电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德北京交通大学北京交通大学 电气工电气工程学院程学院 王立德王立德直流传动与控制直流传动与控制电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德直流传动与控制技术直流传动与控制技术直流传动与控制技术直流传动与控制技术牵引电机特性与机车牵引特性牵引电机特性与机车牵引特性有级调压调速与有触点控制系统有级调压调速与有触点控制系统相控机车的主电路与功率因数相控机车的主电路与功率因数机车电子控制系统机车电子控制系统电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德直流牵引电机及其调速方式直流牵引电机及其调速方式直流牵引电机及其调速方式直流牵引电机及其调速方式电机的工作特性与机车牵引特性电机的工作特性与机车牵引特性机车牵引特性的限制机车牵引特性的限制电气稳定性电气稳定性牵引电机牵引电机牵引电机之间的负载分配电压波动对牵引电机的影响功率利用粘着重量的利用直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德电机的工作特性与机车牵引特性电机的工作特性与机车牵引特性工作特性: n、T、 = f(Ia) U = UN If = IfN 机械特性: n = f(T)直流牵引电机特性（串、并、他）直流牵引电机特性（串、并、他） 直流牵引电机及其调速方式电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德1. 转速特性 n = f ( Ia) n = (U - I n = (U - Ia aRRa a )/C)/Ce e nIa(T)01.他(并)励3.积复励2.串励电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德2. 转矩特性 T = f ( Ia ) T = C T = CT T I Ia a ( (或或或或M=CM=CM M I Ia a) )0TIa1. 他(并)励3 积复励2 串励电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德3. 机械特性 n = f ( T ) TIa 机械特性具有与转速特性相似的形状nT01.他(并)励3.积复励2.串励电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德机车的牵引特性机车的牵引特性 机车轮周牵引力机车轮周牵引力F FK K和轮周线速度和轮周线速度V VK K之间的之间的关系关系F FK K = f= f（V VK K） 机车的速度特性机车的速度特性 V VK K = f ( = f ( a a ) ) 机车的牵引力特性机车的牵引力特性 F FK K = f ( = f ( a a ) ) 电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德Fz : 齿轮齿上所受的力DK3. 轮对FK1.小齿轮节圆2. 大齿轮节圆电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德转向架转向架电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德牵引电机牵引电机电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德转向架转向架电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德 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 V VKK = f ( I = f ( Ia a ) ) 与与与与 n = f ( In = f ( Ia a ) )形状相同形状相同形状相同形状相同 FK T V VKK = f ( I = f ( Ia a ) ) 与与与与 T = f ( IT = f ( Ia a ) )形状相同形状相同形状相同形状相同 机车的牵引特性机车的牵引特性FK = f ( VK )由牵引电由牵引电机的机械特性直接决定机的机械特性直接决定T= f ( n )电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德DJ 1 DJ 1 牵引牵引牵引牵引- -速度曲线（速度曲线（速度曲线（速度曲线（F-v-F-v-DiagramDiagram）机车牵引特性曲线机车牵引特性曲线机车牵引特性曲线机车牵引特性曲线电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德机车牵引特性的限制机车牵引特性的限制 2. 最高速度限制3. 粘着限制4. 最大允许电流限制5. 安全换向限制 Fv4352电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德SS8型电力机车牵引特性 电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德CRH2牵引特性曲线牵引特性曲线电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德机械稳定性机械稳定性 指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的原因，引起指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的原因，引起速度发生变化后，机车本身能恢复到原有的稳定运行状态。速度发生变化后，机车本身能恢复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 稳定稳定电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德电气稳定性电气稳定性 指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的原因，指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的原因，引起电机电流发生微量变化后，机车本身能恢复到引起电机电流发生微量变化后，机车本身能恢复到原有的稳定运行状态。原有的稳定运行状态。 动态电压平衡方程式：动态电压平衡方程式： Ud = E + IdR + L (dId/dt) E = Ce n Ud = Ce n + IdR + L (dId/dt)电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德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：电气不稳定电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德牵引电机电气稳定的必要条件： dUd/dId 0即电动机即电动机Ce n + IdR = f（ Id ）的曲线斜率为的曲线斜率为正值就具有电气稳定性正值就具有电气稳定性电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德 并励电机电气稳定性UdId0AB 只有在一定负载范围只有在一定负载范围内才具有电气稳定性内才具有电气稳定性 A：稳定：稳定 B：不稳定：不稳定电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德牵引电机之间的负载分配 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 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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德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）TId0nnT2211Id1Id2nT2T1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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德 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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德 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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德电压波动对牵引电机的影响电压波动对牵引电机的影响TId0nnT21Id2Id1nT2T1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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德并励: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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德功率利用功率利用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 T1T2 c 点点aa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 T1T2 d 点点bb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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德粘着重量的利用（防空转性能）粘着重量的利用（防空转性能）F0vF121nF2a假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偶然原因偶然原因 n+ n1 并励并励：特性硬特性硬 F1较大较大 迅速恢复粘着迅速恢复粘着2 串励串励：特性软特性软 F2较小较小 粘着不易恢复形成空转粘着不易恢复形成空转电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德并励电动机防空转性能并励电动机防空转性能1:最大粘着曲线最大粘着曲线 2:滑动摩擦力曲线滑动摩擦力曲线 3:并励电机机械特并励电机机械特性性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 逐渐逐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 假设电机原来工作在假设电机原来工作在B点点 v0电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德串励电动机防空转性能串励电动机防空转性能1:最大粘着曲线最大粘着曲线 2:滑动摩擦力曲线滑动摩擦力曲线 4/5:串励电机机械特串励电机机械特性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 逐渐逐渐发生空转发生空转 v A 滑动摩滑动摩擦擦力力=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设电机原来工作在B点点 v0电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德他励牵引电动机他励牵引电动机优点：合适的调节特性优良的防空转特性充分发挥机车牵引力 能实现无级磁场削弱便于牵引制动工况转换nId0If5If4If3If2If1If1 If2 If3 If4 If5电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德积复励牵引电机积复励牵引电机MMM 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6K电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法 调节电机电压 调节主磁通n =Ud Id RCe 电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德一、调节端电压改变牵引电机的连接方式牵引电动机与电阻串联改变牵引变压器的输出电压改变牵引发电机的转速和励磁电流改变同步牵引发电机定子绕组接法电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德 改变牵引电机的连接方式MMMMUNUd = UN/4MMMMUNUd = UN/2MMMMUNUd = UN优点：优点：优点：优点：能量损耗少能量损耗少能量损耗少能量损耗少 比较经济比较经济比较经济比较经济缺点：缺点：缺点：缺点：调压级数有限调压级数有限调压级数有限调压级数有限 需要复杂的转换开关需要复杂的转换开关需要复杂的转换开关需要复杂的转换开关 和接触器和接触器和接触器和接触器 电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德 牵引电动机与电阻串联优点：优点：控制简单控制简单缺点：缺点：起动不平稳起动不平稳 粘着利用不好粘着利用不好 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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德 改变牵引变压器的输出电压改变变压器的匝数改变变压器的匝数 改变变压器输出电压改变变压器输出电压 Ud根据根据根据根据变压变压变压变压器调器调器调器调压抽压抽压抽压抽头的头的头的头的位置位置位置位置高压侧调压高压侧调压高压侧调压高压侧调压低压侧调压低压侧调压低压侧调压低压侧调压SS2SS2SS1SS1电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德 改变牵引发电机的转速和励磁电流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 由于牵引发由于牵引发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速变化速变化 电机电压变化电机电压变化柴油机GMMM电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德 改变同步牵引发电机定子绕组的接法 双星形：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电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德调节主极磁通磁场分路法：主极绕组两端并联一级或数级分 路电阻，从而减小励磁电流和磁通MUd+-R212R1IdILK1、K2断开断开 Id = IL 满磁场满磁场 K1闭和闭和 R1分流分流 K2闭和闭和 R2分流分流 K1、K2闭和闭和 R1、R2分流分流电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德磁场削弱系数 磁场削弱系数：磁场削弱系数：在牵引电动机电枢电流相同的条件下，磁场削弱的磁势(IW)与全磁场时的励磁磁势(IW)d之比 =(IW)(IW)d=ILWIdW=ILIdIL =RRL + RId =RRL + R假设主极绕组匝数为假设主极绕组匝数为W 电阻为电阻为RL 分路电阻为分路电阻为R电传动控制技术电传动控制技术 王立德王立德小小 结结直流牵引电机的工作特性与机车的牵引特性工作特性 n=f（Ia） T=f（Ia） n=f（T） 牵引特性 v=f（Ia） F=f（Ia） F=f（v）各种励磁方式牵引电机特性分析串并励牵引电机特性比较他励和积复励电机特性直流电传动机车调速方法调节电机端电压调节主极磁通 磁场分路法（）