電力機車工作原理

電力機車工作原理

第一節(jié)直直型電力機車工作原理

第二節(jié)交直型整流器電力機車工作原理

第三節(jié)交直交型電力機車工作原理

第一節(jié)直直型電力機車工作原理

重點：直流電力機車的特點和基本特性難點：直流電力機車的基本特性

一、基本工作原理

電機是進行能量轉換的電磁機械設備。直流電力機車是現(xiàn)代電力機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，其工作原理如圖１－１所示。目前有些工礦電力機車、地鐵電動車組和城市無軌電車仍采用這種型式。

圖1-1直流電力機車工作原理

工作過程為：機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M1～M4供電，牽引電流經(jīng)鋼軌流回變電所。當四臺牽引電動機接通電源后即行旋轉，把電能轉變?yōu)闄C械能，再分別通過各自的齒輪傳動裝置，驅動機車動輪牽引列車運行。

二、直流電力機車的特點

１.機車結構簡單，造價低，經(jīng)濟性好；２.采用適合于牽引的直流串勵電動機，牽引性能好，調速方便；３.控制簡單，運行可靠；４.供電效率低。由于受牽引電動機端電壓的限制，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，有級調速。由于機車使用調壓電阻進行啟動、調速，因此調節(jié)過程中有能量損耗使效率很低，同時也難以實現(xiàn)連續(xù)、平滑地調節(jié)。隨著電力電子技術的發(fā)展，應用斬波器技術進行調速，可以對牽引電動機端電壓進行連續(xù)、平滑地調節(jié)，從而實現(xiàn)無級調速。三、直流電力機車的基本特性

直流電力機車的基本特性包括機車的速度特性、牽引力特性、牽引特性。

1.速度特性

機車運行速度與牽引電動機電樞電流的關系，稱為機車速度特性，即V=f(Ia)。機車速度特性計算公式的推導過程如下：

電機轉速公式：

由以上兩式得出機車速度特性計算式：

V=2.牽引力特性

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

機車的輪周功率：

（kN）

根據(jù)功能原理：

故得出機車牽引力特性計算公式為：

或根據(jù)電動機功率方程式：表示成：

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

3.牽引特性

機車牽引力與機車速度的關系，稱為機車的牽引特性。即FK=f(v)。機車牽引特性曲線一般由機車型式試驗測出。或在已知機車速度特性曲線和牽引力特性曲線后，給定一電機電樞電流Ia值，求出機車牽引特性的一組FK–v值，根據(jù)不同負載下的數(shù)組FK–v值，繪出機車牽引特性曲線。

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

一、基本工作原理和特點

圖1-2整流器電力機車工作原理

圖1-2所示為整流器電力機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.中點抽頭式全波整流電路電力機車工作原理在圖1-2（a）中牽引變壓器二次側繞組分成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繞組的a、b點相接，負極相互聯(lián)接在一起。牽引電動機的一端與變壓器二次側繞組的中點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極相接。電路正常工作，當變壓器二次側電壓正半周a點為高電位時，整流元件D１導通，電流由a點經(jīng)D1、平波電抗器PK、牽引電動機M回到O點，構成一閉合回路。此時，整流元件D2因承受反向電壓而截止。當變壓器二次側電壓負半周b點為高電位時，整流元件D2導通，電流由b點經(jīng)、D2、平波電抗器PK、牽引電動機M回到O點，也構成一閉合回路。D1因承受反向電壓而截止。由此可知，在交流電壓的正負兩個半周內，變壓器二次側繞組oa、ob交替流過電流而牽引電動機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）牽引電動機的正常工作。

2.橋式全波整流電路電力機車工作原理

電路正常工作，當變壓器二次側電壓正半周a點為高電位時，整流元件D1、D3導通，整流電流由繞組a點經(jīng)整流元件D1、平波電抗器PK、牽引電動機Ｍ、整流元件D3回到繞組b點，此時整流元件D2、D4承受反向電壓而截止。在變壓器二次側電壓負半周b點為高電位時，整流元件D2、D4導通，整流電流由b點經(jīng)整流元件D2、平波電抗器PK、牽引電動機Ｍ、整流元件D4回到a點。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、負半周內都有電流流過變壓器二次側繞組且方向不同，而牽引電動機Ｍ中則始終流過方向不變的電流。

3.整流器電力機車的工作特點由以上分析，我們可以看出整流器電力機車有以下特點：

⑴整流器電力機車的變流過程是在機車內完成的（直直型電力機車的變流過程是在牽引變電所進行），因此整流器電力機車是一個集變壓、變流、牽引為一體的綜合裝置，不僅簡化了電氣化牽引的供電設備，而且由于采用交流電網(wǎng)供電，提高了接觸網(wǎng)的供電電壓，使一定功率的電能得以采用小電流輸送，既可減小接觸網(wǎng)導線的截面，節(jié)省有色金屬用量，也可減少電能損耗，提高電力機車的供電效率。

⑵由于何機車內戴設有變偏壓器，琴調壓十槐分方便孕，牽引確電動機籌的工作備電壓不購再受接垃觸網(wǎng)電維壓的限蘇制，機否車就可屆以選擇侵最有利茫的工作辱電壓，矛使牽引徐電動機恰的重量航／造價攝比降低俘，同時本工作更辰為可靠飼。⑶牽疼引電隱動機狐采用峽適合牢牽引失的串碎勵或緣瑞復勵沙電動被機，冶可以列獲得扁良好伐的牽滅引性之能和集啟動趕性能累，尤馳其啟而動時針它采抽用了楊調節(jié)包整流站電壓跡的方弦式，駕省略是了啟社動電加阻，趙不僅稻減輕就了電鄉(xiāng)豐氣設樂備的堪重量佩、降斃低了諒啟動碎能耗抄，而倘且改誕善了斤電力慘機車映的啟引動性遠能，跨提高引了機廣車的竄運行源可靠脹性。但是樂，由養(yǎng)于整舅流器昨電力糖機車誼采用豎單相丘50hz整流，火其輸出膛電壓有信很大脈吸動，因吳而流過決牽引電召動機的充電流也針有較大畜脈動。私脈動電總流不僅紗使牽引竹電機的飽損耗增毯加，而躁且使牽筐引電機略的換向沒惡化，欺因此在倡整流器手電力機航車上需移要裝設狂平波電帶抗器PK和固祝定磁砌場分腹路電蠟阻R0以限叼制電珠流的關脈動換，改鏟善電猜動機鉛的工脫作條藏件。丙同時丈，在澆牽引決電動蜜機的爽結構旦上亦用作了企特殊研設計彼。二、讓整流猶器電罵力機夾車的摔基本錢特性1.整記流外特室性整流器枕電力機勒車的牽嬌引電動仗機由接閃觸網(wǎng)取踢得電能絹，需經(jīng)喘牽引變鐵壓器降屯壓和整濫流裝置烤整流這據(jù)樣一個腎過程，涌因而牽惰引電動屯機的端鑄電壓將正受到變餡壓器和統(tǒng)整流電誓路的影蘿響，這獄些影響盛包括：⑴整缸流回漁路電然阻引桑起的作壓降⑵整流址回路阻拐抗引起鼻的壓降⑶整狀流電敗路換企相引麥起的霉平均袖整流飽輸出庸電壓劉降低渴。⑷整流貪元件的康電壓降喪。2.秘速度聰特性對應于奸同樣的次電機電靠樞電流凡，整流冶器電力阻機車的他速度因銳電機端應電壓的扛降低較汽直流電渠力機車桿速度有尾所下降尋，因此幸整流器劇電力機斜車的速識度特性賞曲線比傳直流電增力機車捆速度曲去線下降杜更陡。3.牽耕引力特扇性機車的中牽引力飄只與牽鴿引電動卸機電樞沒電流和易電機主像極磁通傻有關，雙不受牽予引電動猛機端電巡壽壓的直卵接影響熱，所以耽整流器獎電力機憶車的牽姑引力特臂性曲線踢與直流僅電力機捏車牽引評力特性贊曲線相時同。4.牽螞引特性整流器晚電力機萌車的牽則引特性捷曲線可祖借助磁墨化曲線銅，通過圖速度特緣瑞性計算抗式（1砌-3）愈和牽引佩力特性靜計算式鋪（1-屠7）計綠算求得蘆。5.機門車總效畝率特性機車總麥效率與趨機車速抵度的關然系稱為膜機車的趁總效率脅特性。際根據(jù)整貨流器電帝力機車釀工作原壯理，機獨車能量伙的傳遞伙經(jīng)過機儀車變壓落器、整韻流裝置濫、平波復環(huán)節(jié)、憲電－機團能量轉鏈換、齒土輪傳動攏等主要制部分，曬故機車愚總效率膜為：（1旨-9忘）第三柔節(jié)交直交東型電力丘機車工棵作原理重點：交直盟交型壁電力漂機車的原仔理和特性難點峰：交直居交型諷電力肉機車的基本評特性交直列交型慢電力手機車倒屬于恥交流悶傳動爹機車歸。由嘴逆變從器供很電，談機車兼和動嚇車組額采用湯交流侮異步柏電動騙機做探牽引屆動力彎。根醋據(jù)變削流器濃結構假的不朵同，童目前垃交（鄉(xiāng)豐直）持交型揉機車佳和動旅車組政有電展壓型睛、電橡流型楊兩種嘗基本袍結構凍。我們征以電咐壓型碌交直聞交變騰流器躍供電些、三扮相異日步電憐動機付作牽驚引電昂動機右的機嚇車為捧例分茂析，醉原理齒如圖冰所示勸。機車在酬工作時茅，受電再弓將網(wǎng)智壓引入形機車變遲壓器一蝕次側繞不組，經(jīng)斗變壓器呆二次側睡繞組降根壓后送階入①環(huán)爛節(jié)，將映交流電獸轉換為掩直流電芽，經(jīng)②圾環(huán)節(jié)平煉滑Ａ處眼脈動，齊送入③錄環(huán)節(jié)，達將直流兵電逆變疫為電壓該和頻率虧可調的贏三相交甲流電，廟經(jīng)④環(huán)供節(jié)平波資電抗器魔，供給習⑤環(huán)節(jié)棄三相異蜂步牽引概電動機效，實現(xiàn)停牽引運病行。在緊這個系停統(tǒng)中，掏機車先合將電網(wǎng)搶的交流南能量轉尼換為直罪流能量綢，然后業(yè)進一步褲轉換成繳電壓和威頻率可有調的交探流能量摧。各環(huán)警節(jié)的作娃用分述探如下：①環(huán)節(jié)斑——整祝流電路累基本作塑用是將際交流電趨轉換為智直流電唱。具體紹電路可拉以是不添可控整證流橋、賠相控整特流橋、窗四象限市脈沖變農流器。②環(huán)偉節(jié)—拜—直葉流環(huán)留節(jié)濾幼波器懸基本阿作用災是平切滑Ａ噴處的豪紋波易（脈悼動）位，消籌除或完減少趕諧波券含量繁，改誰善機植車的賠功率購因數(shù)蓮。采摧用不成同的火整流庭電路淚，其擱濾波身電路既也不恒同，吳功能齒有所奏差別刺。③環(huán)節(jié)渴——逆膚變器用慶于將直縱流電轉買換為三移相交流露電，同縱時具有割較寬的獅調頻范猴圍和調劑壓范圍濃，一般褲采用正將弦波脈嶼寬調制級（PW輝M）技術。短或采用