1)最大勵(lì)磁電流的限制

根據(jù)制動(dòng)力公式(1-17)，若勵(lì)磁電流不變，則從牽引電動(dòng)機(jī)空載及負(fù)載特性上得到的也幾乎不變，因此

和成正比，即呈線性關(guān)系。但

受最大勵(lì)磁電流的限制。根據(jù)牽引電機(jī)允許的最大勵(lì)磁電流，求出制動(dòng)力與機(jī)車速度的關(guān)系，如圖1—27中曲線所示。最大制動(dòng)電流是根據(jù)牽引電機(jī)勵(lì)磁繞組在制動(dòng)工況時(shí)的允許溫升而定。oA線的右下方為勵(lì)磁電流的允許工作區(qū)域。2024/8/2294

(2)最大制動(dòng)電流限制最大制動(dòng)電流是根據(jù)牽引電動(dòng)機(jī)電樞繞組和制動(dòng)電阻的允許發(fā)熱容量而定。由于牽引電動(dòng)機(jī)的熱容量較大，因此最大制動(dòng)電流一般取決于制動(dòng)電阻的熱容量。只要制動(dòng)電阻發(fā)熱容量允許，電樞電流在制動(dòng)時(shí)適當(dāng)過載是允許的。為了充分發(fā)揮電阻制動(dòng)的效果，制動(dòng)功率一般等于或大于機(jī)車小時(shí)功率。根據(jù)公式(1-18)，保持

不變，并視其余參數(shù)為常數(shù)，則

和

成反比，即雙曲線關(guān)系，但

受最大制動(dòng)電流的限制。由最大制動(dòng)電流確定的制動(dòng)力與機(jī)車速度的關(guān)系，如圖1--25中線所示。線的下方為制動(dòng)電流的允許工作區(qū)域。2024/8/2295由此得出機(jī)車能夠?qū)崿F(xiàn)的最大粘著制動(dòng)力為式中——機(jī)車粘著質(zhì)量。如圖1--25中曲線所示。

(4)牽引電動(dòng)機(jī)換向條件的限制(3)粘著力限制根據(jù)《列車牽引計(jì)算規(guī)程》規(guī)定，計(jì)算制動(dòng)時(shí)的粘著系數(shù)應(yīng)比牽引時(shí)低20%，即(1--19)(1--20)2024/8/2296直流牽引電動(dòng)機(jī)在高速時(shí)的換向條件取決于電抗電勢(shì)和片間最高電壓，前者可能引起火花，后者可能會(huì)造成環(huán)火。對(duì)于裝有換向極的牽引電機(jī)，由于氣隙中磁場(chǎng)畸變不嚴(yán)重，片間電壓較小，所以隨著機(jī)車速度增加，首先起限制作用的是電抗電勢(shì)。電抗電勢(shì)正比于機(jī)車速度與制動(dòng)電流的乘積，即。要維持在一定的允許值內(nèi)，必須隨著機(jī)車速度的提高，相應(yīng)地減小制動(dòng)電流。令，將其帶入制動(dòng)力公式(1—18)，可得到制動(dòng)力與電抗電勢(shì)之間的關(guān)系：2024/8/2297由此可見，在電抗電勢(shì)一定時(shí)，制動(dòng)力

與速度

的三次方成反比，此時(shí)制動(dòng)力曲線要比恒制動(dòng)電流時(shí)的曲線要陡。在保證牽引電機(jī)可靠換向時(shí)，其最高電抗電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力關(guān)系曲線，與最大制動(dòng)電流下的制動(dòng)曲線相比，制動(dòng)力隨速度的增加而下降得更快，其變化關(guān)系如圖1--25中曲線段所示。片間最高電壓與制動(dòng)電流成正比，而與勵(lì)磁電流成反(1--21)2024/8/2298比，即。

(5)機(jī)車構(gòu)造速度的限制機(jī)車構(gòu)造速度的限制主要是指受到機(jī)車走行部機(jī)械強(qiáng)度的限制，實(shí)際上還可能受到線路允許速度的限制。如圖1--25中曲線所示。綜合以上五種限制條件，可以獲得機(jī)車在電阻制動(dòng)時(shí)的工作范圍區(qū)域，其制動(dòng)特性是按照制動(dòng)電阻等于固定阻值時(shí)求得的。制動(dòng)工作范圍所限定的面積等于制動(dòng)功率。該面積越大，表示調(diào)節(jié)范圍越大。

3.制動(dòng)特性類型電阻制動(dòng)的工作范圍是受到五種因素的限制，但在它允許的工作范圍內(nèi)，究竟采用何種類型的制動(dòng)特性，則是根據(jù)需要來確定。制動(dòng)特性的類型主要有三種，即恒勵(lì)磁制動(dòng)、恒電流制動(dòng)和恒速制動(dòng)。

(1)恒勵(lì)磁制動(dòng)特性恒勵(lì)磁制動(dòng)特性為過坐標(biāo)原點(diǎn)的一簇直線，在最大勵(lì)磁電流允許的范圍內(nèi)，勵(lì)磁電流越大，直線的斜率也越大。此制動(dòng)特性的制動(dòng)力隨著機(jī)車速度2024/8/22101的變化而成正比例變化，具有較好地機(jī)械穩(wěn)定性，適合于機(jī)車在下坡道上調(diào)節(jié)運(yùn)行速度的要求。電阻制動(dòng)主要作為輔助制動(dòng)方式，應(yīng)用于機(jī)車在下坡時(shí)的速度調(diào)節(jié)，應(yīng)用比較廣泛。恒勵(lì)磁制動(dòng)特性曲線如圖1—28所示。(2)恒電流制動(dòng)特性恒電流制動(dòng)特性曲線如圖1—29所示。此制動(dòng)特性為雙曲線，即制動(dòng)力和機(jī)車速度成反比關(guān)系。制動(dòng)電流越大，雙曲線的位置越高。恒電流制動(dòng)特性的制動(dòng)力在很寬廣的范圍內(nèi)隨著速度的升高而降低，機(jī)械穩(wěn)定性較差，但這種制動(dòng)特性能夠充分利用其制動(dòng)功率。DF4、DF11系列內(nèi)燃機(jī)車電阻制2024/8/22103動(dòng)的主要區(qū)域基本上屬于恒電流制動(dòng)特性。

(3)恒速制動(dòng)特性恒速制動(dòng)是一種比較理想的制動(dòng)特性，其制動(dòng)力自動(dòng)與加速力始終保持平衡，只要設(shè)定機(jī)車在下坡時(shí)的運(yùn)行速度，不論線路運(yùn)行條件如何變化，機(jī)車速度將按照預(yù)定速度運(yùn)行。但這種特性只適合在制動(dòng)功率足夠大的機(jī)車上使用才有意義。因?yàn)橹挥兄苿?dòng)功率足夠大時(shí)，才能依靠電阻制動(dòng)獨(dú)立完成在下坡道上的調(diào)速任務(wù)。若制動(dòng)功率不足時(shí)，還需要借助于空氣制動(dòng)的作用，但這時(shí)機(jī)車速度將不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。制動(dòng)特性如圖1—30所示。比較三種制動(dòng)特性，恒速制動(dòng)是一種比較理想的制動(dòng)特2024/8/22104性，但所需的制動(dòng)功率應(yīng)足夠大，相控電力機(jī)車由于受功率的限制，較難滿足要求。因此，電力機(jī)車一般都采用限流準(zhǔn)恒速制動(dòng)特性。如SS3B電力機(jī)車的電阻制動(dòng)特性（限流準(zhǔn)恒速控制）為式中n——制動(dòng)級(jí)位數(shù)，n=11～1；v——機(jī)車速度(km／h)。(1--22)2024/8/22105

4.電阻制動(dòng)的不足及改進(jìn)

(1)電阻制動(dòng)的不足列車速度較低（40km/h左右）時(shí)，制動(dòng)力與列車速度成正比關(guān)系，速度越低，制動(dòng)電流越小、制動(dòng)力越小，制動(dòng)效果越差。所以，電阻制動(dòng)不能代替空氣制動(dòng)，一般只能作為減速制動(dòng)，而不能作為停車制動(dòng)。

(2)改進(jìn)方法1---加饋電阻制動(dòng)為了改善電阻制動(dòng)在低速時(shí)制動(dòng)力不足問題，提高低速時(shí)的制動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)低速恒制動(dòng)力特性。在低速區(qū)只要維持制動(dòng)電流不隨電力機(jī)車/EMU速度降低而下降，就可以改變低速時(shí)的制動(dòng)能力，使其按照恒制動(dòng)力制動(dòng)。要維持制動(dòng)電2024/8/22106流不變，必須要有外部電源對(duì)制動(dòng)回路供電，以使制動(dòng)電流(電樞電流)不變，實(shí)現(xiàn)低速恒制動(dòng)力特性，這種方法稱之為“加饋電阻制動(dòng)”。在電力機(jī)車/EMU電阻制動(dòng)中，加饋電源由主變壓器和主整流橋相控輸出整流電壓提供，對(duì)制動(dòng)回路實(shí)施電流加饋，以維持制動(dòng)電流不變，即要維持制動(dòng)電流不變，加饋電壓必須要與發(fā)電機(jī)電勢(shì)同步反向變化，即發(fā)電機(jī)輸出電壓減小多少由Ud補(bǔ)充多少，直至加饋整流橋輸出電壓達(dá)到最大值為止，加饋制動(dòng)結(jié)束。(1--23)

此后，電力機(jī)車將按照最大勵(lì)磁電流特性進(jìn)行制動(dòng)。加饋制動(dòng)過程如圖1-31中A-B段所示，SS3B型電力機(jī)車從A點(diǎn)恒制動(dòng)力運(yùn)行到B點(diǎn)，機(jī)車速度已降低到20km/h以下，制動(dòng)范圍明顯擴(kuò)大了。

加饋制動(dòng)要消耗電網(wǎng)功率。從理論上講，加饋電阻制動(dòng)可以作為停車制動(dòng),但需要考慮牽引電動(dòng)機(jī)換向片的載流能力（允許的最大熱容量）。

(2)改進(jìn)方法2---制動(dòng)電阻分級(jí)一般將制動(dòng)電阻分為兩級(jí)。高速時(shí)采用較大阻值的制動(dòng)電阻，以獲得較大的制動(dòng)功率和制動(dòng)力的調(diào)節(jié)范圍；低速時(shí)采用較小阻值的制動(dòng)電阻，以增加低速時(shí)制動(dòng)力。

SS4型電力機(jī)車采用此方法，將制動(dòng)電阻分為1.00052和0.60歐姆兩級(jí)。2024/8/221081.4.4再生制動(dòng)從理論上講，干線電力機(jī)車再生制動(dòng)時(shí)可向電網(wǎng)回饋大量的電能，節(jié)能效果十分可觀。據(jù)文獻(xiàn)資料看，在國外采用再生制動(dòng)的相控電力機(jī)車，可節(jié)能約10～15%，減少閘瓦(片)磨耗2～3倍。但再生制動(dòng)存在著較為嚴(yán)重的問題，制約了其推廣與應(yīng)用。目前在線運(yùn)營的相控電力機(jī)車中，只有少量的機(jī)車使用再生制動(dòng)。但在交流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU中，再生制動(dòng)已成為主要的制動(dòng)方式，空氣制動(dòng)使用率只占3%左右。1.再生制動(dòng)的基本原理再生制動(dòng)時(shí)，必須要采用全控式整流電路，其電路如圖1—32所示。2024/8/22110當(dāng)控制角時(shí)，整流電壓的平均值為負(fù)值，即制動(dòng)電流可表示為：式中----牽引電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)，----制動(dòng)回路總電阻，包括電機(jī)電樞繞組電阻、平波電抗器電阻、附加穩(wěn)定電阻。由式(1—24)和式(1—25)可知，調(diào)節(jié)制動(dòng)電流，可（1—24）（1—25）2024/8/22111通過調(diào)節(jié)磁通（勵(lì)磁電流），或逆變器電壓（改變控制角）來實(shí)現(xiàn)。再生制動(dòng)回路的電阻一般不變，但附加穩(wěn)定電阻要從制動(dòng)效率和穩(wěn)定性兩方面綜合考慮。8K電力機(jī)車，消耗制動(dòng)功率約1/3。再生制動(dòng)的調(diào)節(jié)過程一般分為三個(gè)階段：（1）調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流機(jī)車在高速時(shí)進(jìn)行再生制動(dòng)，為了提高功率因數(shù)，可保持逆變器電壓基本恒定且為最大值，通過改變勵(lì)磁電流來調(diào)節(jié)制動(dòng)電流，如圖1—33中BC段所示。隨著機(jī)車2024/8/22112速度的下降，相應(yīng)地增加勵(lì)磁電流，直至達(dá)到額定值為止。勵(lì)磁電流最小值受牽引電機(jī)可靠換向的限制，一般不應(yīng)小于牽引電機(jī)額定電流的40%。在這一區(qū)段，制動(dòng)力受到制動(dòng)功率及牽引電機(jī)安全換向的限制，隨著機(jī)車速度的增加，制動(dòng)力相應(yīng)地要減小。（2）調(diào)節(jié)逆變器電壓當(dāng)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)到額定值后維持恒定，然后調(diào)節(jié)控制角改變逆變器電壓，減小可維持制動(dòng)電流恒定，即制動(dòng)力不變，其特性如圖1—33中AB段所示。

2024/8/22113（3）加饋電阻制動(dòng)逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)檎鞴r運(yùn)行，電壓極性改變。從式（1—25）可知，制動(dòng)電流是由電樞電勢(shì)和整流電壓共同產(chǎn)生，可保持機(jī)車在低速時(shí)制動(dòng)力不變，如圖1—33中虛線所示。圖中的OA線的斜率取決于制動(dòng)回路電阻的大小，電阻值越小，相應(yīng)A點(diǎn)的速度越低。此電阻值一般小于電阻制動(dòng)機(jī)車的制動(dòng)電阻。上述三種工況中，只有前兩種工況為再生工況，其功率因數(shù)取決于控制方式。其控制方式包括提前角恒定控制和晶閘管恢復(fù)阻斷角恒定控制兩種。2024/8/221152.再生制動(dòng)控制方式（1）提前角控制提前角由換向重疊角和晶閘管恢復(fù)阻斷角組成，即。晶閘管關(guān)斷需要一定的時(shí)間，因?yàn)楣杵d流子恢復(fù)需要一定的時(shí)間，約為幾十到幾百微秒。對(duì)于50Hz工頻來說。為了留有足夠的裕量，角一般取

。換向重疊角是隨制動(dòng)電流、回路電抗和變壓器電壓(換向電勢(shì))而變化?？刂票仨毧紤]到最不利的情況，即、和，由此可計(jì)算出換向重疊角可達(dá)。2024/8/22116若認(rèn)為換向期間電流按線形關(guān)系變化，交流電流應(yīng)在換向重疊角的一半處過零，因此基波功率因數(shù)可表示為：若粗略地估算基波功率因數(shù)，可忽略換向重疊角的影響，則有：由此可見，角大小對(duì)功率因數(shù)的影響很大。在角期間不是在反饋電能，而是從電網(wǎng)吸收電能，這樣將會(huì)顯（1—26）（1—27）2024/8/22117著地減小再生制動(dòng)回饋能量的平均值，結(jié)果是功率因數(shù)下降嚴(yán)重，為此需要對(duì)角進(jìn)行控制。

(2)晶閘管恢復(fù)阻斷角控制選取足夠的，使其恒定，這時(shí)提前角將隨著換向重疊角的變化而自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。在角減小時(shí)，角相應(yīng)地減小，故功率因數(shù)有所提高。這種控制方式需要精確地檢測(cè)出換向重疊角的大小。8K機(jī)車采用此控制，。2024/8/22118

3.再生制動(dòng)在相控電力機(jī)車中存在的主要問題（1）再生制動(dòng)時(shí)功率因數(shù)很低。相控電力機(jī)車的主要缺點(diǎn)之一是功率因數(shù)偏低，在再生制動(dòng)工況時(shí)功率因數(shù)更低，一般只有0.5左右。（2）諧波分量增加，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。再生制動(dòng)時(shí)電網(wǎng)電壓與電流波形畸變比牽引時(shí)嚴(yán)重，特別是在換相期間波形畸變更為嚴(yán)重。（3）再生制動(dòng)的控制系統(tǒng)較復(fù)雜。再生制動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，制動(dòng)力的調(diào)節(jié)既可通過調(diào)節(jié)牽引電機(jī)的他勵(lì)電2024/8/22119流，也可通過對(duì)逆變器輸出電壓的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，控制過程較復(fù)雜且控制精度較高，因?yàn)閯?lì)磁電流或逆變器電壓即使出現(xiàn)很小的變化，將會(huì)引起制動(dòng)電流（制動(dòng)力）很大的波動(dòng)。為此在制動(dòng)電路中一般都設(shè)有附加的穩(wěn)定電阻，以限制制動(dòng)電流的變化，提高再生制動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但穩(wěn)定電阻的存在將使再生回饋電能減少，制動(dòng)效率下降。（4）再生制動(dòng)的機(jī)車必須要采用全控橋，對(duì)觸發(fā)控制系統(tǒng)可靠性要求很高。機(jī)車在牽引工況下若出現(xiàn)丟失觸發(fā)脈沖時(shí)，將使整流輸出電壓下降，負(fù)載電流及牽引力相應(yīng)2024/8/22120減小，對(duì)機(jī)車的運(yùn)行影響有限；在再生制動(dòng)時(shí)，若丟失觸發(fā)脈沖，則意味著不能進(jìn)行正常換相，將造成再生的顛覆，即交、直流電壓疊加短路，對(duì)逆變?cè)蜖恳姍C(jī)的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅。（5）動(dòng)力集中式機(jī)車采用電氣制動(dòng)時(shí)，對(duì)線路和車輛的要求較高。因?yàn)橹苿?dòng)力集中于機(jī)車動(dòng)輪上，不像空氣制動(dòng)，制動(dòng)力是通過閘瓦（片）均勻地作用于整個(gè)列車上，也不像動(dòng)力分散型的列車，制動(dòng)力合理地分布在列車各動(dòng)軸上。在線路曲線上實(shí)施電氣制動(dòng)時(shí)，機(jī)車后面的車輛慣性力將產(chǎn)生橫向作用力，直接作用于線路。2024/8/221211.5相控調(diào)壓電力機(jī)車功率因數(shù)的改善1.5.1相控調(diào)壓電力機(jī)車的評(píng)價(jià)指標(biāo)提高機(jī)車功率因數(shù)和降低高次諧波電流，對(duì)節(jié)約能源具有重要的意義。國家電力、通訊主管部門對(duì)各種用戶的功率因數(shù)及諧波分量都有明確地要求，并作為強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)必須貫徹執(zhí)行。

1.相關(guān)主管部門的具體規(guī)定

電力部門按照平均功率因數(shù)等于0.9作為對(duì)用戶的考核、計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。2024/8/22122電力及通信部門規(guī)定：各供電電壓下電網(wǎng)電壓正弦波的畸形率，在110kV電網(wǎng)側(cè)限值為1.85%，機(jī)車注入電網(wǎng)三次和五次諧波分量的限制值分別為3.9A和4.0A，即干擾電流的等效值I3=3.9A、I5=4.0A。由此可見，功率因數(shù)和諧波分量作為兩個(gè)強(qiáng)制指標(biāo)，它反映了整流調(diào)壓電路的性能，代表了相控電力機(jī)車的性能、造價(jià)。因此，相控調(diào)壓電力機(jī)車的評(píng)價(jià)指標(biāo)有兩個(gè)，即功率因數(shù)PF和諧波電流干擾。

2.等效干擾電流2024/8/22123相控調(diào)壓電力機(jī)車的功率因數(shù)等于電流畸變系數(shù)與基波相位系數(shù)DF

的乘積，即。相位移系數(shù)主要取決于控制角和換向重疊角。電流畸變系數(shù)或諧波系數(shù)HF變化范圍不大，其中主要是三次、五次諧波含量。如果按理想狀態(tài)考慮，換向重疊角，平波電抗

，電流波形為矩形波，若采用傅氏級(jí)數(shù)分解，可得到各次諧波幅值之間的關(guān)系為。實(shí)際上換向重疊角總是存在的，，平波電抗，各次諧波分量要2024/8/22124比理想狀態(tài)小一些，一般可按照來估算。高次諧波電流雖然對(duì)功率因數(shù)的影響不甚顯著，但存在著兩個(gè)不利因素：其一，三次、五次諧波是諧波中的主要成份，將引起電網(wǎng)電壓波形發(fā)生畸變，影響供電質(zhì)量，因此電力部門對(duì)三次、五次諧波需要進(jìn)行限制；其二是對(duì)電氣化鐵路附近的通訊線路產(chǎn)生電磁干擾，通訊部門對(duì)等效干擾電流有一定的限制。各種諧波頻率引起的干擾噪音是不同的，其中以1000Hz左右最為明顯。2024/8/22125國際電信電話咨詢委員會(huì)規(guī)定，將800Hz的干擾噪音規(guī)定為1，其他頻率的干擾噪音需折合到800Hz的干擾水平上?？偟牡刃Ц蓴_電流可表示為：式中----第n次諧波電流有效值；----雜音評(píng)價(jià)系數(shù)，。

各頻率下的雜音評(píng)價(jià)系數(shù)如表1—1所示。（1—28）頻率（Hz）頻率（Hz）16.660.056750955500.7180010001008.91850103515035.5100011222501781150103535037612001000450582135092855073315008616508512000708雜音評(píng)價(jià)系數(shù)表1—1

2024/8/221271.5.2提高功率因數(shù)的作用

隨著大功率半導(dǎo)體變流裝置的廣泛應(yīng)用，相控電力機(jī)車如何提高功率因數(shù)、減小諧波分量已是十分迫切的問題。減小無功功率不僅可以提高機(jī)車功率的利用率，而且可使電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，改善供電的品質(zhì)，提高電網(wǎng)的供電效率。因此，用戶和供電部門雙方都希望在設(shè)備設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)應(yīng)保證高功率因數(shù)。

設(shè)電網(wǎng)的阻抗標(biāo)幺值為，電力機(jī)車的有功功率和無功功率分別為和，由阻抗引起的電壓降：

因?yàn)椋瑒t電壓降的標(biāo)幺值變?yōu)?，即電網(wǎng)壓降與機(jī)車的無功功率大小成正比，所以減小無功功率將使電力機(jī)車端獲得較高的電壓，可增加機(jī)車的速度或牽引力。通過上述分析可知，改善電力機(jī)車的功率因數(shù)不僅有利于提高電網(wǎng)電能的利用率和供