直流牽引電機(jī)調(diào)速范圍的改變

直流牽引電機(jī)調(diào)速范圍的改變

1受限制的磁阻電機(jī)運(yùn)行限制在大型汽車(chē)的使用中，磁阻電機(jī)由于速度方便、性能可靠、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注。但因磁阻電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生噪聲、脈動(dòng)力矩等缺點(diǎn)使其應(yīng)用受到一定限制。所以在中大功率應(yīng)用范圍內(nèi),蓄電池機(jī)車(chē)的動(dòng)力仍然普遍采用直流牽引電機(jī)。2平道和坡位的特性普通的直流牽引電機(jī)一般是按機(jī)車(chē)在平道或小坡度(3°以下)道路行駛條件下設(shè)計(jì)的,其實(shí)用的調(diào)速范圍一般為1:3左右。但如果要求機(jī)車(chē)既能在平道快速行駛,又能在大坡度(10～18°)時(shí)提供所需的大牽引力,就要求機(jī)車(chē)有1:6以上的調(diào)速范圍。如后來(lái)研制的某型膠套輪機(jī)車(chē)平道速度3m/s,大坡度18°時(shí)速度為0.5m/s。通過(guò)分析可知直接采用ZQ-30型直流牽引電機(jī)因其調(diào)速范圍有限,就不能滿(mǎn)足要求,只能采取其他辦法。為滿(mǎn)足機(jī)車(chē)調(diào)速要求,經(jīng)過(guò)研究,在不更換牽引電機(jī)的情況下,決定采用改變機(jī)車(chē)調(diào)速比即機(jī)械換擋的方法,這樣能夠較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。在平道上機(jī)車(chē)的減速器用高減速比,此時(shí)機(jī)車(chē)的調(diào)速范圍為1:3(速度范圍為0.5～1.5m/s);在大坡度10～18°時(shí),減小機(jī)車(chē)減速器的減速比,讓它約為平道時(shí)的1/2,調(diào)速范圍仍為1:3。雖然此種控制方式在平道和坡道交替時(shí)需要換擋,但滿(mǎn)足了寬調(diào)速范圍和大牽引力的要求,機(jī)車(chē)的應(yīng)用范圍也得到了擴(kuò)大。為了增大輪軌之間的摩擦系數(shù)以增大機(jī)車(chē)牽引力,機(jī)車(chē)采用膠套輪代替了鋼輪,在3°坡以上采用齒軌來(lái)增大爬坡能力。膠套輪和齒軌的機(jī)車(chē)特性如圖1所示。圖中分別繪出了機(jī)車(chē)在齒軌和膠套輪情況下的牽引特性、速度特性和電制動(dòng)特性。對(duì)應(yīng)膠套輪的特性為平道和小坡度路況,對(duì)應(yīng)于齒軌為大坡度路況。事實(shí)上,在寬調(diào)速范圍和大牽引力的要求下,采用機(jī)械換擋不僅是機(jī)車(chē)外特性的要求,也是配套蓄電池放電特性的要求。因?yàn)闋恳铍姵氐脑O(shè)計(jì)和牽引電機(jī)一樣都是為機(jī)車(chē)平道運(yùn)行而設(shè)計(jì)的。在機(jī)車(chē)平道運(yùn)行的情況下,兩者的特性是配套的,都能高效率地運(yùn)行。而當(dāng)機(jī)車(chē)既要在平道高速行駛,又要在坡道時(shí)提供大牽引力時(shí),蓄電池的放電特性就不能滿(mǎn)足要求,甚至壽命大幅度縮短。圖2為D-560KT型礦用蓄電池的放電特性。由圖2可見(jiàn),蓄電池在放電時(shí)輸出的能量并不是一定的。相同的安時(shí)數(shù),在大放電電流時(shí)輸出的能量小,在小放電電流時(shí)輸出的能量要高得多。如放電特性圖中所示,在112A電流下,蓄電池可放電5h,提供的放電容量為560Ah;而在336A電流下放電,可放電1h,提供的放電容量為336Ah。蓄電池的這一特性對(duì)機(jī)車(chē)平道運(yùn)行影響并不顯著。因?yàn)樵谄降肋\(yùn)行時(shí)大電流出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)較少,只是在啟動(dòng)、滿(mǎn)載或超載時(shí)出現(xiàn)。當(dāng)機(jī)車(chē)頻繁在平道和大坡度之間交替運(yùn)行時(shí),蓄電池的放電特性對(duì)機(jī)車(chē)運(yùn)行就會(huì)產(chǎn)生較大影響。因?yàn)檫@種運(yùn)行方式有時(shí)要求快速、小牽引力,有時(shí)又要求低速、大牽引力。所以此種運(yùn)行方式不能發(fā)揮蓄電池的最高效率。解決這個(gè)問(wèn)題的方法就是采用機(jī)械換擋。采用機(jī)械換擋可以在大坡度情況下使蓄電池的輸出電流減小,也就是說(shuō),在上述相同路況下,相同充滿(mǎn)電的蓄電池、相同負(fù)載,采用換擋傳動(dòng)方式的機(jī)車(chē)比不換擋方式的機(jī)車(chē)運(yùn)輸距離要長(zhǎng)(長(zhǎng)20%～30%)。反之,不換擋方式機(jī)車(chē)的蓄電池會(huì)因過(guò)大的放電電流而只提供較小的放電容量甚至于嚴(yán)重影響壽命。根據(jù)上述原則,蓄電池裝置的電壓等級(jí)的選擇也要盡量提高,即在相同運(yùn)輸能力要求下,盡量選擇高電壓等級(jí)的蓄電池裝置,從而減小放電電流。這樣可以減小單體蓄電池的額定容量和蓄電池裝置的體積、重量,從而進(jìn)一步提高整機(jī)效率。3車(chē)載充放電機(jī)參數(shù)以下是在實(shí)際路況下,分別采用196V和252V2種不同電壓等級(jí)、蓄電池額定容量560Ah時(shí)設(shè)計(jì)的礦用蓄電池機(jī)車(chē)參數(shù)和計(jì)算數(shù)據(jù)。雖然兩者對(duì)應(yīng)的能量相當(dāng),但采用252V電源裝置的運(yùn)輸能力比采用196V電源裝置的運(yùn)輸能力高60%。這里,還沒(méi)有考慮大電流情況下線(xiàn)損引起的效率進(jìn)一步下降問(wèn)題。3.1運(yùn)行情況類(lèi)型機(jī)車(chē)自重:15t,載重:18t,制動(dòng)方式為電氣制動(dòng),蓄電池容量:560×250AhV,560Ah(5h放電率),直流牽引電機(jī):2×30kW。機(jī)車(chē)牽引特性計(jì)算:(1)5°下坡,距離S=1000m時(shí)F=-W(-ηcosα+sinα)=8.5kN對(duì)應(yīng)速度為0.75m/s,電機(jī)制動(dòng)電流為-48A,電源電流為10A,運(yùn)行時(shí)間t=S/v=1333s,運(yùn)行安時(shí)為3.7Ah,對(duì)應(yīng)安時(shí)為560Ah,安時(shí)百分比:3.7/560=0.0066。(2)5°上坡,距離S=1000m時(shí)F=W(ηcosα+sinα)=37.85kN(粘著系數(shù)η=0.03)對(duì)應(yīng)速度為0.83m/s,電機(jī)電流為102A,電源電流為102×2+10=214A,運(yùn)行時(shí)間t=S/v=1205s,運(yùn)行安時(shí)為71.6Ah,對(duì)應(yīng)安時(shí)為410Ah,安時(shí)百分比:71.6/410=0.175。(3)電池容量驗(yàn)算運(yùn)行間歇按15min計(jì)算,機(jī)車(chē)一趟運(yùn)行時(shí)間為60min,用電量百分比:0.0066+0.175=0.182,考慮可靠系數(shù):1.3×0.1823≈0.2366≈24%,即從容量角度考慮,機(jī)車(chē)可運(yùn)行4趟。3.2運(yùn)行時(shí)間及安時(shí)配比機(jī)車(chē)自重為14t,其他參數(shù)不變,機(jī)車(chē)牽引特性計(jì)算:(1)5°下坡,S=1000m時(shí)F=-W(-ηcosα+sinα)=8.23kN對(duì)應(yīng)速度為0.75m/s,電機(jī)制動(dòng)電流為-47A,電源電流為10A,運(yùn)行時(shí)間t=S/v=1333s,運(yùn)行安時(shí)為3.7Ah,對(duì)應(yīng)安時(shí)為560Ah,安時(shí)百分比:3.7/560=0.0066。(2)5°上坡,S=1000m時(shí)F=W(ηcosα+sinα)=36.7kN對(duì)應(yīng)速度為0.75m/s,電機(jī)電流為132A,電源電流:132×2+10=274A,運(yùn)行時(shí)間t=S/v=1333s,運(yùn)行安時(shí)為101.6Ah,對(duì)應(yīng)安時(shí)為360Ah,安時(shí)百分比:101.6/360=0.28。(3)電池容量驗(yàn)算運(yùn)行間歇按15min計(jì)算,機(jī)車(chē)一趟運(yùn)行時(shí)間約60min,用電量百分比:0.0066+0.28≈0.29,考慮可靠系數(shù):1.3×0.29≈0.38≈38%,即從容量角度考慮,機(jī)車(chē)可運(yùn)行2.5趟。4對(duì)于平道和小道的增加要及時(shí)提高蓄電池的電壓等級(jí),綜上所述,在蓄電池機(jī)車(chē)配套直流牽引電機(jī)時(shí),如果調(diào)速范圍及牽引力變化范圍較小(在1:3左右),那么從牽引電機(jī)到車(chē)輪之間的減速器可以用固定的減速比,而對(duì)機(jī)車(chē)的效率影響不大。這種情況對(duì)應(yīng)大多數(shù)平道和小坡道運(yùn)行的機(jī)車(chē)。而對(duì)于既要求在平道上快速行駛又要求在大坡度時(shí)提供大牽引力的機(jī)車(chē),一方面