模塊9 交流傳動內(nèi)燃機車恒功率調(diào)速系統(tǒng)《列車電力傳動與控制》教學(xué)課件

《列車電力傳動與控制》?精品課件合集第X章XXXX模塊9

交流傳動內(nèi)燃機車恒功率調(diào)速系統(tǒng)第9章交流傳動內(nèi)燃機車恒功率調(diào)速系統(tǒng)9.1異步牽引電動機控制規(guī)律的選擇9.2牽引逆變器電路分析2024/8/224交流傳動內(nèi)燃機車為自備電源的機車，交-直-交流恒功率調(diào)速系統(tǒng)由交流牽引發(fā)電機、牽引變流器、異步牽引電動機以及控制系統(tǒng)組成。柴油機拖動三相同步發(fā)電機產(chǎn)生三相交流電，按照恒功率方式供給牽引變流器。牽引變流器由不可控三相橋式整流器、中間直流環(huán)節(jié)和電壓型三相逆變器組成。中間直流環(huán)節(jié)通過支撐電容進行濾波、穩(wěn)壓。逆變器一般采用兩電平電壓型逆變器。逆變器在特定的控制模式下，將穩(wěn)定的直流電壓變換為頻率電壓均可調(diào)節(jié)的三相等效正弦波交流電，供給異步牽引電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能驅(qū)動動輪旋轉(zhuǎn)，在輪軌之間產(chǎn)生牽引力，驅(qū)動機車運行?？刂葡到y(tǒng)采用微機網(wǎng)絡(luò)控制，主要完成恒功率勵磁控制、機車牽引控制、柴油機燃油電子噴射及運行控制、機車主要部位的保護控制等。通過網(wǎng)絡(luò)將計算機與柴油機運行控制、輔助系統(tǒng)控制、牽引傳動系統(tǒng)控制等設(shè)備連接起來，為與第三方設(shè)備進行通信提供連接接口與支持。交-直-交流傳動內(nèi)燃機車牽引變流器電路原理，如圖9-1所示。2024/8/226交流傳動內(nèi)燃機車可看作由交-直流和直-交流兩部分組成。交-直流部分與交-直流傳動內(nèi)燃機車完全相同，由柴油機拖動三相同步發(fā)電機按照恒功率方式運行，產(chǎn)生三相交流電經(jīng)三相橋式硅整流器整流成直流，完成交流電能的產(chǎn)生與變換。直-交流部分可以看作是交-直流傳動的擴展，直流電源經(jīng)支撐電容濾波穩(wěn)壓后供給牽引逆變器，完成直-交流變換，為交流牽引電動機提供變壓變頻等效正弦三相交流電能，并對其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩實施控制，實現(xiàn)對機車速度與牽引力的控制。交流傳動內(nèi)燃機車動力制動也采用電阻制動。

內(nèi)燃機車交流傳動屬于恒功率供電的交-直-交流傳動系統(tǒng)，由于電能供給方式不同，與外接電源恒電壓供電的交流傳動系統(tǒng)相比較，在交-直部分存在差異，區(qū)別在于整流器采用三2024/8/227相不可控整流器，中間環(huán)節(jié)儲能器只設(shè)支撐電容器，僅與逆變器負載交換無功能量和諧波功率。直-交部分與電力機車/EMU傳動系統(tǒng)相同，采用兩電平式電壓型逆變器。2024/8/2289.1異步牽引電動機控制規(guī)律的選擇9.1.1異步電動機牽引特性的形成內(nèi)燃機車牽引特性基本上由兩部分組成，如圖9-2所示。一部分是牽引力或轉(zhuǎn)矩幾乎不變的起動加速部分，如圖中虛線AB所示。另一部分是牽引力和速度成雙曲線規(guī)律變化的恒功率運行部分，如圖虛線BC所示。由于機車起動和恒功率兩個區(qū)段中牽引力的變化規(guī)律是不同的，所以異步牽引電動機機械特性的變化規(guī)律也應(yīng)不同。對于機車起動階段，為了實現(xiàn)幾乎不變的牽引力，異步牽引電動機的最大轉(zhuǎn)矩也應(yīng)保持不變，而且最大轉(zhuǎn)矩Tmax應(yīng)大于所要求的牽引轉(zhuǎn)矩Tst（起動轉(zhuǎn)矩）。異步牽引電動機為實現(xiàn)所需要的牽引轉(zhuǎn)矩而出現(xiàn)的工況點如圖中a、b、c、d各點所示。對于恒功率運行階段，要求異步牽引電動機的最大轉(zhuǎn)矩Tmax隨f1(或機車速度)的增加而減小，以實現(xiàn)雙曲線的牽引特性。2024/8/22109.1.2異步牽引電動機機械特性變化規(guī)律的選擇在機車起動階段，為獲得大而穩(wěn)定的起動牽引力，異步牽引電動機的機械特性應(yīng)按Tmax=C的規(guī)律變化，為此牽引變流器必須按U1/f1=C的規(guī)律對異步牽引電動機供電，這就是機車起動階段的異步電動機控制規(guī)律。起動結(jié)束機車進入恒功率運行階段，隨著變流器輸出頻率的增加，異步牽引電動機的最大轉(zhuǎn)矩可以有不同的變化規(guī)律。最大轉(zhuǎn)矩Tmax隨頻率f1的變化規(guī)律不同，意味著異步牽引電動機實現(xiàn)恒功率牽引時額定工況點的變化規(guī)律不同，也就是說還涉及到異步電動機電流I和電壓U的變化規(guī)律不同，因而牽引逆變器和異步電動機容量也不同。所以異步牽引電動機最大轉(zhuǎn)矩Tmax隨頻率f1的變化規(guī)律，實質(zhì)上就是牽引逆變器和異步牽2024/8/2211引電動機之間容量及尺寸的匹配問題。牽引逆變器與牽引電動機兩者之間只能有一個工作在最佳狀態(tài)，能力得到充分利用，其容量及尺寸相對較小；另一個相對而言其能力未被完全利用，其容量及尺寸較大。牽引逆變器與牽引電動機的匹配存在兩種極端情況，即最小逆變器與最大電動機的匹配、最大牽引逆變器與最小電動機的匹配。目前在內(nèi)燃機車交流傳動均采用最小逆變器與最大電動機的匹配方式。1.最小逆變器與最大電動機的匹配所謂最小逆變器就是使逆變器輸出電壓和電流保持不變，這時牽引逆變器將具有最小容量和尺寸。當U1不變時，，或，牽引電動機無法2024/8/2212實現(xiàn)恒功率運行。若要使牽引電動機能夠按照恒功率方式運行，則電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)與頻率成反比例關(guān)系變化，即或。但隨著頻率的增加，最大轉(zhuǎn)矩下降很快，可能會低于額定轉(zhuǎn)矩，牽引電動機的過載能力下降。為了保證牽引電動機在機車最高運行速度下仍具有負載能力，以此負載能力為條件來確定牽引電動機容量，這時牽引電動機的將具有最大的容量、尺寸，其電磁能力得不到充分利用，但牽引電動機的電壓和電流將保持恒定。最大牽引電動機的輸出關(guān)系如圖9-3所示。

2.最小逆變器與最大電動機匹配時的輸出關(guān)系牽引逆變器作為牽引電動機的電源，當牽引電動機按照最大容量選擇時，要求電源按照恒電壓、恒電流方式供電，即逆變器要以恒電壓、恒電流方式輸出。牽引逆變器按恒電壓、恒電流輸出時，其容量必然為最小，這對于變流元器件選擇及降低成本都是有利的。最小逆變器的輸出特性如圖9-4所示。在實際應(yīng)用中，是以異步牽引電動機和逆變器的技術(shù)經(jīng)濟指標來綜合考慮，求得二者的最佳配合，即在保證牽引逆變器具有良好的工作條件下又不使異步牽引電動機具有最大的尺寸。2024/8/22159.2牽引逆變器電路分析在交-直-交流電力傳動系統(tǒng)中，變頻裝置是由整流器和逆變器組成的。逆變器是一種將直流電變換成交流電的設(shè)備。此系統(tǒng)中的逆變器是在將直流電逆變?yōu)榻涣麟姷耐瑫r還對輸出的交流電進行變頻、變壓調(diào)節(jié)，以滿足異步牽引電動機進行變頻調(diào)速度的要求。整流器一般是不可控的，即普通三相橋式整流。所謂對異步牽引電動機進行變頻調(diào)速，實質(zhì)上是通過對逆變器的控制，調(diào)節(jié)逆變器輸出的電壓和頻率，供給異步牽引電動機所需要的三相交流電。逆變器根據(jù)采用中間直流環(huán)節(jié)（儲能元件）的不同，可分為電壓源和電流源逆變器兩種，由于受歷史習(xí)慣的影響，在交-直-交流電力傳動系統(tǒng)中，電壓源逆變器使用較多。現(xiàn)代內(nèi)2024/8/2216燃機車采用脈寬調(diào)制型逆變器，脈寬調(diào)制逆變器是二十世紀七十年代后期出現(xiàn)的一種既可調(diào)頻又可調(diào)壓的逆變器，是目前比較理想的逆變器。采用脈寬調(diào)制技術(shù)，其輸出電壓的幅值與頻率連續(xù)可調(diào)，等效波形接近正弦波，即輸出電壓中基波分量較大，基本上能滿足異步牽引電動機調(diào)速的要求。脈寬調(diào)制對電壓型或電流型變頻器都適用。內(nèi)燃機車一般采用兩電平電壓型逆變器，其電路結(jié)構(gòu)、控制方式與電力機車及EMU相同，詳細內(nèi)容請參閱4.1.2兩電平式逆變器、第5章牽引變流器控制策略。本章結(jié)束！2024/8/2217思考題1.異步牽引電動機的牽引特性由那幾部分組成?如何實現(xiàn)？2.牽引電動機與牽引逆變器如何匹配?其各自輸出特點如何？HXN5牽引電動機CDJD113PN520kW，nN513r/m，UN805V，fN26.4Hz，質(zhì)量2470kg關(guān)于DF8CJ的一些資料DF8CJ柴油機高低溫冷卻風(fēng)扇采用電力驅(qū)動，由2臺三相交流異步電動機驅(qū)動。柴油機通過起動變速箱拖動一臺雙組輸出的無刷勵磁輔助發(fā)電機，為驅(qū)動電動機提供三相交流電源。驅(qū)動電動機型號：JD363B1、額定功率110kW，額定電壓480V、額定電流170A，額定頻率101.6Hz、額定轉(zhuǎn)速1500rpm、8極電動機。輔助發(fā)電機型號：JF417C1(雙繞組輸出)，額定容量210kVA×2，額定電壓480V、額定電流253A×2，額定轉(zhuǎn)速3048rpm、額定頻率101.6Hz，cosφN