電力機(jī)車速度調(diào)節(jié)-電力機(jī)車速度調(diào)節(jié)

變頻調(diào)速的牽引特性

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45CRH2型動(dòng)車牽引特性HXD1型機(jī)車牽引特性

HXD3型機(jī)車牽引特性變頻調(diào)速控制特性

3CRH5型動(dòng)車牽引特性

1變頻調(diào)速控制特性一、變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速，就是連續(xù)改變加在異步電動(dòng)機(jī)定子上的供電電源頻率，從而改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到平滑調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的目的。變頻調(diào)速的首要條件是需要一套調(diào)節(jié)范圍較大的變頻電源，在一定頻率范圍內(nèi)，能夠連續(xù)改變輸出頻率供給牽引電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。電力牽引交流傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)交流電源進(jìn)行交-交變頻不能滿足機(jī)車牽引調(diào)速的要求。只能采用交-直-交變頻的方法，首先將交流電源整流成直流電源，通過中間環(huán)節(jié)儲(chǔ)能和濾波后，獲得平直的直流電壓（電流），再將其逆變?yōu)槿嘧儔鹤冾l的等效正弦交流電，供給牽引電機(jī)使用。

二、異步牽引電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速特性

異步牽引電動(dòng)機(jī)的變壓變頻（VVVF）調(diào)速特性如圖1所示。對(duì)于不同的負(fù)載，變頻調(diào)速分為恒磁通控制和恒功率控制兩種。（1）恒磁通控制

變頻調(diào)速時(shí)為了使勵(lì)磁電流和功率因數(shù)基本保持不變，希望磁通保持不變，電動(dòng)機(jī)的過載能力也保持不變。機(jī)車啟動(dòng)階段采用恒磁通控制，能夠產(chǎn)生恒定的牽引力，啟動(dòng)過程平穩(wěn)，可獲得較大的啟動(dòng)加速度。在基頻(50Hz）以下，當(dāng)電源電壓一定時(shí)，如果降低定子頻率f1，則氣隙磁通Φm將增大，使磁路過飽和，勵(lì)磁電流增加，鐵芯損耗增加，這是不允許的，因此調(diào)頻時(shí)一定要調(diào)節(jié)電勢(shì)，保持感應(yīng)電勢(shì)與頻率的比值不變，以保持氣隙磁通不變。由于感應(yīng)電勢(shì)難以檢測(cè)，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)較高時(shí)，可忽略定子繞組中的漏阻抗壓降，用定子電壓U1代替定子電動(dòng)勢(shì)E1。

1變頻調(diào)速控制特性（2）恒功率控制在恒磁通控制中，隨著頻率和轉(zhuǎn)速的上升，定子電壓U1也相應(yīng)提高，異步電動(dòng)機(jī)的輸出功率增大，但電壓的提高受到電動(dòng)機(jī)功率或逆變器最大電壓的限制。通常調(diào)節(jié)頻率大于基頻（f1>f1N）時(shí)，即當(dāng)電壓提高到一定數(shù)值后維持不變或不再正比于f1上升，此后電動(dòng)機(jī)磁通開始減小，將進(jìn)入恒功率控制方式。

1變頻調(diào)速控制特性圖1異步牽引電機(jī)的VVVF調(diào)速控制特性

2CRH2型動(dòng)車牽引特性CRH2型動(dòng)車采用黏著控制與恒功率控制，其牽引特性如圖2所示。在額定頻率點(diǎn)轉(zhuǎn)入恒壓恒功率高速區(qū)段運(yùn)行。這種牽引特性的顯著特點(diǎn)是啟動(dòng)牽引力大、加速快，是目前普遍采用的一種控制方式，不僅適用于客運(yùn)、貨運(yùn)電力機(jī)車，而且也適用于高速電動(dòng)車組。

在低速區(qū)，牽引力隨著機(jī)車速度的升高而下降，牽引力采用與黏著限制曲線相近的變化趨勢(shì)，以充分利用輪軌之間的黏著條件，機(jī)車按照準(zhǔn)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。圖2CRH2型動(dòng)車組牽引特性

CRH5型動(dòng)車就采用恒轉(zhuǎn)矩和恒功率控制其牽引特性特性曲線如圖3所示。

3CRH5型動(dòng)車牽引特性在低速區(qū)段特性曲線平直，機(jī)車按照恒轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，牽引電機(jī)工作在恒壓頻比供電方式下，啟動(dòng)電流大。恒壓頻比控制結(jié)束后，進(jìn)入恒壓恒功率區(qū)段運(yùn)行。這種牽引特性具有恒功率運(yùn)行范圍大，加速性能好的特點(diǎn)，適合于動(dòng)車組。圖3CRH5型動(dòng)車牽引特性

4HXD1型機(jī)車牽引特性HXD1型電力機(jī)車采用恒轉(zhuǎn)矩、黏著控制與恒功率控制的牽引特性，如圖3所示。特性曲線由三段組成，在低速啟動(dòng)區(qū)采用恒轉(zhuǎn)矩/恒牽引力控制，可獲得較大的牽引力；當(dāng)機(jī)車速度上升到低速時(shí)的一定值后，按照黏著限制條件的斜線進(jìn)行控制，以充分利用輪軌之間的黏著條件，牽引力隨速度的提高而下降，直到持續(xù)速度點(diǎn)；從持續(xù)速度點(diǎn)開始進(jìn)入恒功率運(yùn)行區(qū)，按照恒功率輸出。

圖3HXD1型電力機(jī)車牽引特性HXD3型電力機(jī)車就采用恒牽引力與準(zhǔn)恒速特性控制，其牽引特性如圖4所示。機(jī)車牽引力由恒定牽引力、最大牽引力和準(zhǔn)恒速牽引力三部分組成。牽引力按照特性控制時(shí)，對(duì)恒定牽引力、最大牽引力和準(zhǔn)恒速牽引力進(jìn)行比較，取最小值做為輸出牽引力的控制值送入變流器。圖4HXD3型電力機(jī)車牽引特性

5HXD3型機(jī)車牽引特性直流電力機(jī)車的功率因數(shù)

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23提高機(jī)車功率因數(shù)的方法機(jī)車功率因數(shù)定義評(píng)價(jià)相控調(diào)壓的兩個(gè)指標(biāo)在正弦交流電路中，功率因數(shù)cosφ的定義為：

在相控機(jī)車的電網(wǎng)中，變壓器一次側(cè)電壓U1為正弦波，由于平波電抗器的作用使變壓器一次側(cè)電流IT畸變成了矩形波，產(chǎn)生了較大的高次諧波。只有與電源電壓同頻率的基波電流I(1)才產(chǎn)生有功功率，其它高次諧波只能產(chǎn)生無功功率，因此機(jī)車功率因數(shù)PF定義為：式中：P——變壓器一次側(cè)有功功率（W)；

S——變壓器一次側(cè)視在功率（V.A)；

λ——電流波形畸變系數(shù)。

1機(jī)車功率因數(shù)定義上式表明交-直型電力機(jī)車的功率因數(shù)PF等于基波功率因數(shù)和電流畸變系數(shù)的乘積。要想提高機(jī)車功率因數(shù)就要降低高次諧波，減小基波電壓與基波電流之間的相位差（也稱為延遲角）。

機(jī)車的功率因數(shù)與整流電路的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，圖1給出不同整流電路的功率因數(shù)。圖中，不控整流電路功率因數(shù)最高，全控整流電路功率因數(shù)最低，半控整流電路介于兩者之間。圖1不同整流電路的功率因數(shù)

1機(jī)車功率因數(shù)定義交-直型電力機(jī)車主要采用相控調(diào)壓。相控調(diào)壓的電力機(jī)車在理想情況下，由于整流和平波電抗器的作用，使變壓器二次側(cè)電流為一方波，從而使變壓器一次側(cè)電流為非正弦波，造成接觸網(wǎng)電流波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生高次諧波電流，使機(jī)車功率數(shù)降低，諧波干擾大。

相控調(diào)壓最大的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，避免調(diào)壓過程中的電流沖擊，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)的力矩變化平緩，充分利用機(jī)車的黏著，發(fā)揮較大的牽引力。最大的缺陷是功率因數(shù)偏低，諧波干擾電流較大，對(duì)電網(wǎng)和通信設(shè)施產(chǎn)生不利影響。

2評(píng)價(jià)相控調(diào)壓的兩個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)相控調(diào)壓性能有兩個(gè)重要指標(biāo)，即功率因數(shù)和諧波干擾。一般晶閘管相控調(diào)壓機(jī)車的功率因數(shù)僅為0.78～0.80，諧波電流為Ipmax>9.2A（等效干擾電流的最大值），遠(yuǎn)不能滿足PF＝0.9、I(3)＝3.9、I(5)＝4.0的限制要求。相控調(diào)壓電力機(jī)車功率數(shù)低，會(huì)降低設(shè)備的利用率，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染。此外，國家電力和通信部門對(duì)電網(wǎng)用戶的功率因數(shù)和諧波電流都有明確的要求，并作為強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)必須貫徹執(zhí)行。這就需要對(duì)機(jī)車功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)諧波電流加以限制。

2評(píng)價(jià)相控調(diào)壓的兩個(gè)指標(biāo)

根據(jù)機(jī)車功率因數(shù)表達(dá)式，可知要想提高機(jī)車功率因數(shù)就需要增大波形畸變系數(shù)，盡量減小高次諧波電流，同時(shí)減小基波電壓與基波電流之間的相位差。常用的方法為多段橋順序控制和裝功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。

1．多段橋順序控制為了改善機(jī)車的功率因數(shù)，降低諧波干擾，機(jī)車上廣泛應(yīng)用多段整流橋順序控制，即把多段整流橋串聯(lián)起來供電，常用的有二段半控橋、三段不等分橋和經(jīng)濟(jì)四段橋。三段不等分橋整流電路如圖2所示。3提高機(jī)車功率因數(shù)的方法圖2三段不等分半控橋整流電路3提高機(jī)車功率因數(shù)的方法不同段數(shù)半控橋的功率因數(shù)如圖3所示。從圖中可以看出機(jī)車功率因數(shù)為：III段橋>II段數(shù)>I段橋，說明半控橋段數(shù)越多，機(jī)車功率因數(shù)越高。但半控橋段數(shù)過多會(huì)使變壓器抽頭數(shù)增加，整流裝置復(fù)雜，在一定程度上降低了機(jī)車運(yùn)行的可靠性，故干線電力機(jī)車一般不超過四段半控橋。圖3不同段數(shù)半控橋的功率因數(shù)3提高機(jī)車功率因數(shù)的方法2．裝功率因數(shù)補(bǔ)償器功率因數(shù)補(bǔ)償裝置兼作濾波器，簡稱PFC裝置，一般常用的形式有LC、RC、RLC，如圖4所示。功率因數(shù)補(bǔ)償裝置跨接于機(jī)車主變壓器二次側(cè)繞組的兩端，其工作原理如圖5所示。

圖5常用濾波電路圖6機(jī)車濾波器工作原理諧波電流主要是3、5、7次諧波，加上功率因數(shù)補(bǔ)償裝置后，將R、L、C連接成某一頻率的諧振電路（一般在靠近3次或5次諧波頻率處）。

在基波網(wǎng)壓的作用下對(duì)基波呈容性，提供容性無功電流，減少滯后的負(fù)載電流，從而提高機(jī)車的功率因數(shù)。同時(shí)對(duì)3、5次諧波呈低阻性，使絕大部分3次、5次諧波電流通過功補(bǔ)裝置被吸收掉，以減少流向電網(wǎng)的3次或5次諧波電流，也減少了等效干擾電流。

機(jī)車加裝了功率因數(shù)補(bǔ)償裝置以后，提高了機(jī)車的功率因數(shù)，降低了接觸網(wǎng)和機(jī)車主變壓器的損耗，同時(shí)也減少了接觸網(wǎng)對(duì)沿線通信線路的干擾。3提高機(jī)車功率因數(shù)的方法第一節(jié)直流電機(jī)特性19直流電機(jī)的勵(lì)磁方式按勵(lì)磁方式分類：他勵(lì)，并勵(lì)，串勵(lì)，復(fù)勵(lì)。直流電動(dòng)機(jī)特性轉(zhuǎn)矩特性M=f（Is）機(jī)械特性n=f（M）牽引特性機(jī)械穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性條件：式中：Wo和F分別為負(fù)載阻力和電機(jī)牽引力

直流牽引電動(dòng)機(jī)（除差復(fù)勵(lì)外）的特性曲線都具有負(fù)斜率，均滿足列車牽引時(shí)的機(jī)械穩(wěn)定性條件。直流電動(dòng)機(jī)牽引特性分析與比較特性1：穩(wěn)定特性2：不穩(wěn)定22牽引特性電氣穩(wěn)定性分析由（2-3）電機(jī)電勢(shì)平衡方程式有：L(dId/dt)=Ud

-（E+Id∑R）式中：E=CeΦn電機(jī)電樞反電勢(shì)；Id

電機(jī)電樞電流；Ud

電機(jī)端電壓；∑R電樞回路總電阻；L電樞回路總電感。

設(shè)Ud

為恒定，當(dāng)負(fù)載擾動(dòng)引起?Id時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)中L(dId/dt)的符號(hào)應(yīng)與?Id相反，從而使電機(jī)恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。----電氣穩(wěn)定性條件特性1：穩(wěn)定特性2：不穩(wěn)定23串勵(lì)和他勵(lì)電動(dòng)機(jī)牽引特性電氣穩(wěn)定性

一般情況下，串勵(lì)和他勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有電氣穩(wěn)定性。但他勵(lì)電機(jī)穩(wěn)定余量較小，對(duì)于無補(bǔ)償繞組的電機(jī)，由于電樞反應(yīng)的去磁作用，在大電樞電流時(shí)，有可能進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)（B點(diǎn)）。24多臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)，負(fù)載分配性能分析比較

當(dāng)多臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)并聯(lián)工作、電機(jī)特性有差異時(shí)，串勵(lì)電機(jī)比他勵(lì)電機(jī)負(fù)載分配不均勻程度要小得多。25

同一臺(tái)機(jī)車動(dòng)輪直徑有差異時(shí)，采用串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)比他勵(lì)電機(jī)負(fù)載分配均勻。26輸入電壓波動(dòng)對(duì)電機(jī)電流和牽引力的影響分析

當(dāng)外加電壓突變時(shí)，由于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁不變，電樞反電勢(shì)不能及時(shí)增加，將使過渡過程開始階段電樞電流沖擊過大，串勵(lì)電機(jī)電流沖擊要小得多。27牽引電動(dòng)機(jī)功率利用分析比較

串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)具有軟特性，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增大而自動(dòng)降低，故串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的功率變化比他勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)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。28串勵(lì)電動(dòng)機(jī)由于特性較軟，空轉(zhuǎn)發(fā)生后恢復(fù)粘著狀態(tài)的能力不如他勵(lì)牽引電機(jī)。所有，從粘著重量的利用觀點(diǎn)出發(fā)，他勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)優(yōu)于串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)。第二節(jié)電力機(jī)車的起動(dòng)一、對(duì)起動(dòng)的要求

1.起動(dòng)平穩(wěn)2.起動(dòng)迅速起動(dòng)過程盡量減少起動(dòng)電流和起動(dòng)牽引力的波動(dòng)。起動(dòng)加速快。二、起動(dòng)電流起動(dòng)時(shí)，由于牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速為0，電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)為0，起動(dòng)電流為：很小必須采取適當(dāng)方法限制起動(dòng)電流！三、起動(dòng)方式1.變阻起動(dòng)2.降壓起動(dòng)起動(dòng)時(shí)串入起動(dòng)電阻，以減小起動(dòng)電流，起動(dòng)完后切除起動(dòng)電阻。起動(dòng)時(shí)降低加在牽引電動(dòng)機(jī)上的端電壓。第三節(jié)電力機(jī)車的電氣制動(dòng)二、制動(dòng)分類：制動(dòng)機(jī)械制動(dòng)(常備)電氣制動(dòng)電阻制動(dòng)再生制動(dòng)能耗電阻制動(dòng)加饋電阻制動(dòng)一、電氣制動(dòng)原理三、電氣制動(dòng)的基本要求1.具有電氣穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性2.具有廣泛的調(diào)節(jié)范圍，制動(dòng)過程要平穩(wěn)，沖擊力要小。3.牽引轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿?dòng)狀態(tài)時(shí)線路簡單，操縱方便，具有良好的制動(dòng)性能，負(fù)載分配力求均勻。直流傳動(dòng)電力機(jī)車的電氣制動(dòng)一、電阻制動(dòng)的基本原理電力機(jī)車牽引時(shí)采用串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)，由于特性軟不適合電氣制動(dòng)，所以制動(dòng)時(shí)要將牽引狀態(tài)的串勵(lì)電動(dòng)機(jī)變化為他勵(lì)。首先切斷牽引電機(jī)電樞與電網(wǎng)的連結(jié)，使電樞繞組與制動(dòng)電阻形成回路，勵(lì)磁繞組則由其他電源供電，并且勵(lì)磁電流方向與牽引時(shí)相反，以改變電磁轉(zhuǎn)矩方向。電阻制動(dòng)主電路SS1機(jī)車6臺(tái)電機(jī)共用一個(gè)整流電流，勵(lì)磁繞組串聯(lián)。制動(dòng)必須在OABCDE范圍內(nèi)安全運(yùn)行。安全運(yùn)行區(qū)由５條限制曲線構(gòu)成：OA:最大勵(lì)磁電流限制

AB:粘著限制曲線

BC:最大制動(dòng)電流限制

CD:牽引電機(jī)的安全換向限制

DE:機(jī)車結(jié)構(gòu)速度限制二、電阻制動(dòng)的工作范圍１、電阻制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)（相對(duì)與機(jī)械制動(dòng)）提高運(yùn)行的安全性：可使列車高速運(yùn)行時(shí)具有較大的制動(dòng)力，可快速停車；可減小列車閘瓦與輪緣的磨損:100t/km/年;可提高列車的運(yùn)行速度：下坡速度可提高8%;節(jié)能：下坡速度大，可充分利用下坡的勢(shì)能；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制：可通過電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒流、恒速、恒功及粘著限制等控制。三、電阻制動(dòng)的特點(diǎn)２、缺點(diǎn)低速時(shí)制動(dòng)力線性下降，使列車制停緩慢。措施：將電阻分級(jí)：高速時(shí)，電阻大；低速時(shí)，減小電阻，提高制動(dòng)力；采用加饋電阻制動(dòng)：低速時(shí)，在電樞內(nèi)串聯(lián)一個(gè)電源與電樞電壓相加，增大制動(dòng)力電流，從而提高制動(dòng)力；與機(jī)械制動(dòng)配合：高速時(shí)，采用電制動(dòng)為主，低速時(shí)配上機(jī)械制動(dòng)，保證整車的制動(dòng)力。分級(jí)制動(dòng)的效果

在低速時(shí)，RZ由1.0005Ω降至0.6Ω時(shí)，恒磁通控制，制動(dòng)力增大；加饋制動(dòng)效果

在低速時(shí)，可通過加饋制動(dòng)恒制動(dòng)力制停。SS9電制動(dòng)電路簡化原理圖4546四、再生制動(dòng)１、再生制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)能10-15%；制動(dòng)范圍寬，防滑性能好；２、再生制動(dòng)的不足功率因數(shù)低，僅0.5;諧波成份多，對(duì)電網(wǎng)污染大；控制系統(tǒng)復(fù)雜；采用全橋?qū)刂瓶煽啃砸蟾?；丟失觸發(fā)脈沖時(shí)容易發(fā)生再生顛覆。對(duì)線路要求較高。四、再生制動(dòng)（續(xù)１）３、再生制動(dòng)的原理再生制動(dòng)條件：全控橋；α>90o;勵(lì)磁電流反向；交流傳動(dòng)電力機(jī)車的電氣制動(dòng)一、電氣制動(dòng)原理51（一）三相異步機(jī)的結(jié)構(gòu)YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機(jī)座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。線繞式鼠籠式鼠籠轉(zhuǎn)子52三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。組成：定子鐵心、定子繞組和機(jī)座。53

轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電流。組成：轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸。

實(shí)際的異步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子之所以轉(zhuǎn)動(dòng)，是由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度n同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1不一致，則有：轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義：異步電動(dòng)機(jī)電源電壓恒定，電機(jī)參數(shù)已知時(shí)，轉(zhuǎn)差率s與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系曲線，即曲線，稱為異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。（二）、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性異步電機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性理想空載運(yùn)行點(diǎn)：Tmax0T+STstTNS=1SKSN機(jī)械特性的幾個(gè)特殊點(diǎn)：額定運(yùn)行點(diǎn)：最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：起動(dòng)點(diǎn)：機(jī)械特性啟動(dòng)同步轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩:電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。

，電機(jī)因帶不動(dòng)負(fù)載而停轉(zhuǎn)。最大電磁轉(zhuǎn)矩Tmax

最大轉(zhuǎn)矩又叫停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，如果超過這個(gè)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)將停止運(yùn)行，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)差率sK為穩(wěn)定運(yùn)行最大轉(zhuǎn)差率，稱為臨界轉(zhuǎn)差率。（三）、三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n<

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1，電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。1.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n>旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1，電機(jī)從轉(zhuǎn)子軸上吸收機(jī)械功，通過電磁感應(yīng)由定子向逆變器及電網(wǎng)輸出電功率，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。2.牽引電氣制動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1方向相反，電機(jī)一方面從轉(zhuǎn)子軸上吸收機(jī)械功，同時(shí)又從電網(wǎng)吸收電功率，這兩部分功率消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，電機(jī)處于電磁制動(dòng)狀態(tài)。3.反接制動(dòng)將正在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組三根供電線任意對(duì)調(diào)兩根，定子電流相序改變，相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)立即反轉(zhuǎn)，進(jìn)入反接制動(dòng)狀態(tài)。反接制動(dòng)方法簡單，制動(dòng)迅速，但制動(dòng)過程沖擊強(qiáng)烈，能量消耗較大，不易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車，一般不采用。異步電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于外在因素使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n>旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1，則電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。例如，電動(dòng)車組下坡運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩和下坡運(yùn)行重力分量所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩共同作用下，列車加速運(yùn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超越同步轉(zhuǎn)速，電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)。這時(shí)列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能回送到接觸網(wǎng)，回送的電能由接觸網(wǎng)下的其他負(fù)載消耗掉，因此也稱為回饋制動(dòng)。二、再生制動(dòng)主要應(yīng)用于下坡運(yùn)行或電機(jī)變頻調(diào)速（減速）時(shí)不需要機(jī)械制動(dòng)，無機(jī)械磨損，更安全無需電氣線路的轉(zhuǎn)換，可靠性高牽引工況下的能量轉(zhuǎn)換網(wǎng)側(cè)交流電整流中間直流環(huán)節(jié)逆變?nèi)喈惒浇涣鳡恳妱?dòng)機(jī)四象限整流器中間直流環(huán)節(jié)逆變器再生制動(dòng)工況下的能量轉(zhuǎn)換網(wǎng)側(cè)交流電逆變中間直流環(huán)節(jié)整流發(fā)電機(jī)四象限整流器中間直流環(huán)節(jié)逆變器三、電阻制動(dòng)異步電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，若電能由直流側(cè)的制動(dòng)電阻通過發(fā)熱來消耗掉，則為電阻制動(dòng)。電阻制動(dòng)作為電氣制動(dòng)的補(bǔ)充形式。整流發(fā)電機(jī)制動(dòng)電阻作業(yè)：1、機(jī)車電氣制動(dòng)的基本原理是什么？何謂電阻制動(dòng)？何謂再生制動(dòng)？2、交-直型電力機(jī)車一般采用電阻制動(dòng)還是再生制動(dòng)？為什么?3、交流傳動(dòng)電力機(jī)車一般采用電阻制動(dòng)還是再生制動(dòng)？為什么？第一節(jié)電動(dòng)機(jī)的特性一、電機(jī)的特性曲線二、調(diào)速方式1、直流電動(dòng)機(jī)的特性曲線串勵(lì)他勵(lì)一、電機(jī)的特性曲線異步電機(jī)的機(jī)械特性2、交流異步電機(jī)的特性曲線一、電機(jī)的特性曲線Tmax0T+STstTNS=1SKSN啟動(dòng)同步轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)二、調(diào)速方式直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性：直流電力機(jī)車采用調(diào)壓調(diào)速為主，弱磁調(diào)速為輔。二、調(diào)速控制方式交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速：調(diào)速方法：1、改變定子極對(duì)數(shù)P2、改變轉(zhuǎn)差率s

改變外施電壓U1

在轉(zhuǎn)子外串附加電阻在轉(zhuǎn)子外串附加電動(dòng)勢(shì)3、改變電源頻率f1級(jí)差大，不經(jīng)濟(jì)調(diào)速范圍窄無級(jí)調(diào)速不適合鼠籠型變頻調(diào)速變頻調(diào)速調(diào)速性能優(yōu)越，調(diào)速范圍寬，能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，為使電機(jī)得到滿意的性能，通常應(yīng)保持氣隙磁通不變，即可保持鐵芯磁路的飽和程度。這樣，調(diào)速效果好，效率高。調(diào)頻的同時(shí)必須同步調(diào)節(jié)電壓！VVVF三相異步電動(dòng)機(jī)每相電壓：電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩當(dāng)保持時(shí)保持恒磁通的變頻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，適于啟動(dòng)狀態(tài)。與頻率無關(guān)變壓變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性牽引特性（含動(dòng)力制動(dòng)特性）是列車最重要的特性，用列車輪緣牽引力/制動(dòng)力與輪緣線速度的關(guān)系曲線表示。

列車要求恒牽引力起動(dòng)、恒功率運(yùn)行，理想牽引特性曲線如下：第二節(jié)列車?yán)硐霠恳匦郧€0FkvkvmaxvN恒轉(zhuǎn)矩區(qū)恒功率區(qū)理想牽引特性曲線（牛馬特性）第三節(jié)電力機(jī)車的牽引特性與控制方式一、交-直型電力機(jī)車的牽引特性二、交流車的牽引特性一、交-直型電力機(jī)車的牽引特性（一）電力機(jī)車牽引特性的界限（二）牽引特性與控制（三）典型機(jī)車牽引特性分析（一）電力機(jī)車牽引特性的界限1、受粘著條件限制（機(jī)車牽引力始終應(yīng)小于粘著牽引力）2、受牽引電動(dòng)機(jī)最大電流限制（發(fā)熱）3、受電機(jī)安全換向限制4、受機(jī)車最大速度限制（結(jié)構(gòu)速度）（二）牽引特性與控制電力機(jī)車為了獲得良好的起動(dòng)性能，希望能最大限度地利用機(jī)車的黏著條件。另外在機(jī)車運(yùn)行過程中，不僅希望機(jī)車特性適合牽引，做到調(diào)速范圍廣，而且還希望機(jī)車具有良好的防空轉(zhuǎn)性能和良好的起動(dòng)性能。單純依靠電機(jī)的機(jī)械特性已不能滿足機(jī)車運(yùn)行的要求，因此需要對(duì)機(jī)車的運(yùn)行方式加以控制，已保證機(jī)車具有良好的牽引性能。直流傳動(dòng)電力機(jī)車的控制方式由恒流控制、恒速控制和特性控制3種。1、恒流控制恒流控制：機(jī)車起動(dòng)時(shí)維持電流恒定（接近粘著限制線的電流值，如SS3B型機(jī)車）。司機(jī)控制器給定級(jí)位→電機(jī)電樞電流給定值，恒流控制系統(tǒng)據(jù)指令自動(dòng)調(diào)節(jié)可控硅觸發(fā)角，使電流達(dá)指令值要求。恒流起動(dòng)控制特性曲線見圖中曲線1。特點(diǎn)：I起大，F(xiàn)起大，起動(dòng)加速快，t起短；但一旦空轉(zhuǎn)將加劇空轉(zhuǎn)。因此，恒流控制的再粘著能力差。必須具備可靠的防空轉(zhuǎn)檢測(cè)和保護(hù)措施。各種控制特性曲線比較

2、恒速控制恒速控制恒流起動(dòng)結(jié)束后轉(zhuǎn)入恒速運(yùn)行。特點(diǎn)：恒速控制使機(jī)車具有硬特性，空轉(zhuǎn)時(shí)牽引力能迅速下降，利于實(shí)現(xiàn)再粘著，防空轉(zhuǎn)，如圖曲線2所示。但恒速控制特性過于陡，阻力變時(shí)，牽引力波動(dòng)很大，車鉤受沖擊力大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)斷鉤。所以一般采用的是準(zhǔn)恒速控制，如曲線3所示。3、特性控制特性控制：恒流起動(dòng)，準(zhǔn)恒速控制運(yùn)行。圖中曲線AB+BC就是特性控制的牽引特性曲線。曲線4是自然牽引特性曲線。（三）典型機(jī)車牽引特性分析

SS4型電力機(jī)車牽引特性牽引特性曲線：牽引電動(dòng)機(jī)與速度的關(guān)系及粘著牽引力與速度的關(guān)系繪在同一圖上。準(zhǔn)恒速調(diào)節(jié)——牽引“級(jí)位”數(shù)字×10就是該級(jí)位所要控制的目標(biāo)速度。二、交流傳動(dòng)電力機(jī)車的牽引特性（一）牽引特性與控制（三）典型車型牽引特性分析（二）交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制（一）牽引特性與控制為使交流傳動(dòng)電力機(jī)車得到理想的牽引特性，需要對(duì)機(jī)車的運(yùn)行方式加以控制。

根據(jù)交流傳動(dòng)電力機(jī)車所采用異步交流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的簡化公式：對(duì)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制有：恒轉(zhuǎn)矩控制、恒功率控制、恒轉(zhuǎn)差頻率控制。1、恒轉(zhuǎn)矩控制恒轉(zhuǎn)矩控制又稱恒磁通控制（恒控制）由上式可知，當(dāng)保持及轉(zhuǎn)差頻率恒定可以得到這一特性，在整個(gè)范圍內(nèi)發(fā)出最大轉(zhuǎn)矩Tm，滿足機(jī)車以不變的牽引力起動(dòng)的要求。2、恒功率控制使用恒轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，電源電壓U1隨f1的增大而成正比增大，但是由于受到牽引電機(jī)端電壓（電源電壓）的限制，其后U1將維持不變進(jìn)入恒功率運(yùn)行（U1/f1不再恒定）。U1不變，恒（fs

/f1)調(diào)節(jié)

U1不變，fs與f1按比例變化。由上式知，工作點(diǎn)選擇：在最高轉(zhuǎn)速（即f1max）時(shí)保證有最小允許過載能力（即最小轉(zhuǎn)矩裕度）處，則較低速時(shí)有較大的過載能力，保證電機(jī)在全部調(diào)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

3、恒轉(zhuǎn)差頻率控制在恒功率控制中，U1達(dá)到最大值不變，fs與f1按比例變化，當(dāng)fs也達(dá)到最大值不變時(shí)，僅改變電源頻率f1的控制方法。轉(zhuǎn)矩與機(jī)車速度平方成反比！f1T4、交流傳動(dòng)電力機(jī)車牽引控制特性交流傳動(dòng)電力機(jī)車起動(dòng)時(shí)，以恒磁通（恒轉(zhuǎn)矩）工作，在基速以上范圍，以固定的U1工作。（二）電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制在電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中，如果發(fā)生電壓或負(fù)載波動(dòng)，或者傳動(dòng)系統(tǒng)突然加速或者減速的情況下，就需要系統(tǒng)能具有快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和精確的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能。如果僅靠逆變電源對(duì)電機(jī)的開環(huán)控制（前述方法）是達(dá)不到這個(gè)要求的，必須采用具有精確反饋信號(hào)的閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制才能滿足要求。

在直流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中，調(diào)速控制的閉環(huán)系統(tǒng)僅需控制電樞電流就可有效控制轉(zhuǎn)矩，但是交流傳動(dòng)系統(tǒng)中的異步電機(jī)是一個(gè)多變量耦合的復(fù)雜控制對(duì)象，在閉環(huán)控制中必須采用特殊的控制方法。其控制方式主要有：轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量變換控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。1、轉(zhuǎn)差頻率控制

轉(zhuǎn)差頻率控制實(shí)際上是在恒磁通控制的模式上引入了速度閉環(huán)，以避免開環(huán)控制的缺點(diǎn)，是前述恒磁通控制的改進(jìn)版。不變（即磁通不變）時(shí)，這樣用