列車電力傳動(dòng)與控制第1章交-直流傳動(dòng)技術(shù)課件

1、列車電力傳動(dòng)控制列車電力傳動(dòng)與控制交-直流傳動(dòng)系統(tǒng)(EL/EMU)2022/7/241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 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

2、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調(diào)壓、2022/7/243調(diào)壓開關(guān)與晶閘管結(jié)合的級間平滑調(diào)壓和相控?zé)o級調(diào)壓。調(diào)壓開關(guān)與二極管組合的有級調(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)合的級間平滑調(diào)壓是介于有級調(diào)壓與無級調(diào)壓方式之間的一種過渡調(diào)壓方式，應(yīng)用較少，國

3、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。 縱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)2022/7/244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

4、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：2022/7/245 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。2022/7/2461.1 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

5、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

6、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

7、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。 控制電路就是執(zhí)行司機(jī)的控制命令或意圖，完成對主電路、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)

8、，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。1.2 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)，是通過對直流(脈流)牽引電

9、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牽引電動(dòng)機(jī)如何調(diào)速的問題。 2022/7/2412 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。2022/7/24131.2.1 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)

10、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。2022/7/2414 (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)勢和

11、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13c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），

12、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13d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，對列車產(chǎn)生制動(dòng)力。 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

13、性 由公式 及 可得出： 對于他勵(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。2022/7/2418 對于串勵(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)2022/7/2419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

14、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2022/7/2420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14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： 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)

15、2022/7/2422 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2022/7/2423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

16、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16所示。 對于串勵(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2022/7/2425勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)的防

17、空轉(zhuǎn)能力比較如圖17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)速是以額定電壓對應(yīng)轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。 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

18、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對應(yīng)的速率特性曲線上的b點(diǎn)，如圖1-8所示。在b點(diǎn)，Ia2Ia1，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)2022/7/2428的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，電動(dòng)機(jī)將在c

19、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。 2.弱磁調(diào)速 對于機(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)施磁場削弱調(diào)速，即進(jìn)行磁場削弱調(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)2022/7/2430 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，這對電動(dòng)機(jī)換向帶來困難。

20、通過對串勵(lì)繞組電流進(jìn)行分流，可實(shí)現(xiàn)磁場削弱。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110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，只能是有級變化，這種磁削方法稱為電阻有級磁削。(1-4)2022/7/2431 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)對勵(lì)磁電流的連續(xù)調(diào)節(jié)，達(dá)到無級削磁的目的。此方法只適合于電力機(jī)車/EMU。 磁場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)2022/7/2434 為了減小磁削后由于電樞電流增大而產(chǎn)生

21、的沖擊，磁削電阻一般都是采取分級并入的方法。磁削深度一定時(shí)，磁削電阻的并入級數(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)的級數(shù)以2-3級為宜。 (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)無級磁場削弱?？煽卦话悴捎镁чl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)。2022/7/2435 無論采用何種磁削方式，對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

22、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。2022/7/24361.3 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

23、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，對應(yīng)的調(diào)壓方式可分為有級調(diào)壓和無級調(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級調(diào)壓。2022/7/2437 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)，完成對輸出電壓的有級調(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

24、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：2022/7/2438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)2022/7/2440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)2022/7/2441 通過對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

25、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)2022/7/2442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。2022/7/2443 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

26、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( 、 ) 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)2022/7/2445 對于純電阻負(fù)載， 。 對于電力機(jī)車，整流電路的負(fù)載為反電勢負(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)

27、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)生自感電勢將阻止電流的變化，可減小電流的(1-11) 工程設(shè)計(jì)中脈動(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 2022/7/24471.3.2 單相可控整流電路 單相可控整流電路

28、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)車相對要少一點(diǎn)。 1.全控橋式整流電路 全控橋式整流電路如圖114所示。 組成一對橋臂， 組成另一對橋臂。2022/7/2448 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，電感對負(fù)載電流起到平

29、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2022/7/2450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)2022/7/2451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

30、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?。 可控元件的導(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)：2022/7/2452 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。2022/7/2453 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

31、路的切換。 功率因數(shù)與輸出電壓成正比。 可控元件每次導(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。2022/7/2454 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116所示。 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)

32、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 ， 。 2022/7/2457 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?，?。以后重復(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。 2022/7/2458 輸出電壓：(1-13)2022/7/2459 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

33、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118 不同整流電路的功率因數(shù) 3.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。2022/7/24611.3.3 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/E

34、MU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2022/7/2462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

35、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0.50.6左右，諧波成分增加，對電網(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2022/7/2463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

36、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。2022/7/24641.3.4 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-

37、0.84左右，實(shí)際等效干擾電流約為6A左右。2022/7/2465 1.二段半控橋 變壓器二次側(cè)繞組由兩段完全對稱的繞組組成，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117、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1-182022/7/2466所示。當(dāng)VT1、VT2達(dá)到

38、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118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)榘肟貥颍硪欢螛虿捎萌貥?。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

39、再生制動(dòng)，對改善機(jī)車牽引性能、節(jié)約能源有一定的益處。 2.三段不等分繞組構(gòu)成的三段半控橋 根據(jù)對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：2022/7/247

40、0 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、2022/7

41、/2473VT6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： 三段不等分半控橋相對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。2022/7/2475 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

42、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。 控制過程是先對中抽式半控橋進(jìn)行移相順序控制，待其完全開放時(shí)，對普通半控橋進(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2022/7/2476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： 第段：觸發(fā)VT3、VT4，繞組a2b2投入工作， 對VT3、VT4、VD3、VD4橋進(jìn)行移相控制， 由VD1、VD2 提供續(xù)流通

43、路。整流輸出電壓為（01/4）Ud。 第段：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(、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2022/7/2477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VT3、VT4 和VT5、VT6完

44、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。 第段：保持 VT1、VT2 全開放狀態(tài)，再次對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（1/23/4）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)2022/7/2479的邏輯轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)來保證。 第段：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（3/41）Ud。至此調(diào)節(jié)過程完成。

45、 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。2022/7/2480 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

46、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。2022/7/24811.4 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。2

47、022/7/2482 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、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2022/7/2483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

48、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??；2022/7/2484 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

49、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。 2022/7/24851.4.3 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；2022/7/2486 - 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

50、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126所示。 可列出此電路的電勢平衡方程式： 2022/7/2487 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)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)2022/7/2489 由制動(dòng)力公式可知，制動(dòng)力的調(diào)節(jié)可通過改變

51、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)2022/7/2490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

52、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2022/7/2491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127中曲線 所示。最大制動(dòng)電

53、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。2022/7/2492 (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

54、流的允許工作區(qū)域。2022/7/2493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)2022/7/2494 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 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。對于裝有換向極的牽引電機(jī)，由于氣隙中磁場畸變不嚴(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 。電抗電勢 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

55、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(118)，可得到制動(dòng)力與電抗電勢之間的關(guān)系：2022/7/2495 由此可見，在電抗電勢 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)，其最高電抗電勢所對應(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)2022/7/2496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

56、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。2022/7/2497 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)車速度的變化而成正

57、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128所示。 (2) 恒電流制動(dòng)特性 恒電流制動(dòng)特性曲線如圖129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2022/7/24100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

58、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130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2022/7/24102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)級位數(shù)，

59、n=111； v機(jī)車速度(kmh)。(1-22)2022/7/24103 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2022/7/24104流不變，必須要有外部電源對

60、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)2022/7/24105 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