電力機(jī)車的起動和電氣制動

第一節(jié)直流電機(jī)特性2直流電機(jī)的勵磁方式按勵磁方式分類：他勵，并勵，串勵，復(fù)勵。直流電動機(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

直流牽引電動機(jī)（除差復(fù)勵外）的特性曲線都具有負(fù)斜率，均滿足列車牽引時的機(jī)械穩(wěn)定性條件。直流電動機(jī)牽引特性分析與比較特性1：穩(wěn)定特性2：不穩(wěn)定5牽引特性電氣穩(wěn)定性分析由（2-3）電機(jī)電勢平衡方程式有：L(dId/dt)=Ud

-（E+Id∑R）式中：E=CeΦn電機(jī)電樞反電勢；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)載擾動引起?Id時，電機(jī)系統(tǒng)中L(dId/dt)的符號應(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6串勵和他勵電動機(jī)牽引特性電氣穩(wěn)定性

一般情況下，串勵和他勵電動機(jī)具有電氣穩(wěn)定性。但他勵電機(jī)穩(wěn)定余量較小，對于無補(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，有可能進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)（B點(diǎn)）。7多臺牽引電動機(jī)并聯(lián)工作時，負(fù)載分配性能分析比較

當(dāng)多臺牽引電動機(jī)并聯(lián)工作、電機(jī)特性有差異時，串勵電機(jī)比他勵電機(jī)負(fù)載分配不均勻程度要小得多。8

同一臺機(jī)車動輪直徑有差異時，采用串勵牽引電動機(jī)比他勵電機(jī)負(fù)載分配均勻。9輸入電壓波動對電機(jī)電流和牽引力的影響分析

當(dāng)外加電壓突變時，由于他勵電動機(jī)勵磁不變，電樞反電勢不能及時增加，將使過渡過程開始階段電樞電流沖擊過大，串勵電機(jī)電流沖擊要小得多。10牽引電動機(jī)功率利用分析比較

串勵牽引電動機(jī)具有軟特性，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增大而自動降低，故串勵電動機(jī)的功率變化比他勵牽引電動機(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。11串勵電動機(jī)由于特性較軟，空轉(zhuǎn)發(fā)生后恢復(fù)粘著狀態(tài)的能力不如他勵牽引電機(jī)。所有，從粘著重量的利用觀點(diǎn)出發(fā)，他勵牽引電動機(jī)優(yōu)于串勵牽引電動機(jī)。第二節(jié)電力機(jī)車的起動一、對起動的要求

1.起動平穩(wěn)2.起動迅速起動過程盡量減少起動電流和起動牽引力的波動。起動加速快。二、起動電流起動時，由于牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速為0，電動機(jī)反電勢為0，起動電流為：很小必須采取適當(dāng)方法限制起動電流！三、起動方式1.變阻起動2.降壓起動起動時串入起動電阻，以減小起動電流，起動完后切除起動電阻。起動時降低加在牽引電動機(jī)上的端電壓。第三節(jié)電力機(jī)車的電氣制動二、制動分類：制動機(jī)械制動(常備)電氣制動電阻制動再生制動能耗電阻制動加饋電阻制動一、電氣制動原理三、電氣制動的基本要求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，制動過程要平穩(wěn)，沖擊力要小。3.牽引轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿訝顟B(tài)時線路簡單，操縱方便，具有良好的制動性能，負(fù)載分配力求均勻。直流傳動電力機(jī)車的電氣制動一、電阻制動的基本原理電力機(jī)車牽引時采用串勵牽引電動機(jī)，由于特性軟不適合電氣制動，所以制動時要將牽引狀態(tài)的串勵電動機(jī)變化為他勵。首先切斷牽引電機(jī)電樞與電網(wǎng)的連結(jié)，使電樞繞組與制動電阻形成回路，勵磁繞組則由其他電源供電，并且勵磁電流方向與牽引時相反，以改變電磁轉(zhuǎn)矩方向。電阻制動主電路SS1機(jī)車6臺電機(jī)共用一個整流電流，勵磁繞組串聯(lián)。制動必須在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:最大勵磁電流限制

AB:粘著限制曲線

BC:最大制動電流限制

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、電阻制動的工作范圍１、電阻制動的優(yōu)點(diǎn)（相對與機(jī)械制動）提高運(yùn)行的安全性：可使列車高速運(yùn)行時具有較大的制動力，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能；易于實現(xiàn)自動控制：可通過電子控制系統(tǒng)實現(xiàn)恒流、恒速、恒功及粘著限制等控制。三、電阻制動的特點(diǎn)２、缺點(diǎn)低速時制動力線性下降，使列車制停緩慢。措施：將電阻分級：高速時，電阻大；低速時，減小電阻，提高制動力；采用加饋電阻制動：低速時，在電樞內(nèi)串聯(lián)一個電源與電樞電壓相加，增大制動力電流，從而提高制動力；與機(jī)械制動配合：高速時，采用電制動為主，低速時配上機(jī)械制動，保證整車的制動力。分級制動的效果

在低速時，RZ由1.0005Ω降至0.6Ω時，恒磁通控制，制動力增大；加饋制動效果

在低速時，可通過加饋制動恒制動力制停。SS9電制動電路簡化原理圖2829四、再生制動１、再生制動的優(yōu)點(diǎn)節(jié)能10-15%；制動范圍寬，防滑性能好；２、再生制動的不足功率因數(shù)低，僅0.5;諧波成份多，對電網(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)脈沖時容易發(fā)生再生顛覆。對線路要求較高。四、再生制動（續(xù)１）３、再生制動的原理再生制動條件：全控橋；α>90o;勵磁電流反向；交流傳動電力機(jī)車的電氣制動一、電氣制動原理34（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)磁場作用下，

產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或

電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)

磁場。線繞式鼠籠式鼠籠轉(zhuǎn)子35三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。組成：定子鐵心、定子繞組和機(jī)座。36

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

實際的異步電動機(jī)中，轉(zhuǎn)子之所以轉(zhuǎn)動，是由于旋轉(zhuǎn)磁場的作用。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度n同旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1不一致，則有：轉(zhuǎn)差率三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義：異步電動機(jī)電源電壓恒定，電機(jī)參數(shù)已知時，轉(zhuǎn)差率s與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系曲線，即曲線，稱為異步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線。（二）、三相異步電動機(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)械特性的幾個特殊點(diǎn)：額定運(yùn)行點(diǎn)：最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：起動點(diǎn)：機(jī)械特性啟動同步轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩:電機(jī)帶動最大負(fù)載的能力。

，電機(jī)因帶不動負(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，如果超過這個轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)將停止運(yùn)行，對應(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）、三相異步電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n<

旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1，電機(jī)處于電動機(jī)狀態(tài)。1.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n>旋轉(zhuǎn)磁場轉(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.牽引電氣制動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場轉(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)處于電磁制動狀態(tài)。3.反接制動將正在電動機(jī)狀態(tài)下運(yùn)行的異步電動機(jī)的定子繞組三根供電線任意對調(diào)兩根，定子電流相序改變，相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場立即反轉(zhuǎn)，進(jìn)入反接制動狀態(tài)。反接制動方法簡單，制動迅速，但制動過程沖擊強(qiáng)烈，能量消耗較大，不易實現(xiàn)準(zhǔn)確停車，一般不采用。異步電機(jī)作電動機(jī)運(yùn)行時，由于外在因素使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n>旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1，則電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。例如，電動車組下坡運(yùn)行時，電動機(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)。這時列車的動能轉(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。二、再生制動主要應(yīng)用于下坡運(yùn)行或電機(jī)變頻調(diào)速（減速）時不需要機(jī)械制動，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妱訖C(jī)四象限整流器中間直流環(huán)節(jié)逆變器再生制動工況下的能量轉(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