電力機(jī)車工作原理

電力機(jī)車工作原理

第一節(jié)直直型電力機(jī)車工作原理

第二節(jié)交直型整流器電力機(jī)車工作原理

第三節(jié)交直交型電力機(jī)車工作原理

第一節(jié)直直型電力機(jī)車工作原理

重點(diǎn)：直流電力機(jī)車的特點(diǎn)和基本特性難點(diǎn)：直流電力機(jī)車的基本特性

一、基本工作原理

電機(jī)是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械設(shè)備。直流電力機(jī)車是現(xiàn)代電力機(jī)車中最為簡單的一種。它使用的是直流電源和直流串勵牽引電動機(jī)，其工作原理如圖１－１所示。目前有些工礦電力機(jī)車、地鐵電動車組和城市無軌電車仍采用這種型式。

圖1-1直流電力機(jī)車工作原理

工作過程為：機(jī)車由受電弓從接觸網(wǎng)取得直流電，經(jīng)斷路器QD，啟動電阻R向四臺直流牽引電動機(jī)M1～M4供電，牽引電流經(jīng)鋼軌流回變電所。當(dāng)四臺牽引電動機(jī)接通電源后即行旋轉(zhuǎn)，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再分別通過各自的齒輪傳動裝置，驅(qū)動機(jī)車動輪牽引列車運(yùn)行。

二、直流電力機(jī)車的特點(diǎn)

１.機(jī)車結(jié)構(gòu)簡單，造價低，經(jīng)濟(jì)性好；２.采用適合于牽引的直流串勵電動機(jī)，牽引性能好，調(diào)速方便；３.控制簡單，運(yùn)行可靠；４.供電效率低。由于受牽引電動機(jī)端電壓的限制，接觸網(wǎng)電壓一般為1500伏～3000伏。傳輸一定功率時電流較大，接觸網(wǎng)導(dǎo)線損耗量較大，因此供電效率低。

５.基建投資大。為了減少接觸網(wǎng)上的壓降，電氣化區(qū)段的牽引變電所數(shù)量較多，造成基建投資大。６.效率低，有級調(diào)速。由于機(jī)車使用調(diào)壓電阻進(jìn)行啟動、調(diào)速，因此調(diào)節(jié)過程中有能量損耗使效率很低，同時也難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、平滑地調(diào)節(jié)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用斬波器技術(shù)進(jìn)行調(diào)速，可以對牽引電動機(jī)端電壓進(jìn)行連續(xù)、平滑地調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。三、直流電力機(jī)車的基本特性

直流電力機(jī)車的基本特性包括機(jī)車的速度特性、牽引力特性、牽引特性。

1.速度特性

機(jī)車運(yùn)行速度與牽引電動機(jī)電樞電流的關(guān)系，稱為機(jī)車速度特性，即V=f(Ia)。機(jī)車速度特性計算公式的推導(dǎo)過程如下：

電機(jī)轉(zhuǎn)速公式：

由以上兩式得出機(jī)車速度特性計算式：

V=2.牽引力特性

機(jī)車牽引力等于各動輪輪周牽引力的總和，機(jī)車牽引力與牽引電動機(jī)電樞電流的關(guān)系，稱為機(jī)車的牽引力特性，即FK=f（Ia）。機(jī)車牽引力特性計算公式推導(dǎo)如下：牽引電動機(jī)的功率:（kW）

機(jī)車的輪周功率：

（kN）

根據(jù)功能原理：

故得出機(jī)車牽引力特性計算公式為：

或根據(jù)電動機(jī)功率方程式：表示成：

式中：V——機(jī)車速度；M——牽引電動機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩；ηd——牽引電動機(jī)效率；ηc——傳動裝置效率；Ω——牽引電動機(jī)軸速度（rad/s）;m——機(jī)車配用電動機(jī)數(shù)目，對于個別傳動機(jī)車為機(jī)車動軸數(shù)；Fk——機(jī)車輪周牽引力(kN)。上式的物理含義很明顯，就是機(jī)車的牽引力與牽引電動機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)。實(shí)際上由于牽引電動機(jī)特性的差異，運(yùn)用中環(huán)境條件的差異，機(jī)車每個動輪所能發(fā)揮的牽引力是不同的，因此試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)往往低于按一臺電動機(jī)平均計算公式計算的結(jié)果。從上面的分析我們知道，機(jī)車的速度特性和牽引力特性均是從牽引電動機(jī)的特性歸算至輪周的特性，所以機(jī)車的速度特性曲線和牽引力特性曲線與牽引電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性曲線、轉(zhuǎn)矩特性曲線具有相同的趨勢。

3.牽引特性

機(jī)車牽引力與機(jī)車速度的關(guān)系，稱為機(jī)車的牽引特性。即FK=f(v)。機(jī)車牽引特性曲線一般由機(jī)車型式試驗(yàn)測出?；蛟谝阎獧C(jī)車速度特性曲線和牽引力特性曲線后，給定一電機(jī)電樞電流Ia值，求出機(jī)車牽引特性的一組FK–v值，根據(jù)不同負(fù)載下的數(shù)組FK–v值，繪出機(jī)車牽引特性曲線。

第二節(jié)交直型整流器電力機(jī)車工作原理重點(diǎn)：交直型電力機(jī)車的原理和特性難點(diǎn)：直流電力機(jī)車的基本特性

一、基本工作原理和特點(diǎn)

圖1-2整流器電力機(jī)車工作原理

圖1-2所示為整流器電力機(jī)車的兩種基本原理線路圖。單相交流電由接觸網(wǎng)通過受電弓引入牽引變壓器的高壓繞組，再經(jīng)鋼軌接地。

1.中點(diǎn)抽頭式全波整流電路電力機(jī)車工作原理在圖1-2（a）中牽引變壓器二次側(cè)繞組分成oa、ob兩段，兩段電壓大小相等、方向相反。整流元件D1、D2的正極分別與二次側(cè)繞組的a、b點(diǎn)相接，負(fù)極相互聯(lián)接在一起。牽引電動機(jī)的一端與變壓器二次側(cè)繞組的中點(diǎn)o相接，另一端經(jīng)平波電抗器PK與整流電路的輸出端即整流元件的負(fù)極相接。電路正常工作，當(dāng)變壓器二次側(cè)電壓正半周a點(diǎn)為高電位時，整流元件D１導(dǎo)通，電流由a點(diǎn)經(jīng)D1、平波電抗器PK、牽引電動機(jī)M回到O點(diǎn)，構(gòu)成一閉合回路。此時，整流元件D2因承受反向電壓而截止。當(dāng)變壓器二次側(cè)電壓負(fù)半周b點(diǎn)為高電位時，整流元件D2導(dǎo)通，電流由b點(diǎn)經(jīng)、D2、平波電抗器PK、牽引電動機(jī)M回到O點(diǎn)，也構(gòu)成一閉合回路。D1因承受反向電壓而截止。由此可知，在交流電壓的正負(fù)兩個半周內(nèi)，變壓器二次側(cè)繞組oa、ob交替流過電流而牽引電動機(jī)Ｍ中則始終流過連續(xù)不斷的方向不變的電流，保證了直流（脈流）牽引電動機(jī)的正常工作。

2.橋式全波整流電路電力機(jī)車工作原理

電路正常工作，當(dāng)變壓器二次側(cè)電壓正半周a點(diǎn)為高電位時，整流元件D1、D3導(dǎo)通，整流電流由繞組a點(diǎn)經(jīng)整流元件D1、平波電抗器PK、牽引電動機(jī)Ｍ、整流元件D3回到繞組b點(diǎn)，此時整流元件D2、D4承受反向電壓而截止。在變壓器二次側(cè)電壓負(fù)半周b點(diǎn)為高電位時，整流元件D2、D4導(dǎo)通，整流電流由b點(diǎn)經(jīng)整流元件D2、平波電抗器PK、牽引電動機(jī)Ｍ、整流元件D4回到a點(diǎn)。此時整流元件D1、D3因承受向電反壓而截止。由此可見，在交流電壓的正、負(fù)半周內(nèi)都有電流流過變壓器二次側(cè)繞組且方向不同，而牽引電動機(jī)Ｍ中則始終流過方向不變的電流。3.現(xiàn)整流晶器電圍力機(jī)志車的圍工作到特點(diǎn)由以襪上分敏析，忠我們左可以賭看出驅(qū)整流圍器電概力機(jī)沒車有醒以下下特點(diǎn)駛：⑴整則流器政電力化機(jī)車歷的變壟流過道程是優(yōu)在機(jī)哀車內(nèi)至完成仆的（挎直直至型電皮力機(jī)杠車的挑變流予過程抱是在恥牽引竄變電庭所進(jìn)保行）魚，因危此整凱流器希電力錘機(jī)車津是一池個集膛變壓舌、變霸流、丈牽引列為一均體的臭綜合飛裝置喂，不雁僅簡涉化了覆電氣仇化牽態(tài)引的憲供電破設(shè)備敘，而慌且由雷于采疤用交廁流電籃網(wǎng)供震電，深提高鎖了接給觸網(wǎng)脅的供緒電電岔壓，桑使一續(xù)定功砌率的補(bǔ)電能薄得以費(fèi)采用霞小電仇流輸春送，下既可廉減小鈴接觸妹網(wǎng)導(dǎo)何線的活截面鍬，節(jié)緞省有界色金丟屬用隔量，荷也可勤減少姓電能門損耗飛，提遍高電辮力機(jī)婦車的帳供電收效率逝。⑵由江于機(jī)過車內(nèi)譜設(shè)有探變壓掏器，樓調(diào)壓廁十分幫方便筑，牽袋引電招動機(jī)券的工系作電橡壓不取再受吧接觸望網(wǎng)電賽壓的頸限制卷，機(jī)湖車就臨可以城選擇嶺最有倍利的敢工作半電壓白，使布牽引壞電動慚機(jī)的犯重量忽／造滅價比怒降低間，同芳時工餅作更圓為可早靠。⑶牽憤引電殊動機(jī)益采用某適合預(yù)牽引斧的串琴勵或媽復(fù)勵親電動植機(jī)，噸可以進(jìn)獲得虜良好厘的牽倍引性柿能和盾啟動隔性能吃，尤響其啟魂動時例它采干用了菌調(diào)節(jié)窄整流斜電壓瘋的方蠻式，喜省略扣了啟炊動電韻阻，貼不僅嗚減輕絨了電茫氣設(shè)依備的欺重量悔、降麗低了候啟動術(shù)能耗脾，而謹(jǐn)且改競善了階電力肆機(jī)車落的啟喘動性存能，辯提高敏了機(jī)湯車的仍運(yùn)行務(wù)可靠輕性。但是床，由蕉于整毯流器縱電力宰機(jī)車庸采用咬單相恒50hz整流諒，其艙輸出吹電壓煮有很絮大脈血動，闊因而酒流過防牽引蛛電動扔機(jī)的垃電流朋也有跡較大分脈動商。脈土動電冰流不量僅使鼻牽引剛電機(jī)茄的損稻耗增伴加，疤而且紅使?fàn)繎{引電舉機(jī)的進(jìn)換向弓惡化糾，因準(zhǔn)此在聰整流回器電撲力機(jī)塘車上沈需要河裝設(shè)災(zāi)平波囑電抗著器PK和固丟定磁粉場分爺路電帶阻R0以限椅制電藍(lán)流的遮脈動駕，改劫善電危動機(jī)攜的工茶作條盤件。耀同時歲，在拴牽引勵電動課機(jī)的率結(jié)構(gòu)股上亦瘦作了上特殊討設(shè)計蛋。二、幣整流缺器電夢力機(jī)軟車的冤基本枕特性1.兆整流雷外特吸性整流炎器電句力機(jī)猜車的厭牽引張電動辱機(jī)由果接觸妥網(wǎng)取頭得電屈能，俗需經(jīng)老牽引生變壓景器降績壓和泉整流臨裝置飽整流錢這樣鋪一個拾過程笨，因預(yù)而牽魔引電董動機(jī)裕的端原電壓群將受錢到變慕壓器鴿和整沖流電賓路的臂影響香，這適些影持響包族括：⑴整黑流回布路電晚阻引腫起的服壓降⑵整功流回暮路阻賽抗引豎起的哨壓降⑶整優(yōu)流電斥路換學(xué)相引絡(luò)起的篇平均釀?wù)鳈n輸出勤電壓取降低發(fā)。⑷整己流元另件的己電壓達(dá)降。2.偏速度黃特性對應(yīng)狼于同矮樣的方電機(jī)嘆電樞敏電流跳，整期流器師電力題機(jī)車放的速指度因別電機(jī)供端電鍋壓的按降低居較直辭流電逝力機(jī)史車速盈度有興所下暑降，遷因此扶整流雀器電迷力機(jī)床車的偉速度犧特性倦曲線匠比直破流電政力機(jī)倒車速撿度曲宿線下宣降更后陡。3.旋牽引扎力特梯性機(jī)車牌的牽持引力瓶只與虧牽引灑電動混機(jī)電弱樞電饞流和倉電機(jī)梳主極針磁通仿有關(guān)停，不服受牽毒引電重動機(jī)冤端電燈壓的熄直接隨影響訂，所殃以整左流器需電力匪機(jī)車鄰的牽受引力佛特性俗曲線掀與直漆流電伶力機(jī)涼車牽滴引力罷特性跟曲線叢相同專。4.芳牽引欣特性整流或器電五力機(jī)蟻車的宮牽引央特性伶曲線欣可借損助磁菊化曲澡線，叫通過臨速度捐特性飾計算儲式（榆1-攏3）粥和牽篇引力錢特性煌計算剃式（透1-桂7）衡計算潔求得分。5.刑機(jī)車逮總效慢率特擱性機(jī)車炸總效券率與扣機(jī)車遷速度牙的關(guān)然系稱臨為機(jī)導(dǎo)車的富總效嗓率特薄性。嚷根據(jù)偵整流踏器電涼力機(jī)漲車工啞作原絡(luò)理，幟機(jī)車鉛能量槽的傳陪遞經(jīng)治過機(jī)燥車變講壓器宜、整筑流裝論置、會平波釀環(huán)節(jié)輛、電沃－機(jī)想能量池轉(zhuǎn)換勿、齒旺輪傳業(yè)動等啦主要丘部分膜，故眨機(jī)車恭總效丙率為染：（1巾-9吼）第三艇節(jié)交直拉交型喚電力轟機(jī)車致工作辱原理重點(diǎn)徑：交直事交型蘋電力腔機(jī)車的原忠理和特銷性難點(diǎn)賓：交直缸交型閱電力梅機(jī)車的基額本特挎性交直扭交型釀電力抱機(jī)車逃屬于機(jī)交流崇傳動期機(jī)車逗。由位逆變施器供纏電，頂機(jī)車講和動占車組病采用然交流魔異步網(wǎng)電動衛(wèi)機(jī)做謹(jǐn)牽引竟動力鍋。根輛據(jù)變補(bǔ)流器瓦結(jié)構(gòu)命的不宴同，類目前天交（控直）銅交型論機(jī)車盯和動仍車組任有電孔壓型躁、電伍流型竄兩種脖基本樹結(jié)構(gòu)越。我們印以電桑壓型扶交直戲交變語流器告供電桿、三贏相異示步電赴動機(jī)混作牽膛引電眾動機(jī)風(fēng)的機(jī)給車為賴?yán)秩瘴觯试淼⑷鐖D堆所示狡。機(jī)車習(xí)在工住作時燦，受負(fù)電弓跡將網(wǎng)膊壓引任入機(jī)蓄車變?nèi)瓑浩骱耙淮蚊?cè)繞滋組，震經(jīng)變腸壓器口二次頭側(cè)繞夕組降濕壓后增送入翁①環(huán)徹節(jié)，桂將交尋流電撈轉(zhuǎn)換濃為直省流電鋸，經(jīng)殊②環(huán)申節(jié)平狐滑Ａ年處脈致動，仗送入頭③環(huán)先節(jié)，虹將直恥流電擦逆變救為電描壓和歸頻率嫌可調(diào)促的三哥相交位流電死，經(jīng)先④環(huán)逐節(jié)平薦波電休抗器順，供覽給⑤尊環(huán)節(jié)春三相粘異步玻牽引古電動籠機(jī)，席實(shí)現(xiàn)倉牽引乏運(yùn)行素。在落這個禿系統(tǒng)粉中，估機(jī)車滲先將緩電網(wǎng)母的交炸流能叛量轉(zhuǎn)不換為成直流鄰能量費(fèi)，然易后進(jìn)叼一步圓轉(zhuǎn)換妨成電鬧壓和揀頻率牢可調(diào)蟲的交嗽流能解量。掉各環(huán)琴節(jié)的涂作用嶺分述符如下注：①環(huán)著節(jié)—承—整拘流電胳路基逃本作角用是蠅將交魯流電擺轉(zhuǎn)換吃為直雨流電躲。具約體電漂路可觸以是堂不可賽控整知流橋護(hù)、相潛控整雞流橋化、四航象限屠脈沖蘆變流床器。②環(huán)馬節(jié)—肺—直職流環(huán)族節(jié)濾吉波器樹基本留作用伶是平買滑Ａ栽處的艙紋波蓄（脈黨動）毀，消娃除或聚減少咐諧波窗含量精，改洪善機(jī)輝車的禍功率宿因數(shù)躬。采侵用不默同的繡整流障電路路，其弊濾波偵電路勻也不愚同，翻功能編有所完差別陷。③環(huán)艷節(jié)—米—逆字變器昌用于務(wù)將直慣流電根轉(zhuǎn)換悄為三鈴相交寒流電雄，同衛(wèi)時具家有較桑寬的央調(diào)頻螺范圍菊和調(diào)緩壓范殊圍，站一般格采用石正弦相波脈畝寬調(diào)架制（PW適M）技術(shù)黨