电力牵引控制技术2直流牵引课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电传动控制技术 王立德,北京交通大学,电气工程学院,王立德,电力牵引控制技术,直流传动与控制,北京交通大学电力牵引控制技术直流传动与控制,直流传动与控制技术,牵引电机特性与机车牵引特性,有级调压调速与有触点控制系统,相控机车的主电路与功率因数,机车电子控制系统,直流传动与控制技术牵引电机特性与机车牵引特性,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,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,电机的工作特性与机车牵引特性,工作特性,:,n,、,T,、,=f(I,a,)U=U,N,I,f,=I,fN,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,电机的工作特性与机车牵引特性工作特性:直流牵引电机特性（串、,1.,转速特性,n=f(I,a,),n =(U-I,a,R,a,)/C,e,n,I,a,(T),0,1.,他,(,并,),励,3.,积复励,2.,串励,1.转速特性 n=f(Ia)n =(U-,2.,转矩特性,T=f(I,a,),T=C,T,I,a,(,或,M=C,M,I,a,),0,T,I,a,1.,他,(,并,),励,3,积复励,2,串励,2.转矩特性 T=f(Ia)T=CTI,3.,机械特性,n=f(T),TI,a,机械特性具有与转速特性相似的形状,n,T,0,1.,他,(,并,),励,3.,积复励,2.,串励,3.机械特性 n=f(T)TIanT01,机车的牵引特性,机车轮周牵引力,F,K,和轮周线速度,V,K,之间的关系,F,K,=f,（,V,K,）,机车的速度特性,V,K,=f(,a,),机车的牵引力特性,F,K,=f(,a,),机车的牵引特性 机车轮周牵引力FK和轮周,F,z,:,齿轮齿上所受的力,D,K,3.,轮对,F,K,1.,小齿轮节圆,2.,大齿轮节圆,Fz:齿轮齿上所受的力DK3.轮对FK1.小齿轮节圆2,转向架,转向架,牵引电机,牵引电机,转向架,转向架,机车的速度特性,V,K,=f(I,a,),机车的牵引力特性,F,K,=f(I,a,),V,K,n,V,K,=f(I,a,),与,n=f(I,a,),形状相同,F,K,T,V,K,=f(I,a,),与,T=f(I,a,),形状相同,机车的牵引特性,F,K,=f(V,K,),由牵引电机的机械特性直接决定,T=f(n),机车的速度特性 VK=f(Ia)机车的牵引,DJ 1,牵引,-,速度曲线（,F-v-Diagram,）,机车牵引特性曲线,DJ 1 牵引-速度曲线（F-v-Diagram）机车牵引,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,F,v,4,3,5,2,机车牵引特性的限制 Fv4352,SS8,型电力机车牵引特性,SS8型电力机车牵引特性,CRH2,牵引特性曲线,CRH2牵引特性曲线,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,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（,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 d,W,0,/dv,一般,d,W,0,/dv0,不具有稳定性,其他电动机,dF/dv W,0,v,不稳定,F,2,W,0,v,稳定,F/W0v01.基本阻力曲线W0=f(v)A3F3=f3,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：,U,d,=E+I,d,R+L(dI,d,/dt),E =C,e,n,U,d,=,C,e,n,+I,d,R+L(dI,d,/dt),电气稳定性 指机车牵引列车正常运行时,电气稳定性分析图示,U,d,I,d,0,A,I,d1,I,d,1,2,假定,U,d,=C,A,：,电气平衡状态,曲线1：电气稳定,曲线2：电气不稳定,电气稳定性分析图示UdId0AId1 Id12假定 Ud,牵引电机电气稳定的必要条件：,dU,d,/dI,d,0,即电动机,C,e,n,+I,d,R=f,（,I,d,）,的曲线斜率为,正值就具有电气稳定性,牵引电机电气稳定的必要条件：dUd/dId,串励电机电气稳定性,U,d,I,d,0,A,在任何负载下斜率均为正,具有电气稳定性,串励电机电气稳定性UdId0A在任何负载下斜率均为正,并励电机电气稳定性,U,d,I,d,0,A,B,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,并励电机电气稳定性UdId0AB 只有在一定负载范,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,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,牵引电机特性有差异（动轮直径相同）,T,I,d,0,n,n,T,2,2,1,1,I,d1,I,d2,n,T,2,T,1,串励：,转速相同,n,相同,I,d1,I,d2,差值较小,T,1,T,2,差值也较小,牵引电机特性有差异（动轮直径相同）TId0nnT2211Id,牵引电机特性有差异（动轮直径相同）,T,I,d,0,n,2,1,T,2,1,I,d1,I,d2,n,T,2,T,1,并励：,转速相同,n,相同,I,d1,I,d2,差值很大,T,1,T,2,差值也较大,牵引电机特性有差异（动轮直径相同）TId0n21T21Id1,牵引电机动轮直径不同（特性相同）,T,I,d,0,n,n,T,I,d1,I,d2,n,1,T,2,T,1,n,2,串励：,由相同的转速差引起,I,d1,I,d2,差值较小,T,1,T,2,差值也较小,牵引电机动轮直径不同（特性相同）TId0nnTId1Id2,牵引电机动轮直径不同（特性相同）,T,I,d,0,n,T,I,d2,I,d1,n,1,T,1,T,2,n,2,并励：,由相同的转速差引起,I,d1,I,d2,差值较大,T,1,T,2,差值也较大,牵引电机动轮直径不同（特性相同）TId0nTId2Id1,电压波动对牵引电机的影响,T,I,d,0,n,n,T,2,1,I,d2,I,d1,n,T,2,T,1,串励：,转速不变 工作曲线由,n1,变为,n2,I,d1,I,d2,差值较小,T,1,T,2,差值也较小,电压波动对牵引电机的影响TId0nnT21Id2Id1nT2,并励,:,T,I,d,0,n,2,1,T,I,d1,I,d2,n,T,2,T,1,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击比串励电机大得多,并励:TId0n21TId1Id2nT2T1 转速不变,功率利用,T(F),0,n(v),n,1,T,2,T,1,n,2,a,c,T(F),0,n(v),n,1,T,2,T,1,n,2,b,d,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,功率利用T(F)0n(v)n1T2T1n2acT(F)0n(,粘着重量的利用（防空转性能）,F,0,v,F1,2,1,n,F2,a,假设电动机工作在,a,点，速度为,n,偶然原因,n+,n,1,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,粘着重量的利用（防空转性能）F0vF121nF2a假设,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),0,n(v),v,3,v,0,A,B,1,1,2,2,3,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,v,0,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,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),0,n(v),v,4,v,0,A,B,1,1,2,2,4,5,假设电机原来工作在,B,点,v,0,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,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,n,I,d,0,I,f5,I,f4,I,f3,I,f2,I,f1,I,f1,I,f2,I,f3,I,f4,I,f5,他励牵引电动机优点：nId0If5If4If3If2If1I,积复励牵引电机,M,M,M,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,积复励牵引电机MMM 微机控制机车6K,直流电传动机车的调速方法,调节电机电压,调节主磁通,n=,U,d,I,d,R,Ce,直流电传动机车的调速方法 调节电机电压n=Ud Id,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,一、调节端电压改变牵引电机的连接方式,改变牵引电机的连接方式,M,M,M,M,U,N,U,d,=U,N,/4,M,M,M,M,U,N,U,d,=U,N,/2,M,M,M,M,U,N,U,d,=U,N,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,改变牵引电机的连接方式MMMMUNUd=UN/4MM,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,M,U,N,逐渐切除与电枢串联的电阻进行调速,M,U,N,调节斩波器导通比进行调速,CH,牵引电动机与电阻串联优点：控制简单MUN逐渐切除与电枢串联,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,U,d,根据变压器调压抽头的位置,高压侧调压,低压侧调压,SS2,SS1,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,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,G,M,M,M,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,改变同步牵引发电机定子绕组的接法,双星形：,T,1,T,2,T,3,T,1,T,12,T,13,低速：,AS1,和,AS2,断开,并联,高速：,AS1,和,AS2,闭和,串联,M,M,T1T2T3,T11T12 T13,AS1,AS2,改变同步牵引发电机定子绕组的接法 双星形：T1,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,M,U,d,+,-,R2,1,2,R1,I,d,I,L,K1,、,K2,断开,I,d,=I,L,满磁场,K1,闭和,R1,分流,K2,闭和,R2,分流,K1,、,K2,闭和,R1,、,R2,分流,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MUd+,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,=,I,L,W,I,d,W,=,I,L,I,d,I,L,=,R,R,L,+R,I,d,=,R,R,L,+R,假设主极绕组匝数为,W,电阻为,R,L,分路