電力牽引傳動

1、電力牽引傳動與控制第1章 電力牽引傳動與控制系統(tǒng)概述1、 系統(tǒng)組成與功用1.內(nèi)燃機車電力傳動與控制系統(tǒng)組成電力機車電力傳動與控制系統(tǒng)組成2. 機車理想牽引特性曲線 圖1.2 牛馬特性理想特性要求：機車在運行時能經(jīng)常利用其動力裝置的額定功率.即：F·V=3.6·N=const.3. 電傳動裝置的功用？ 圖1.3 柴油機功率特性和扭矩特性充分利用和發(fā)揮機車動力裝置的功率；擴大機車牽引力F與速度V的調(diào)節(jié)范圍；提高機車過載能力，解決列車起動問題；改善機車牽引控制性能。Why要電傳動：柴油機通過機械直接傳動不能適應(yīng)機車起動、過載、恒功等要求二、系統(tǒng)分類1.直-直電力傳動系統(tǒng) 內(nèi)燃或電

2、力機車采用直流牽引發(fā)電機或直流電網(wǎng)直接向數(shù)臺直流牽引電動機供電的傳動方式。特點： 調(diào)速性能優(yōu)良，系統(tǒng)簡潔。 直流牽引電機造價較高，但可靠性、維護性相對較差。 受直流電機換向條件和機車限界、軸重等限制，主發(fā)電機單機功率受到限制。一般在2200KW以下。 車型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等2. 交-直電力傳動系統(tǒng) 內(nèi)燃或電力機車采用交流牽引發(fā)電機或單相交流網(wǎng)及變壓器，通過整流器向數(shù)臺直流牽引電動機供電的傳動方式。特點：采用三相交流同步發(fā)電機，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，重量輕，造價較低。適用于大功率機車。車型： DF4， DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。3. 交-

3、直-交電力傳動系統(tǒng) 內(nèi)燃或電力機車采用交流牽引發(fā)電機或單相交流電網(wǎng)及變壓器，經(jīng)整流器將交流電變換成直流，再通過逆變器將直流電變換成頻率和幅值按列車運行控制要求變化的交流電，向數(shù)臺交流牽引電動機供電的傳動方式。特點：采用交流牽引電機，徹底克服了直-直系統(tǒng)的不足，重量輕，造價低，可靠性及維修性好良好的粘著性能適用于大功率控制系統(tǒng)復(fù)雜車型：DF4DAC,NJ1; DJ,DJ2,DJJ1,DJ4; HX、CRH系列等3、 發(fā)展歷史與現(xiàn)狀1.大功率（內(nèi)然）機車電力傳動與液力傳動兩種主要傳動方式的演變與發(fā)展 主要趨勢：電力傳動2. 電力傳動形式的發(fā)展： 直-直交-直交-直-交 發(fā)展趨勢：大功率、電力牽引、

4、交流傳動第2章 、電力牽引交-直傳動與控制、1、 直流牽引電動機1. 基本方程 感應(yīng)電勢和電磁力矩 電樞感應(yīng)電勢：Es=Cesn（v） （2-1）電樞電磁力矩：M=CmsIs（N·m） （2-2）式中：n 電機轉(zhuǎn)速（r/m） s 每極下磁通量（wb)Is 電機電樞電流（A）Ce=pN/60a（電機電勢常數(shù)）Cm=pN/2a（電機扭矩常數(shù)）p 極對數(shù)；a 電樞繞組并聯(lián)支路對數(shù)；N 電樞繞組有效導(dǎo)體總數(shù)電勢平衡方程轉(zhuǎn)矩平衡方程式能量（功率）平衡方程2. 直流牽引電動機的工作特性-著重把握比較串勵與他勵直流牽引電動機 轉(zhuǎn)速特性：n =f（Is）轉(zhuǎn)矩特性：M=f（Is）機械特性：n =f（M

5、）條件：不對電源電壓和勵磁電流進行人為調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速特性n =f（Is）由（2-1）和（2-4）式可得：n=(Us-IsRs)/(Ces) =Us /(Ces)- IsRs /(Ces)（2-9）他勵電機：sconst. n=no-kIs -（硬特性）串勵電機：skIs（磁路未飽和時） n=a/Is-b -（軟特性） 其中 no =Us /(Ces)；k，k，a，b為常數(shù)。轉(zhuǎn)矩特性M=f（Is） 機械特性n=f(M)直流電動機特性 牽引性能分析與比較1.電氣穩(wěn)定性：一般情況下，串勵和他勵電動機具有電氣穩(wěn)定性。但他勵電機穩(wěn)定余量較小，對于無補償繞組的電機，由于電樞反應(yīng)的去磁作用，在大電樞電流時，有可

6、能進入不穩(wěn)定狀態(tài)。2.負載分配性：當多臺牽引電動機并聯(lián)工作、電機特性有差異時，串勵電機比他勵電機負載分配不均勻程度要小得多。同一臺機車動輪直徑有差異時，采用串勵牽引電動機比他勵電機負載分配均勻。3.輸入電壓波動對電機電流和牽引力的影響：當外加電壓突變時，由于他勵電動機勵磁不變，電樞反電勢不能及時增加，將使過渡過程開始階段電樞電流沖擊過大，串勵電機電流沖擊要小得多。4.牽引電動機功率利用：串勵牽引電動機具有軟特性，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增大而自動降低，故串勵電動機的功率變化比他勵牽引電動機要小，接近恒功率曲線，可以更合理地利用與牽引功率有關(guān)的電器設(shè)備容量。5.粘著性能分析比較：串勵電動機由于特性較軟，空轉(zhuǎn)

7、發(fā)生后的穩(wěn)定滑動速度V4高于他勵電動機的穩(wěn)定滑動速度V3。從粘著重量的利用觀點出發(fā)，他勵牽引電動機優(yōu)于串勵牽引電動機。3. 速度調(diào)節(jié)調(diào)壓調(diào)速：改變 Us調(diào)速n2/n1Us2/Us1 （2-13） （ 假定IsRs0時）磁場削弱調(diào)速：根據(jù)電機轉(zhuǎn)速公式，近似有：n2/n1s1/s2 （2-15）思考題：1.恒功率控制條件下，牽引電動機磁場削弱前后的工作狀態(tài)如何變化？a. 磁場削弱后瞬間電機電樞電流增大,電壓減?。ê愎刂葡到y(tǒng)作用）；b. 根據(jù)扭矩平衡方程可知，若外界阻力Mz不變且電磁力矩M與Mz已處于平衡狀態(tài)，則電機轉(zhuǎn)速將保持不變。但若在Mz< M時進行磁場削弱，則電機轉(zhuǎn)速可增大，機車速度增

8、加2. 恒功磁場削弱調(diào)速過程及優(yōu)缺點分析a.經(jīng)濟調(diào)速，可重復(fù)使用主發(fā)電機的恒功曲線，擴大機車恒功調(diào)速比。b.使牽引電動機換向條件惡化，運行可靠性降低。2、 同步交流牽引發(fā)電機貌似并不是重點，看起來也并不會像考的樣子；感興趣的同學(xué)可以看一看PPT，只求及格的話，可以跳過。3、 交-直型內(nèi)燃機車恒功調(diào)速系統(tǒng)1. 系統(tǒng)任務(wù)與要求a.機車恒功系統(tǒng)的任務(wù)機車柴油機恒功輔助功率+牽引功率恒定輔助功率變化時，調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機勵磁恒功機車柴油機恒功（輔助功率不變）牽引功率恒定牽引發(fā)電機恒功輸出恒功勵磁調(diào)節(jié)b.要求： 機車全功率運行-柴油機額定工況 機車部分功率運行-柴油機按經(jīng)濟特性運行 寬廣的調(diào)速范圍（恒功調(diào)速

9、比等） 良好的起動性能（啟動牽引力，平穩(wěn)性等） 其他牽引性能要求（粘著利用，節(jié)能，可靠性，維修性等）2. 電路組成結(jié)構(gòu) a. 間接控制方式 控制信號功率小，時延，慣性大 b.直接控制方式 系統(tǒng)簡潔，動態(tài)性能較好，但需要較大的控制功率主電路結(jié)構(gòu)優(yōu)點： 現(xiàn)代大功率的交-直機車多采用全并聯(lián)主電路形式，電路簡潔，粘著利用較好； 采用磁場削弱調(diào)速較經(jīng)濟地擴大了機車恒功調(diào)節(jié)范圍；特點：主電路中支路數(shù)較少；擴大了牽引發(fā)電機的調(diào)壓范圍，可有效地增大機車恒功調(diào)速比；粘著利用較全并聯(lián)方式差；3. 牽引發(fā)電機恒功勵磁控制系統(tǒng)基本工作原理原理：任何閉環(huán)控制系統(tǒng)均基于“檢測偏差，糾正偏差”原理工作；采用具有積分環(huán)節(jié)的調(diào)

10、節(jié)器，可使系統(tǒng)靜態(tài)誤差為0，成為無“靜差”系統(tǒng)；4. 電子恒功勵磁系統(tǒng)（ND5-框圖）系統(tǒng)特點：采用大規(guī)模集成模擬電路，實現(xiàn)綜合控制，改善了機車牽引性能；采用勵磁機勵磁直接控制方式，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能；將柴油機廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速、超速信號引入勵磁控制系統(tǒng)，改善了柴油機的燃燒狀態(tài)；設(shè)置有“功率斜坡”單元，改善了機車的起動性能，提高了機車的粘著利用并實現(xiàn)多參數(shù)綜合控制；4、 內(nèi)燃機車電力傳動裝置參數(shù)1. 衡量機車牽引性能的主要參數(shù)指標機車最大起動牽引力FQmax-機車發(fā)揮Fc時的速度；機車持續(xù)牽引力Fc-牽引電動機在全磁場持續(xù)電流工作時發(fā)揮的牽引力；機車持續(xù)速度Vc-機車發(fā)揮Fc時的速度；

11、機車恒功速度范圍及恒功最大速度Vpmax-是指機車發(fā)揮滿功率時所能達到的最高恒功率運行速度；機車構(gòu)造速度Vg-一般等于機車最大速度。2. 恒功率控制下的主要調(diào)節(jié)參數(shù)恒功調(diào)速比 和 電傳動系統(tǒng)參數(shù)3. 牽引電機容積功率概念5、 交-直型電力機車傳動與控制系統(tǒng)1. 主電路結(jié)構(gòu)與工作原理1）牽引電動機供電及其連接方式a.集中供電、牽引電動機并聯(lián)（SS1，SS3）b.部分集中供電、同一轉(zhuǎn)向架牽引電動機并聯(lián)（SS4，6G）c.部分集中供電、同一轉(zhuǎn)向架牽引電動機串聯(lián)（8K）d.部分集中供電、不同轉(zhuǎn)向架牽引電動機并聯(lián)（6K）2） 整流電路形式與工作原理a.調(diào)壓開關(guān)+二極管整流電路（SS1）b.多段橋順序控制

12、（半控或全控橋）電路多段（半控）橋相控整流電路工作原理：二段半控橋、四段半控橋6、 電阻制動1. 電氣制動-再生制動和電阻制動-基本原理PPT并沒有明確說明原理 就是一堆公式 感覺并不會考 無關(guān)緊要啦2. 電阻制動特性與制動工況限制范圍1） 三種制動控制特性：恒勵磁制動特性、恒制動電流制動特性、恒速制動特性2） 制動工況限制范圍：最大勵磁電流，最大粘著，最大制動電流，換向條件，最大速度7、 黏著控制1. 基本概念2. 黏著控制目的？在保證不發(fā)生空轉(zhuǎn)前提下，獲得最大的粘著利用率，使機車能發(fā)揮最大平均牽引力3. 黏著控制方法？傳統(tǒng)的校正型黏著控制方法；基于黏著特性及蠕滑速度控制的現(xiàn)代黏著控制方法（

13、蠕滑速度法和黏著斜率法）4. ND5機車空轉(zhuǎn)檢測保護電路特點？1）脈沖轉(zhuǎn)速檢測（f/v）2）加速度檢測（轉(zhuǎn)速微分）3）輪徑自動校正（惰行狀態(tài)及V>12km/h下進行）4）空轉(zhuǎn)檢測分析與空轉(zhuǎn)信號的分級輸出（四級空轉(zhuǎn)信號）8K電力機車空轉(zhuǎn)檢測保護電路特點？1）輪徑修正2）檢測輪對速度差、加速度及加速度變化率3）牽引電動機電流給定修正算法4）自動尋找并記憶最大粘著系數(shù)時的電流值第3章 、電力牽引交流傳動與控制1、 電力牽引交流傳動技術(shù)概述1. 機車交流傳動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)交流傳動機車（電動車組）：指采用靜止式變流器供電和交流異步或同步牽引電動機驅(qū)動的機車（電動車組）變流器類型：交-交變流器（直接

14、式）、交-直-交變流器（間接式）系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)型式：交-直-交（電壓型）變流器+交流異步牽引電機系統(tǒng)（普遍應(yīng)用）交-直-交（電壓型）變流器+交流同步牽引電機系統(tǒng)交-直-交（電流型）變流器+交流異步牽引電機系統(tǒng)交-交變流器+交流同步牽引電機系統(tǒng)2. 大功率電力電子器件晶閘管（Thyristor）70年代及以前使用的主要開關(guān)元件：半控，低頻GTO（Gate turn-off thyristor） 80年代，電流控制可關(guān)斷元件，已廣泛用以大功率變流器GTR（Gaint Transistor）大功率晶體管電流控制雙極型自關(guān)斷元件， 通態(tài)壓降低功率場效應(yīng)管（Power MOSFET）(Metal Oxid

15、e Semiconductor Field Effect Transistor)IGBT(Insulated Gate Biplar Trasistor)絕緣柵雙極晶體管兼有MOSFET和GTR的優(yōu)點：高速（20-50kHz)、高阻抗，低壓降等混合器件，電壓控制元件PM（Intelligent Power Module)智能功率模塊集功率開關(guān)、驅(qū)動隔離電路以及過流、過壓、過熱保護等于一體的智能型模塊3. 交流傳動的優(yōu)點1）異步電動機陡峭的自然外特性利于抑制機車空轉(zhuǎn)和打滑，可大幅度提高機車的粘著性能2） 牽引電機結(jié)構(gòu)簡單、可靠，電機熱利用率高，維護、維修方便，運用維護費用低3） 單機容量大（不受

16、換向限制），轉(zhuǎn)速范圍寬，重量輕體積小4） 交流傳動機車功率因數(shù)高，等效干擾電流小，節(jié)能，環(huán)保5） 三相鼠籠式異步牽引電動機造價低2、 電力牽引交流傳動基礎(chǔ)1.異步牽引電動機的基本特性1）電磁轉(zhuǎn)矩特性2) 臨界轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率與電機其它參數(shù)的關(guān)系3） 機械特性M=f(n)4） 諧波電流（磁場）引起的諧波轉(zhuǎn)矩（附加轉(zhuǎn)矩）對機械特性的影響高次諧波電流（磁場）使電機啟動階段轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大幅波動，惡化了起動性能，并可使電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或大幅波動。2. 異步牽引電動機調(diào)速方法？改變定子繞組磁極對數(shù)p改變轉(zhuǎn)差率s改變電機輸入頻率f13. 異步牽引電動機控制規(guī)律的選擇A. 異步牽引電動機牽引控制規(guī)律的選擇？啟動加速階

17、段-近似恒牽引力正常牽引工況-恒功率限速階段 -恒速運行B.牽引控制規(guī)律的選擇？最小電動機匹配控制規(guī)律、最小逆變器匹配控制規(guī)律三、交-直-交牽引逆變器原理1.交-直-交系統(tǒng)牽引變流器組成結(jié)構(gòu)整流器+逆變器2. 控制基本原理？a.矩形波法控制逆變器組成與逆變原理逆變器正負主開關(guān)狀態(tài)在逆變輸出頻率的每一個周期內(nèi)轉(zhuǎn)換一次，使負載電位按正負兩個180°（或120°）寬的矩形波變化。B.分諧波法（脈寬調(diào)制PWM）控制-SPWM控制基本思路： 克服矩形波控制法在低頻輸出時諧波電流成分大的缺點； 使各相正負主開關(guān)狀態(tài)在逆變器輸出頻率的每一個周期內(nèi)進行多次轉(zhuǎn)換，從而將“大矩形波” 分割成多個 等效“小矩形波”， 在要求輸出正弦電壓時，上述