電力機車的起動和電氣制動

第一節(jié)直流電機特性2直流電機的勵磁方式按勵磁方式分類：他勵，并勵，串勵，復(fù)勵。直流電動機特性轉(zhuǎn)矩特性M=f（Is）機械特性n=f（M）牽引特性機械穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性條件：式中：Wo和F分別為負載阻力和電機牽引力

直流牽引電動機（除差復(fù)勵外）的特性曲線都具有負斜率，均滿足列車牽引時的機械穩(wěn)定性條件。直流電動機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）電機電勢平衡方程式有：L(dId/dt)=Ud

-（E+Id∑R）式中：E=CeΦn電機電樞反電勢；Id

電機電樞電流；Ud

電機端電壓；∑R電樞回路總電阻；L電樞回路總電感。

設(shè)Ud

為恒定，當(dāng)負載擾動引起?Id時，電機系統(tǒng)中L(dId/dt)的符號應(yīng)與?Id相反，從而使電機恢復(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串勵和他勵電動機牽引特性電氣穩(wěn)定性

一般情況下，串勵和他勵電動機具有電氣穩(wěn)定性。但他勵電機穩(wěn)定余量較小，對于無補償繞組的電機，由于電樞反應(yīng)的去磁作用，在大電樞電流時，有可能進入不穩(wěn)定狀態(tài)（B點）。7多臺牽引電動機并聯(lián)工作時，負載分配性能分析比較

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

同一臺機車動輪直徑有差異時，采用串勵牽引電動機比他勵電機負載分配均勻。9輸入電壓波動對電機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，串勵電機電流沖擊要小得多。10牽引電動機功率利用分析比較

串勵牽引電動機具有軟特性，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增大而自動降低，故串勵電動機的功率變化比他勵牽引電動機要小，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。所有，從粘著重量的利用觀點出發(fā)，他勵牽引電動機優(yōu)于串勵牽引電動機。第二節(jié)電力機車的起動一、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，由于牽引電機轉(zhuǎn)速為0，電動機反電勢為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上的端電壓。第三節(jié)電力機車的電氣制動二、制動分類：制動機械制動(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，負載分配力求均勻。直流傳動電力機車的電氣制動一、電阻制動的基本原理電力機車牽引時采用串勵牽引電動機，由于特性軟不適合電氣制動，所以制動時要將牽引狀態(tài)的串勵電動機變化為他勵。首先切斷牽引電機電樞與電網(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機車6臺電機共用一個整流電流，勵磁繞組串聯(lián)。制動必須在OABCDE范圍內(nèi)安全運行。安全運行區(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:牽引電機的安全換向限制

DE:機車結(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（相對與機械制動）提高運行的安全性：可使列車高速運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２、缺點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；與機械制動配合：高速時，采用電制動為主，低速時配上機械制動，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蟾撸粊G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；交流傳動電力機車的電氣制動一、電氣制動原理34（一）三相異步機的結(jié)構(gòu)YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機座轉(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的轉(zhuǎn)差率定義：異步電動機電源電壓恒定，電機參數(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，稱為異步電動機的機械特性曲線。（二）、三相異步電動機的機械特性異步電機的機械特性機械特性理想空載運行點：Tmax0T+STstTNS=1SKSN機械特性的幾個特殊點：額定運行點：最大轉(zhuǎn)矩點：起動點：機械特性啟動同步轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩:電機帶動最大負載的能力。

，電機因帶不動負載而停轉(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，電動機將停止運行，對應(yīng)轉(zhuǎn)差率sK為穩(wěn)定運行最大轉(zhuǎn)差率，稱為臨界轉(zhuǎn)差率。（三）、三相異步電動機的運行狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n<

旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1，電機處于電動機狀態(tài)。1.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n>旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1，電機從轉(zhuǎn)子軸上吸收機械功，通過電磁感應(yīng)由定子向逆變器及電網(wǎng)輸出電功率，電機處于發(fā)電機狀態(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，電機一方面從轉(zhuǎn)子軸上吸收機械功，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，電機處于電磁制動狀態(tài)。3.反接制動將正在電動機狀態(tài)下運行的異步電動機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。異步電機作電動機運行時，由于外在因素使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n>旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1，則電機處于發(fā)電機狀態(tài)。例如，電動車組下坡運行時，電動機轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩和下坡運行重力分量所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩共同作用下，列車加速運行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超越同步轉(zhuǎn)速，電機變?yōu)榘l(fā)電機。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)用于下坡運行或電機變頻調(diào)速（減速）時不需要機械制動，無機械磨損，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)電機四象限整流器中間