电传动控制技术_2_DC机车调速.ppt
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1、牵引电机变速传动技术牵引电机变速传动技术北京交通大学 电气工程学院 黄黄 彧彧直流牵引电机及其调速方式直流牵引电机及其调速方式电机的工作特性与机机的工作特性与机车牵引特性引特性机机车牵引特性的限制引特性的限制电气气稳定性定性牵引引电机机牵引引电机之机之间的的负载分配分配电压波波动对牵引引电机的影响机的影响功率利用功率利用粘着重量的利用粘着重量的利用直流直流电传动机机车的的调速方法速方法电机的工作特性与机车牵引特性工作特性工作特性:n、T、=f(Ia)U=UN If=IfN 机械特性机械特性:n=f(T)直流牵引电机特性直流牵引电机特性 直流牵引电机及其调速方式直流电机工作原理直流电机工作原理电
2、机励磁方式电机励磁方式转速特性 n=f(Ia)n =(U-I n =(U-Ia aRRa a)/C)/Ce e nIa(T)0转矩特性 T=f(Ia)T=C T=CT T I Ia a(或或或或M=CM=CM M I Ia a)0TIa机械特性 n=f(T)T Ia 机械特性具有与机械特性具有与转速特性相似转速特性相似的形状的形状nT0机车的牵引特性 机机机机车轮车轮周周周周牵牵引力引力引力引力F FK K和和和和轮轮周周周周线线速度速度速度速度V VK K之之之之间间的的的的关系关系关系关系F FK K=f=f(V VK K)机机机机车车的速度特性的速度特性的速度特性的速度特性 V VK K
3、 =f(=f(a a)机机机机车车的的的的牵牵引力特性引力特性引力特性引力特性 F FK K=f(=f(a a)Fz:齿轮齿上所受的力DK3.轮对FK1.小齿轮节圆2.大齿轮节圆 机车的速度特性机车的速度特性 V VK K=f(Ia)=f(Ia)机车的牵引力特性机车的牵引力特性 FK=f(Ia)VK n V VKK=f(I=f(Ia a)与与与与 形状相同形状相同形状相同形状相同 FK T V VKK=f(I=f(Ia a)与与与与 形状形状形状形状相同相同相同相同 机车的牵引特性机车的牵引特性FK=f(VK)由由 直直接决定接决定DJ 1 DJ 1 牵引牵引-速度曲线(速度曲线(F-v-Di
4、agramF-v-Diagram)机车牵引特性曲线机车牵引特性曲线机车牵引特性曲线机车牵引特性曲线机车牵引特性的限制 2.3.4.5.Fv4352SS8型电力机车牵引特性型电力机车牵引特性 CRH2牵引特性曲线各种励磁方式电机特性分析一、串励和并励直流一、串励和并励直流牵引引电机性能比机性能比较(一)机械稳定性和电气稳定性(一)机械稳定性和电气稳定性机械稳定性 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。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:机械稳定性的条件:牵引
5、特性曲线斜率牵引特性曲线斜率基本阻力曲线斜率基本阻力曲线斜率即:即:dF/dv dW0/dv一般一般dW0/dv0 不具有稳定性不具有稳定性 其他电动机其他电动机dF/dv 0 均具有机械稳定性均具有机械稳定性 F/W0v01.基本阻力曲线基本阻力曲线W0=f(v)A3F3=f3(v)2F2=f2(v)v1v机械稳定性分析图示机械稳定性分析图示电气稳定性 指机车牵引列车正常运行时,由于偶然的原因,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。原有的稳定运行状态。动态电压平衡方程式:动态电压平
6、衡方程式:Ud =E+IdR+L(dId/dt)E =Ce n Ud =Ce n+IdR+L(dId/dt)电气稳定性分析图示电气稳定性分析图示UdId0AId1 Id12牵引电机电气稳定的必要条件:牵引电机电气稳定的必要条件:dUd/dId 0即电动机即电动机Ce n+IdR=f(Id)的曲线斜率为的曲线斜率为正值就具有电气稳定性正值就具有电气稳定性直流电机直流电机电气稳定性电气稳定性UdId0AUdId0AB牵引电机之间的负载分配 牵引引电机特性有差异机特性有差异 动轮直径相同直径相同 动轮直径不同直径不同 牵引引电机特性相同机特性相同牵引电机特性有牵引电机特性有差异差异(动轮直径相同)动
7、轮直径相同)TId0nnT2211Id1Id2nT2T1牵引电机特性有牵引电机特性有差异差异(动轮直径相同)动轮直径相同)TId0n21T21Id1Id2nT2T1 牵引电机动轮直径牵引电机动轮直径不同不同(特性相同)特性相同)TId0nnTId1Id2n1T2T1n2 牵引电机动轮直径牵引电机动轮直径不同不同(特性相同)特性相同)TId0nTId2Id1n1T1T2n2电压波动对牵引电机的影响电压波动对牵引电机的影响TId0nnT21Id2Id1nT2T1并励并励:TId0n21TId1Id2nT2T1 转速不变转速不变 工作曲线由工作曲线由n1变为变为n2功率利用T(F)0n(v)n1T2
8、T1n2acT(F)0n(v)n1T2T1n2bd列车牵引理论基础列车牵引理论基础轮轨相互作用原理相互作用原理电传动机机车MivRiFiFiOOfifiGiGi 动轮正压力动轮正压力Mi 驱动转矩驱动转矩Ri 动轮半径动轮半径fi 静摩擦力静摩擦力 fi 静摩擦力静摩擦力 反作用力反作用力当车轮与钢轨间无滑动:当车轮与钢轨间无滑动:fi Fi 动轮绕动轮绕O点作纯滚动运动点作纯滚动运动机车处于粘着状态机车处于粘着状态粘着重量的粘着重量的利用利用(防空转性能)防空转性能)F0vF121nF2a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)0n(v)v3v0
9、AB11223粘着条件破坏粘着条件破坏 1-1 2-2 牵引力牵引力最大粘着限制最大粘着限制 逐渐逐渐发生空转发生空转 v A 滑动摩擦滑动摩擦力力=牵引力,停止空转牵引力,停止空转 假设电机原来工作在假设电机原来工作在B点点 v0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粘着条件破坏 1-1 2-2 牵引力牵引力最大粘着限制最大粘着限制 逐渐逐渐发生空转发生空转 v A 滑动摩滑动摩擦擦力力=牵引力,停止空转牵引力,停止空转 T(F)0n(v)v4v0AB112245假设电机原来工作在假设电机原来工作在B点点 v0他励牵引电动机优点:点:合
10、适的合适的调节特性特性优良的防空良的防空转特性特性充分充分发挥机机车牵引力引力 能能实现无无级磁磁场削弱削弱便于便于牵引制引制动工况工况转换nId0If5If4If3If2If1If1 If2 If3 If4 If5积复励牵引电机积复励牵引电机MMM 日日本本微微机机控控制制机机车车 串串励励绕绕组组与与各各自自的的电电枢枢串串联联 各各电电机机他他励励绕绕组组串串联联后后进进行行 集集中中控控制制6K直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法 调节电机机电压 调节主磁通主磁通n=Ud Id RCe 调节端电压调节端电压调节端电压调节端电压
11、改改变牵引引电机的机的连接方式接方式牵引引电动机与机与电阻串阻串联改改变牵引引变压器的器的输出出电压改改变牵引引发电机的机的转速和励磁速和励磁电流流改改变同步同步牵引引发电机定子机定子绕组接法接法 改变牵引电机的连接方式改变牵引电机的连接方式改变牵引电机的连接方式改变牵引电机的连接方式MMMMUNUd=UN/4MMMMUNUd=UN/2MMMMUNUd=UN优点优点优点优点:缺点:缺点:缺点:缺点:牵引电动机与电阻串联牵引电动机与电阻串联牵引电动机与电阻串联牵引电动机与电阻串联优点:点:缺点:缺点:MUN逐渐切除与电枢串联的电阻进行调速MUN调节斩波器导通比进行调速CH 改变牵引变压器的输出电
12、压改变牵引变压器的输出电压改变牵引变压器的输出电压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 Ud根据根据根据根据变压变压变压变压器调器调器调器调压抽压抽压抽压抽头的头的头的头的位置位置位置位置高压侧调压高压侧调压高压侧调压高压侧调压低压侧调压低压侧调压低压侧调压低压侧调压SS2SS2SS1SS1 改变牵引发电机的转速和励磁电流改变牵引发电机的转速和励磁电流改变牵引发电机的转速和励磁电流改变牵引发电机的转速和励磁电流柴油机柴油机转速速 同同轴的的发电机机转速速 由于由于牵引引发电机的励磁机是由柴油机机的励磁机是由柴油机驱动的的 励磁机的励磁机的转速速变化化 电机机电压变化化柴
13、油机GMMM 改变同步牵引发电机定子绕组接法改变同步牵引发电机定子绕组接法改变同步牵引发电机定子绕组接法改变同步牵引发电机定子绕组接法 双星形:双星形:T1 T2 T3 T1 T12 T13低速:低速:高速:高速:MM T1T2T3 T11T12 T13AS1AS2调节主极磁通调节主极磁通调节主极磁通调节主极磁通磁磁场分路法:主极分路法:主极绕组两端并两端并联一一级或数或数级分路分路电阻,从而减小励磁阻,从而减小励磁电流和磁通流和磁通MUd+-R212R1IdILK1、K2断开断开 Id=IL 满磁场满磁场 K1闭和闭和 R1分流分流 K2闭和闭和 R2分流分流 K1、K2闭和闭和 R1、R2
14、分流分流磁场削弱系数磁场削弱系数 磁磁场削弱系数:削弱系数:在在牵引引电动机机电枢枢电流相同的条件下,流相同的条件下,磁磁场削弱的磁削弱的磁势(IW)与全磁与全磁场时的励磁磁的励磁磁势(IW)d之比之比假设主极绕组匝数为假设主极绕组匝数为W 电阻为电阻为RL 分路电阻为分路电阻为R,计算此,计算此时的磁场削弱系数时的磁场削弱系数?交流电机调速方法交流电机调速方法1-1-轴承盖;轴承盖;2-2-端盖;端盖;3-3-接线盒;接线盒;4-4-定子铁心;定子铁心;5-5-定子绕组;定子绕组;6-6-散热筋;散热筋;7-7-转轴;转轴;8-8-转子;转子;9-9-风扇;风扇;10-10-罩壳;罩壳;11
15、-11-轴承;轴承;12-12-机座机座12 23 36 64 45 57 78 89 9101011111212U2U1W2V1W1V2n三相异步电动机基本工作原理三相异步电动机基本工作原理电生磁:三相生磁:三相对称称绕组通往三相通往三相对称称电流流产生生圆形旋形旋转磁磁场。磁生磁生电:旋:旋转磁磁场切割切割转子子导体感体感应电动势和和电流流电磁力:磁力:转子子载流(有流(有功分量功分量电流)体在磁流)体在磁场作用下受作用下受电磁力作用,磁力作用,形成形成电磁磁转矩,矩,驱动电动机旋机旋转。异步电动机改变电压时的机械特性异步电动机改变电压时的机械特性 根据根据电机学原理,忽略空机学原理,忽略
16、空间和和时间谐波,忽略磁波,忽略磁饱和,和,忽略忽略铁损,异步异步电机的机的稳态等效等效电路路图 异步电动机机械特性异步电动机机械特性由图可以导出由图可以导出 式中式中在一般情况下,在一般情况下,LmLl1,则,则C1 1 异步电动机机械特性异步电动机机械特性令令电磁功率磁功率 Pm=3Ir2 Rr/s 同步机械角同步机械角转速速 m1=1/np式中式中 np 极极对数,数,则异步异步电机的机的电磁磁转矩矩为 当转速或转差率一定时,当转速或转差率一定时,电磁转矩与定子电压的平电磁转矩与定子电压的平方成正比方成正比TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载
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- 电传 控制 技术 _2_DC 机车 调速
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