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1、其次章其次章 直流牵引电机及其调速方式直流牵引电机及其调速方式2.1 直流牵引电机的工作特性直流牵引电机的工作特性 和机车牵引特性和机车牵引特性n n工作特性:U=UN If=IfN n、T、=f(Ia)n n机械特性:n=f(T)一 直流牵引电机特性 1.1.转速特性转速特性 n=f(Ia)n =U-In =U-Ia aRRa a/C/Ce e RRa a:电枢回路总电阻电枢回路总电阻 C Ce e ：电势常数电势常数nIa(T)01.他(并)励3.积复励2.串励2.转矩特性转矩特性 T=f(Ia)T=CT=CT T I Ia a(或或M=CM=CM M I Ia a)C CT T:转矩常数
2、转矩常数0TIa1.他(并)励3 积复励2 串励3.机械特性机械特性 n=f(T)T TIaIa 机械特性具有机械特性具有与转速特性相与转速特性相像的形态像的形态nT01.他(并)励3.积复励2.串励二二 机车的牵引特性机车的牵引特性 机车轮周牵引力FK和轮周线速度VK之间的关系FK=f（VK）机车的速度特性 VK =f(a)机车的牵引力特性 FK=f(a)Fz:齿轮齿上所受的力DK3.轮对FK1.小齿轮节圆2.大齿轮节圆 机车的速度特性机车的速度特性 VK=f(Ia)机车的牵引力特性机车的牵引力特性 FK=f(Ia)VK n VK=f(Ia)与 n=f(Ia)形态相同 FK T VK=f(I
3、a)与 T=f(Ia)形态相同 机车的牵引特性机车的牵引特性FK=f(VK)FK=f(VK)由牵引由牵引电机的机械特性干脆确定电机的机械特性干脆确定T=f(n)T=f(n)三三 机车牵引特性的限制机车牵引特性的限制 n n2.2.最高速度限制最高速度限制n n3.3.粘着限制粘着限制n n4.4.最大允许电流限制最大允许电流限制n n5.5.平安换向限制平安换向限制 Fv43522.2各种励磁方式电机特性分析各种励磁方式电机特性分析一、串励和并励直流牵引电机性能比较一、串励和并励直流牵引电机性能比较（一）机械稳定性和电气稳定性（一）机械稳定性和电气稳定性 机械稳定性机械稳定性 指机车牵引列车正
4、常运行时，由于偶然的缘由，引起指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的缘由，引起速度发生变更后，机车本身能复原到原有的稳定运行状态。速度发生变更后，机车本身能复原到原有的稳定运行状态。机械稳定性的条件：机械稳定性的条件：牵引特性曲线斜率牵引特性曲线斜率基本阻力曲线斜率基本阻力曲线斜率即：即：dF/dv dW0/dv一般一般dW0/dv0 不具有稳定性不具有稳定性 其他电动机其他电动机dF/dv W0 v 不稳定不稳定F2 W0 v 稳定稳定 电气稳定性电气稳定性 指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的缘由，引起指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的缘由，引起电机电流发生微量变更后，机车本身能复原到原有
5、的稳定运电机电流发生微量变更后，机车本身能复原到原有的稳定运行状态。行状态。动态电压平衡方程式：动态电压平衡方程式：Ud =E+IdR+L(dId/dt)Ud =E+IdR+L(dId/dt)E =Ce E =Ce n n Ud =Ce Ud =Ce n+IdR+L(dId/dt)n+IdR+L(dId/dt)电气稳定性分析图示电气稳定性分析图示UdId0AId1 Id12假定假定 Ud=CA：电气平衡状态电气平衡状态曲线曲线1：电气稳定：电气稳定曲线曲线2：电气不稳定：电气不稳定牵引电机电气稳定的必要条件：牵引电机电气稳定的必要条件：dUd/dId 0 0即电动机即电动机CeCe n+IdR
6、=fn+IdR=f（Id Id）的曲线斜）的曲线斜率为率为正值就具有电气稳定性正值就具有电气稳定性串励电机电气稳定性串励电机电气稳定性UdId0A在任何负载下斜率均为正在任何负载下斜率均为正具有电气稳定性具有电气稳定性 并励电机电气稳定性并励电机电气稳定性UdId0AB 只有在确定负载范围内才具有电气稳定性 A：稳定 B：不稳定（二）牵引电机之间的负载安排（二）牵引电机之间的负载安排n n 牵引电机特性有差异牵引电机特性有差异 动轮直径相同动轮直径相同n n 动轮直径不同动轮直径不同 牵引电机特性相同牵引电机特性相同 牵引电机特性有差异（动轮直径相同）牵引电机特性有差异（动轮直径相同）TId0
7、nnT2211Id1Id2nT2T1串励：串励：转速相同转速相同 n相同相同 Id1 Id2 差值较小差值较小 T1 T2 差值也较小差值也较小 牵引电机特性有差异（动轮直径相同）牵引电机特性有差异（动轮直径相同）TId0n21T21Id1Id2nT2T1并励：并励：转速相同转速相同 n相同相同 Id1 Id2 差值很大差值很大 T1 T2 差值也较大差值也较大 牵引电机动轮直径不同（特性相同）牵引电机动轮直径不同（特性相同）TId0nnTId1Id2n1T2T1n2串励：串励：由相同的转速差引起由相同的转速差引起 Id1 Id2 差值较小差值较小 T1 T2 差值也较小差值也较小 牵引电机动
8、轮直径不同（特性相同）牵引电机动轮直径不同（特性相同）TId0nTId2Id1n1T1T2n2并励：并励：由相同的转速差引起由相同的转速差引起 Id1 Id2 差值较大差值较大 T1 T2 差值也较大差值也较大（三）电压波动对牵引电机的影响（三）电压波动对牵引电机的影响TId0nnT21Id1Id2nT2T1串励：串励：转速不变转速不变 工作曲线工作曲线由由n1变为变为n2 Id1 Id2 差值较小差值较小 T1 T2 差值也较小差值也较小并励并励:TId0n21TId1Id2nT2T1 转速不变转速不变 工作曲线由工作曲线由n1变为变为n2结论：当电网电压波结论：当电网电压波动时，并励电机的
9、电动时，并励电机的电流冲击和牵引力冲击流冲击和牵引力冲击比串励电机大得多比串励电机大得多（四）功率利用（四）功率利用T(F)0n(v)n1T2T1n2acT(F)0n(v)n1T2T1n2bd假设串励、并励电机具有相同的额定转矩和额定转速假设串励、并励电机具有相同的额定转矩和额定转速 串励：串励：T1T2 c 点点a点点 面积差不多面积差不多 接近恒功接近恒功 并励：并励：T1T2 d 点点b点点 面积差较大面积差较大 结论：串励功率利用好，能充分发挥机车的功率结论：串励功率利用好，能充分发挥机车的功率（五）粘着重量的利用（防空转性能）（五）粘着重量的利用（防空转性能）F0vF121nF2a假
10、设电动机工作在假设电动机工作在a点，速度为点，速度为n偶然缘由偶然缘由 n+n1 并励：特性硬并励：特性硬 F1较大较大 快速复原粘着快速复原粘着2 串励：特性软串励：特性软 F2较大较大 粘着不易复原形成空转粘着不易复原形成空转并励电动机防空转性能并励电动机防空转性能1:1:最大粘着曲线最大粘着曲线最大粘着曲线最大粘着曲线 2:2:滑动摩擦力曲线滑动摩擦力曲线滑动摩擦力曲线滑动摩擦力曲线 3:3:并励电机机械特性并励电机机械特性并励电机机械特性并励电机机械特性T(F)0n(v)v3v0AB11223粘着条件破坏粘着条件破坏 1-1 2-2 牵引力牵引力最大粘着限制最大粘着限制 渐渐渐渐发生空
11、转发生空转 v A 滑动摩擦滑动摩擦力力=牵引力，停止空转牵引力，停止空转 假设电机原来工作在假设电机原来工作在B点点 v0串励电动机防空转性能串励电动机防空转性能1:1:最大粘着曲线最大粘着曲线最大粘着曲线最大粘着曲线 2:2:滑动摩擦力曲线滑动摩擦力曲线滑动摩擦力曲线滑动摩擦力曲线 4/5:4/5:串励电机机械特性串励电机机械特性串励电机机械特性串励电机机械特性粘着条件破坏粘着条件破坏 1-1 2-2 牵引力牵引力最大粘着限制最大粘着限制 渐渐渐渐发生空转发生空转 v A 滑动摩擦滑动摩擦力力=牵引力，停止空转牵引力，停止空转 T(F)0n(v)v4v0AB112245假设电机原来工作在假
12、设电机原来工作在B点点 v0二、他励牵引电动机二、他励牵引电动机优点：优点：合适的调整特性合适的调整特性优良的防空转特性优良的防空转特性充分发挥机车牵引力充分发挥机车牵引力 能实现无级磁场减弱能实现无级磁场减弱便于牵引制动工况转换便于牵引制动工况转换nId0If5If4If3If2If1If1 If2 If3 If4 If5 三、积复励牵引电机三、积复励牵引电机MMM 日日本本微微机机控控制制机机车车 串串励励绕绕组组与与各各自自的的电电枢枢串串联联 各各电电机机他他励励绕绕组组串串联联后后进进行行 集集中中控控制制6K2.3 直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法n n 调整电机电
13、压n n 调整主磁通n=Ud Id RCe 一、调整端电压一、调整端电压n n变更牵引电机的连接方式n n牵引电动机与电阻串联n n变更牵引变压器的输出电压n n变更牵引发电机的转速和励磁电流n n变更同步牵引发电机定子绕组接法 变更牵引电机的连接方式变更牵引电机的连接方式MMMMUNUd=UN/4MMMMUNUd=UN/2MMMMUNUd=UN优点：能量损耗少优点：能量损耗少 比较经济比较经济缺点：调压级数有限缺点：调压级数有限 须要困难的转换开关须要困难的转换开关 和接触器和接触器 牵引电动机与电阻串联牵引电动机与电阻串联优点：限制简洁优点：限制简洁缺点：起动不平稳缺点：起动不平稳 粘着利
14、用不粘着利用不好好 损耗大损耗大MUN逐渐切除与电枢串联的电阻进行调速MUN调节斩波器导通比进行调速CH 变更牵引变压器的输出电压变更牵引变压器的输出电压变更变压器的匝数变更变压器的匝数变更变压器的匝数变更变压器的匝数 变更变压器输出电压变更变压器输出电压变更变压器输出电压变更变压器输出电压 Ud Ud Ud Ud依据变压器调压抽头的位置高压侧调压低压侧调压SS2SS1 变更牵引发电机的转速和励磁电流变更牵引发电机的转速和励磁电流柴油机转速柴油机转速柴油机转速柴油机转速 同轴的发电机转速同轴的发电机转速同轴的发电机转速同轴的发电机转速 由于牵引发由于牵引发由于牵引发由于牵引发电机的励磁机是由柴
15、油机驱动的电机的励磁机是由柴油机驱动的电机的励磁机是由柴油机驱动的电机的励磁机是由柴油机驱动的 励磁机的转励磁机的转励磁机的转励磁机的转速变更速变更速变更速变更 电机电压变更电机电压变更电机电压变更电机电压变更柴油机GMMM 变更同步牵引发电机定子绕组的接法变更同步牵引发电机定子绕组的接法 双星形：T1 T2 T3 T1 T12 T13低速：低速：AS1和和AS2断开断开 并联并联高速：高速：AS1和和AS2闭和闭和 串联串联MM T1T2T3 T11T12 T13AS1AS2二、调整主极磁通二、调整主极磁通磁场分路法：主极绕组两端并联一级或数级分磁场分路法：主极绕组两端并联一级或数级分 路电
16、阻，从而减小励磁电流和磁通路电阻，从而减小励磁电流和磁通MUd+-R212R1IdILK1、K2断开 Id=IL 满磁场 K1闭和 R1分流 K2闭和 R2分流 K1、K2闭和 R1、R2分流磁场减弱系数磁场减弱系数 磁场减弱系数：在牵引电动机电枢电流相同的条件下，磁场减弱系数：在牵引电动机电枢电流相同的条件下，磁场减弱系数：在牵引电动机电枢电流相同的条件下，磁场减弱系数：在牵引电动机电枢电流相同的条件下，磁场减弱的磁势磁场减弱的磁势磁场减弱的磁势磁场减弱的磁势(IW)(IW)(IW)(IW)与全磁场时的励磁磁势与全磁场时的励磁磁势与全磁场时的励磁磁势与全磁场时的励磁磁势(IW)d(IW)d(
17、IW)d(IW)d之比之比之比之比=(IW)(IW)d=ILWIdW=ILIdIL=RRL+RId =RRL+R假设主极绕组匝数为W 电阻为RL 分路电阻为R小小 结结n n直流牵引电机的工作特性与机车的牵引特性直流牵引电机的工作特性与机车的牵引特性n n工作特性工作特性 n=f n=f（IaIa）T=f T=f（IaIa）n=f n=f（T T）n n牵引特性牵引特性 v=f v=f（IaIa）F=f F=f（IaIa）F=f F=f（v v）n n各种励磁方式牵引电机特性分析各种励磁方式牵引电机特性分析n n串并励牵引电机特性比较串并励牵引电机特性比较n n他励和积复励电机特性他励和积复励电机特性n n直流电传动机车调速方法直流电传动机车调速方法n n调整电机端电压调整电机端电压n n调整主极磁通调整主极磁通 磁场分路法（磁场分路法（）