职业技术学校《电力机车控制》第二章 直流电力机车速度调节.docx

XXXX职业学院教案首页课题第二章直流电力机车速度调节授课时间授课对象授课学时教学目的1,掌握交直型整流涔机车相拄调压调速的原理：2、掌握机下上常用的疏场削弱方法：3、/解电压调节下、磁场削弱下的机车特性.教学重点掌握交直型整流器机车相控解压网速的原理教学难点掌握交直型整流器机车相控门压网速的原理电压调节下、磁场削弱下的机车特性。教学方法后发式，耳球文，多媒体演示，视频演示教学步骤及内容提要1,励思调节2、交点型整流器机车的相控调压1、具有直（脓流牵引电动机机车的调速（1）改变牵引电动机回路电BIR（2）改变牵引电动机的瑞电压UD（3）改变磁通量2、多段桥以序控制3、小结备注第二章直流电力机车速度调节电力机车作为电气化铁道的牵引动力，为充分发挥其功率,提高运输能力，要求机车的牵引力和速度均能在宽广的范围内均匀而经济地调节.一般情况下机车牵引列车的整个过程是由停车状态开始，经过起动加速再逐渐提高速度，直到机车工作在其自然特性上，此后司机根据列车运行图的要求及线路纵断面的变化随时进行速度调节。进站停车前进行制动，降低机车速度，直至最后停车.列车的整个运行过程，情况虽然很更杂，但概括起来，却只存在起动、调速、制动三种基本的运行状态。这三种基本运行状态实质都是速度的调节，只是起动和制动是调速的两种特殊形式而己.因此，电力机车速度调节是牵引列车运行时最为根本的任务之一，也是完成运输任务的主要手段之一。电力机车是以牵引电动机作为传动设备的，所以电力机车的调速本质上是牵引电动机的调速。不同种类的电力机乍、选用牵引电动机的种类不同，调速的方式就不同，而调速方式又会影响机车的牵引性能、功率因数。本章符分别讨论不同传动形式电力机车的调速问题，并重点讨论整流器电力机车的速度调节。通过本章的学习，应达到以下目标：I,掌握交直型整流器机车相控调压调速的原理：2,掌握机车上常用的磁场削弱方法；3、了解电压调节下、磁场削弱下的机车特性。第一节概述一、电力机车调速的基本要求电力机车无论采用何种调速方式，从运行安全的角度出发，下列基本要求都必须得到满足：I、宽广的调速范围。只有具备宽广的调速范围才能满足列车运行速度不断提高的需要:二、磁场削弱的方法根据式(20-1).磁场削弱的方法有两类:1 .改变励磁绕组匝数设变励磁绕组匝数，即聘牵引电动机励磁绕组分段，通过改变牵引电动机励磁绕组的有效瓯数，使流过牵引电动机电枢的电流只通过一部分励磁绕组(有效匝数)，来达到削弱磁场，此时磁场削弱系数B的表达式为：错误;未找到引用源.式中：Im=Ia牵引电动机电枢电流“错误!未找到引用源.一牵引电动机磁场削弱后励磁绕组匝数wm牵引电动机满磁场时物磁绕组匝数。由上式可以看出，采用励磁绕组分段进行磁场削弱时，磁场削弱系数B仅与分段绕组的匝数比有关，与电流值无关。通常直流电力机车利用牵引电动机物磁绕组分段法进行磁场削弱谢速。采用励磁绕组分段法的优点是磁场削弱系数精确，不足的是电机内部结构变得复杂。一般采用电机串一一并联转换法获得，但用此法获得的磁场削弱级数有限，并且要求各电机励磁绕组的电阻值精确,否则电机励磁绕组电阻值的微小差别，都将引起电机遨场削弱系数不,致。采用励磁绕组分段法磁场削弱的原理如图20-1图20-1物够族把分段法原理图2 .改变励磁绕组的电流改变励遨绕组的电流，也就是使牵引电动机电枢电流中的一部分流过牵引电动机的励磁绕组，从而完成磁场削弱。此时磁场削弱系数B的表达式为：幡误!未找到引用源.式中：1.r,牵引电动机磁场削弱后流过励瞄绕组的电流，I牵引电动机满磁场时流过励盛绕组的电流，即电枢电流。m改变励磁绕组电流的方法可仃以下儿种：(I)电阻分路法电阻分路法就是在励磁绕组的两端并联电阻对励磁电流进行分路，从而达到削弱磁场的目的，原理见图20-2所示。图2O2电见分路法通理满磁场时，接触器I未闭合，此时牵引电动机电枢电流Ia全部流过励能绕组，I1=Ia,其磁势为IaW:削弱磁场时，接触器1闭合，磁场削弱电阻R并联在励磁统组两端，对励磁绕组起分流作用。此时电枢电流被分为两路，路流过电阻R,的电流I”另一路流过励磁线组的电流1.,此时磁势为IW,Ia=I.+1.,磁场削弱系数B的表达式为：错误!未找到引用源.上式说明，B值的大小仅与两支路中电流的分配有关，而与电机励蹂绕组匝数无关。若设励磁绕组的电阻为R,因为1.R=I曲，且1.a=1.+k所以导出F式:错误:未找到引用源。<20-2)A(20-2)说明B值取决丁励磁绕组和分路电阻的电阻值.时确定的牵引电动机来说，励破绕组阻值为定值，因此，分路电阻值R邯J数值就决定了磁场削弱系数B的大小。要改变磁场削弱系数，只须改变分路电网的阳值即可。在实际的牵引电机电路中，励磁绕组的两端直接并联着一个不可调节的分路电阻R错误!未找到引用源,称为固定分路电阻，其作用与K错误:未找到引用源.不同，是为了改善牵引电动机的换向。电阻分路法因为励磁绕组结构筒单，磁削系数调节非常方便，同时附加电能损耗很小，调速后的效率不致降低，是一种经济的调速方法。因而在交流型电力机车上得到广泛地应用。应当指出，电阻分路法要求各电机的分路电阻值必须精确一致,否则会造成各电机的B值不一致，感场削弱程度不一致。同时应当特别注意的是，上述关于磁场削弱系数B的讨论是在电路稳定工作状态卜进行的，当电路处在过渡过程时，应充分考虑励磁绕组的电感值,例如，当网压波动时，如网压突然上升造成机车工作电流突增，使电机电枢电流增加，励磁绕组的自感电势相阻止流过绕组的电流增长，而分路电阻支路电感很小，故电机中增加的电流大部分从分路电阻R,中流过。这样主极磁场便不能很快加强，造成反电势不足，致使电枢电流过大，电机严IR过载，严玳时可能引起牵引电机环火。为了弥补电阻分路法削磁的不足，采用在分路电阻支路串入适当的电感线圈，使磁削时分路的电路性班与励磁绕组的属性致，便能顺利度过过渡过程。这种方法称为磁感应分路法。目前，SS,型电力机车就采用这种方法。无论采用励磁绕组分段法或电阻(磁感应)分路法诙削，通过改变励磁绕组的段数或改变分路电阻值，均可得到不同的削题系数，获得不同程度的削弱陂场，但是若磁场削弱时由满磁场一次过渡到最深度的削弱磁场，就会产生很大的电流冲击和牵引力冲击。因此，通常采用分级磁削。级数越多，磁场削弱时电流和牵引力的冲击越小：但是级数过多会造成控制线路比杂，附加设备增多，故般曲场削弱取三级左右。从充分利用机车粘若的角度看，即使分级蹂场削弱仍会造成负我电流的冲击，使机车特性不连续，给牵引电机运行带来不利影响，同时也影响机车粘着的充分利用。(2)品闸管分路法晶闸管分路法就是利用晶闸管元件的连续、实时、可控，对牵引电动机的励磁电流根据要求的B值进行旁路，从而达到削弱磁场的目的，此种方法也称无级磁场削弱法.利用晶闸管分路法可以使牵引电动机实现平滑无级的磁场削弱.法国的8K型、国产SSX型准高速电力机车均采用无级磁场削弱，原理见图203所示。图中变压器二次储绕组为&x：,整流电路TTDR、DR采用半控桥，分路品闸管为T3、T4,平波电抗器为1.,牵引电机M的励磁绕组为CG,电枢绕组为HA”固定分路电阻为降，其工作原理以交流电压一个周波为例，分析如下：图（八）为满磁场，半控桥满开放时工作情况。正半周文为高电位时，半控桥、Da、D：导通：负半周X：为高电位时，半控桥工、DoT舟通,分路晶闸管T3、T4均不参与工作，此时半控桥整流输出的电压全部施加在平波电抗器1.,电机的电枢绕组、励磁绕组和固定分路电阻RaI上。图（b）<c）为磁场削弱、半控桥满开放时工作情况。正半周a：为高电位时，见图（b）半控桥仍为“、D,、D：导通，分路晶闸管T,在31时刻触发，由于T,加有正向电压，其值等于励磁场绕组两端电压，故触发T,导通。而半控桥中的二图2(A8二段半控桥图20-9.段半柱桥波形图图20-8给出了二段半控桥整流电路.该整流电路中变压器二次侧绕组分成电压相等的两段Ub和cd,各自接有半控桥整流电路RM用IRa,两个半控桥相串联，其中由YDJVD,提供直流续流通道，两段半控桥顺序控制。第I段(低压阶段)，首先移相控制VT-控制角为明,则ab-RH投入工作，RM.VTt.VT1被封锁即控制角c½=n,D.D1提供电流通道，绕组Cd中没有电流流过。负载电流流过绕组ab、RURM,中的D,.D,。此阶段整流输出电压的平均值为：错误!未找到引用源.(Kan)(20-11)当产兀时，Ui=O当a产0时，I错误!未找到引用源.第11段维持K、TZ-开放即J=O,移相控制T八To则Cd-RM,投入工作,负载电流流过ab、RM|、RM八cd,此时整流电压波形如图20-9（八）,原边电流波形为图20-9(d)第H段整流输出电压的平均值为:错误!未找到弓I用源.(0<.<11)(20-12)根据功率因数、相位系数、波形畸变系数公式可以求出二段半控桥的PF、DF、A°图20-7曲线IV为半控二段桥的功率因数，可见采用二段桥功率因数已有显著的提高。从图20-9(d)1.的波形看，电流畸变也有所改善.6G型电力机车和国产的SsI型电力机车主电路均采用这种二段半控桥式整流电路。2 .三段不等分桥式推流电路图20TIi段不殍分桥分段调压波形图从对二段半控等分桥整流电路的分析可以看出，随着桥段数的增多，机车的功率因数将仃所提高，但是段数的增多，会使牵引变压器二次侧绕组的分段数相应增加，整流桥臂数、整流元件的数量增多.因此而使得机车主电路更杂，控制系统复杂。为此在实际应用中，一般采用多段不等分桥整流电路，但段数不多于4。图20-10所示为三段不等分桥。变用器二次侧绕组由二段a,x,、a族组成，其中段am接成中抽式半控桥，另一段a?x?接成一般半控桥整流电路，因中抽式绕组可看作两段绕组ab、b1.,故实际上变压落二次侧绕组是三段不等分，各段绕组的电压分配比例为1：1：2,UvVD,提供直流续流通道。三段不等分半控桥式调压整流电路的升压顺序控制如下：第I段：工作,大桥调压，晶闻管的控制角为“VTJVT“晶闸管封锁，即第II段桥晶闸管的控制角,和第11段桥晶闸管的控制角,均为n.负载电流流过azx?、VTVr2VDND,、PKsM.VD1VD.输出电压、电流、变压器绕组中电流的波形如图20-11（八）,整流输出电压的平均值为：错误!未找到引用源.<,<11)(20-13)第II段:维持、/满开放即a=0,ah7T仆MXVD,四臂小桥谢压，T；、或封锁即a3=n.负载电流流过&x?、VTiVT7VDVDx、PK4M、a4b4.VTjVT4Vft1YD,.此时输出电压、电潦及变压器绕组中电流波形如图20-11(b)。整潦输出电压平均值为:错误!未找到引用源。(0<as<11)(20-14)第川段：维持TJT,满开放即a尸0,as=O,b,x1T,D息调压桥调压，负载电流流过三段变压器绕组和三段半控桥。电压、电流波形如图20U(c)。此时整潦电压平均值为：错误!未找到引用源.(0<a1<11)(20-15)三段不等分桥的功率因数曲线见图207(V),它与二段桥相比功率因数较高,波形畸变也偏小了，基本是在09上卜.波动。此种整流调压方案被广泛地应用在整流落电力机车上。国产SSs、SS4xSS/100O等系列电力机车均采用此种调压方案。8K机车亦采用三段不等分桥，所不同的是8K机车调压整流的第一段柝为全控桥，但工作于类似半控状态，制动时可实施再