《機車電傳動與控制》.ppt

輸出平均直流電壓 Ud=Ud0n(2n-1)+cosn)/(2n) (2-6-9) 其中：Ud0n= (n/4)Ud0 Ud0 為四段橋全開放時的輸出平均直流電壓 n=1，2，3，4（為電壓調(diào)節(jié)區(qū)段數(shù)） 功率因數(shù)PF PF=2( (2n-1)+ cosn)(1+ cosn)/( (n - 2n-1)n) (2-6-10),電氣制動-再生制動,8K機車再生制動工況主電路： 全控橋電路 牽引電動機他勵,減小諧波與功率因數(shù)補償問題 采用功率因數(shù)補償器 L-C, R-C, R-L-C 消除或減小三、五次諧波為主要目的,電力機車輔助電路 為了保證電力機車正常運行，機車上設有三相 交流輔助電路，以供采用三相鼠籠式異步電動 機驅(qū)動的輔助機械裝置（如冷卻通風機、油 泵、壓縮機等）之用。 三相交流輔助電源由機車單相交流電源變換而 來。三種方變換法： 旋轉(zhuǎn)式劈相機 電容分相法 半導體靜止逆變器 SS1機車輔助電路（旋轉(zhuǎn)式劈相機Y型聯(lián)接）,電力機車控制系統(tǒng)與控制特性 8K機車 控制系統(tǒng) 機車特性曲線 SS4機車 控制系統(tǒng)框圖 控制方式,8K機車控制系統(tǒng),機車控制 產(chǎn)生司機控制指令（特性控制器） 轉(zhuǎn)向架控制 按司機指令，綜合各種因素和限制條件 形成實際控制機車主電路負載電流的參 考電流IREF，實現(xiàn) 主電路電流、電壓的 （閉環(huán)）控制調(diào)節(jié)。,8K機車特性曲線,恒流控制 I=200MC (A) 準恒速控制 V=10 MC (km/h) 式中MC 為司機手柄轉(zhuǎn)動角度,SS4機車控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)可實行兩種控制方式：,恒壓控制方式 將電流手柄置于較高給定，使電流環(huán)不參與調(diào)節(jié)作用。 Ud=1010(-In(1-0.777X/32)/1.5) (v) 式中：X=0-32，為手柄級位 恒流控制方式 將電壓手柄置于較高給定，使電壓環(huán)不參與調(diào)節(jié)作用。 Ia=1260(1.052(1-exp(-3X/32) (A),SS4機車四段橋連續(xù)控制電路及其特性,第二章 電力牽引交-直傳動與控制,六、電阻制動 電阻制動基本原理 制動工況下牽引電動機（工作在發(fā)電機狀態(tài)）電勢： ED=CenDD=IDz(Rz+RD)=IDzRz IDz=CenDD /Rz 或 D= IDzRz/CenD 電機電磁力矩（制動力矩）： MD=Cm IDzD =(CmCe/Rz) (D) nD =(CmRz/Ce) (IDz) (1/nD) 電阻制動特性B=f(V) MD =f(nD)與制動工況限制范圍 三種制動控制特性 恒勵磁制動特性 恒制動電流制動特性 恒速制動特性 制動工況限制范圍 最大勵磁電流，最大粘著，最大制動電流，換向條件，最大速度,3. 內(nèi)燃機車電阻制動電路（東風11， ND5）.,4. 電力機車電阻制動電路（SS1）,第二章 電力牽引交-直傳動與控制,1、粘著控制與空轉(zhuǎn)保護 2、機車主電路的接地保護 3、電力機車主電路短路、過載 及過電壓保護,七、交-直電傳動機車粘著控制與主電路的保護,1、粘著控制與空轉(zhuǎn)保護 幾個基本概念,粘著系數(shù)： 最大粘著系數(shù)： 粘著利用率： 蠕滑速度：,蠕滑速度與粘著系數(shù)關系曲線：,當實際牽引力FFmax，輪軌間出現(xiàn)相對滑動，粘著狀態(tài)被破壞空轉(zhuǎn) 粘著控制目的是在保證不發(fā)生空轉(zhuǎn)前提下，獲得最大的粘著利用率，使機車能發(fā)揮最大平均牽引力, 粘著控制方法,校正型粘著控制方法傳統(tǒng)粘著控制方法 在檢測到空轉(zhuǎn)和滑行發(fā)生后，通過削減電機轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)粘著利用，其一般過程如下： a.根據(jù)輪對間速度差，輪對的加速度及加速度的變化率，檢測空轉(zhuǎn)或滑行的發(fā)生； b. 根據(jù)空轉(zhuǎn)或滑行的程度，削減電機轉(zhuǎn)矩值并維持一定時間，以消除空轉(zhuǎn)或滑行； c. 空轉(zhuǎn)或滑行恢復后，按一定時間常數(shù)指數(shù)規(guī)律，逐漸增加電機轉(zhuǎn)矩，直至空轉(zhuǎn)或滑行前電機轉(zhuǎn)矩值的80%，并在一定的時間內(nèi)保持電機轉(zhuǎn)矩不變； e.如果在電機轉(zhuǎn)矩不變的時間內(nèi)未發(fā)生空轉(zhuǎn)或滑行，則在保持時間結束后，按一定時間常數(shù)的指數(shù)規(guī)律繼續(xù)增加電機轉(zhuǎn)矩，直至達到由司機手柄給出的電機轉(zhuǎn)矩給定值。如果再次發(fā)生空轉(zhuǎn)或滑行，則按照（b）處理。 由于傳統(tǒng)的校正型粘著控制方法一方面需要大幅度地削減電機轉(zhuǎn)矩以消除已經(jīng)發(fā)生的空轉(zhuǎn)或滑行，另一方面需要緩慢地增加電機轉(zhuǎn)矩以防止空轉(zhuǎn)或滑行的再次發(fā)生，這樣，粘著工作點常常遠離粘著峰值點，粘著利用率因而一般較低。,基于粘著特性及蠕滑速度控制型現(xiàn)代粘著控制方法 在現(xiàn)代機車控制中，粘著控制系統(tǒng)是機車傳動控制系統(tǒng)的一部分，它的主要作用是在線路狀況變化不定的情況下，通過對電機速度、電機轉(zhuǎn)矩等信息的采集、分析和處理，結合由司機給出的電機轉(zhuǎn)矩指令，向電機控制系統(tǒng)發(fā)出正確的電機轉(zhuǎn)矩指令，使機車能夠以線路當前最大的粘著系數(shù)運行，從而獲得最大的粘著利用率。 現(xiàn)代粘著控制方法的一個顯著特點是能夠自動搜尋粘著峰值點，并使粘著工作點保持在粘著峰值點的附近，從而能夠獲得較高的粘著利用率。根據(jù)搜尋粘著峰值點方法的不同，現(xiàn)代粘著控制方法可以分為蠕滑速度法和粘著斜率法兩大類。 a. 蠕滑速度法 基于蠕滑速度的粘著控制方法原理是根據(jù)粘著特性曲線，通過調(diào)節(jié)蠕滑速度，使其反復地增加和降低，從而自動地搜尋粘著峰值點。,b. 粘著斜率法粘著系數(shù)導數(shù)法 粘著斜率可表為：, 校正型粘著控制空轉(zhuǎn)檢測,空轉(zhuǎn)發(fā)生時，空轉(zhuǎn)輪對及其相應的主電路物理狀態(tài)將產(chǎn)生異常變化。按檢測的物理參數(shù)的不同可分為三種典型檢測電路： 檢測牽引電動機電壓信號的檢測電路 空轉(zhuǎn)nEU（牽引電動機串并聯(lián)連接方式） 檢測牽引電動機電流信號的檢測電路 空轉(zhuǎn)nEI （牽引電動機并聯(lián)連接方式） 檢測輪對轉(zhuǎn)速和角加速度信號等的檢測電路 空轉(zhuǎn)n,檢測牽引電動機電壓信號的檢測電路,空轉(zhuǎn)信號電流： i =(U2-U1)/(2r+R) =Ce(n2-n1)/(2r+R) 機車速度較低時，值較大，檢測電路靈敏度較高。,檢測牽引電動機電流信號的檢測電路,空轉(zhuǎn)信號電流近似為： i=RL(IL4-IL5)/r 由串勵電動機的速率特性（軟特性）可知，在相同的轉(zhuǎn)速差下，電機低速運行時可以獲得較大的電流差，故此是檢測電路靈敏度較高。,檢測輪對轉(zhuǎn)速和角加速度信號的檢測電路,ND5機車空轉(zhuǎn)檢測保護電路,脈沖轉(zhuǎn)速檢測（f/v） 加速度檢測（轉(zhuǎn)速微分） 輪徑自動校正（惰行狀態(tài)及V12km/h下進行） 空轉(zhuǎn)檢測分析與空轉(zhuǎn)信號的分級輸出 （四級空轉(zhuǎn)信號）, 空轉(zhuǎn)（滑行）控制系統(tǒng)應用實例,根據(jù)輪對轉(zhuǎn)速差V產(chǎn)生的14級機車動輪轉(zhuǎn)速差空轉(zhuǎn)信號：VL1，V2，VL3，VL4。其中， V2為連續(xù)的模擬信號， VL1 、VL3、VL4為邏輯開關信號。,ND5四級空轉(zhuǎn)信號及控制處理,一級信號 當VL1為高電平時產(chǎn)生 自動撒沙操作 二級信號 即為V2 010V模擬信號，直接輸入至CHEC,用以降低主發(fā)功率。 三級信號 機車牽引工況出現(xiàn)下列情況之一時產(chǎn)生： ARE（單軸加速度超過閾值）和VL3均為高電平； SS（所有軸加速度超過閾值）； MAXRPM（機車超速）為高電平 使CHEC快速降低發(fā)電機功率輸出。 四級信號 當VL4和 MAXRPM 均為高電平時產(chǎn)生 使CHEC快速降勵磁，WX插件中WSX釋放，WSR吸合，一方面斷開勵磁機他勵電路，另一方面又使 勵磁機串勵繞組去磁電流增大3倍，以更快地減載，切除全部功率輸出。,8k機車空轉(zhuǎn)（滑行）控制系統(tǒng),輪徑修正 滿足三個條件下進行：牽引電機電流20km/h, |V |0.3km/h 檢測輪對速度差、加速度及加速度變化率 脈沖計數(shù)、f/v轉(zhuǎn)換檢測速度及V，由速度微分求加速度r ，二階速度微分求加速度變化率dr/dt 牽引電動機電流給定修正算法 主要根據(jù)V和dr/dt修正（在用dr/dt修正不能制止空轉(zhuǎn)時，加入r引起的修正），按下式計算修正削減電流峰值： I=205V+208(dr/dt)-252（A） 自動尋找并記憶最大粘著系數(shù)時的電流值 根據(jù)dr/dt的突然變化，記憶最大粘著系數(shù)時的電流值，電流恢復是按此電流值削減10%給定。然后再以24A/s的斜率緩慢上升，尋找新的最大粘著點。,SS8/SS9型電力機車防空轉(zhuǎn)/滑行保護功能,防空轉(zhuǎn)、防滑行控制使機車運行在盡可能大的粘著附近，可以保證機車在任何軌面條件下啟動、加速、制動不擦傷輪軌，不發(fā)生牽引電機超速。防空轉(zhuǎn)/滑行控制完全由軟件實現(xiàn)，消除了由硬件控制時引起的不可靠因素。控制特性一致性好，控制參數(shù)的調(diào)整和控制方式的修改較方便，運行過程中可以通過外接終端讀取全部控制過程中間量。因此，實地調(diào)整后能較好地滿足控制要求。 微機根據(jù)四路速度信號計算出速度差V，加速度a，加速度變化率da。在牽引工況時，V取同一轉(zhuǎn)向架兩軸速度差，a和da取本轉(zhuǎn)向架的最大值作為控制值。制動工況下，V取全車最大速度與最小速度的差，a取全車加速度的最大值作為控制值。牽引和制動工況有不同的減流曲線，并根據(jù)情況分別采用撒砂、減流等措施來預防和抑制空轉(zhuǎn)及滑行。減流速率固定，有快速和慢速恢復過程，以免因電流恢復過快而造成再次空轉(zhuǎn)。電樞電流400A以下時不修正。 微機具有輪徑自動補償?shù)墓δ堋Ｔ诳刂浦礗s1V，牽引工況、速度小于20km/h，無空轉(zhuǎn)的情況下，以第二個輪對為基準自動進行補償測試。此時各輪對先行距離相等，各輪對所測得的速度各有不同，是由于輪對直徑不等造成的，由此計算出其它輪對直徑對第二輪對直徑的系數(shù)。在其它工況下測得的速度，都要用此系數(shù)進行修正。第二輪對的直徑可由顯示系統(tǒng)鍵盤輸入。,2、機車主電路的接地保護,接地故障及其危害 接地保護電路舉例,3、電力機車主電路短路、 過載及過電壓保護,第三章 電力牽引交流傳動與控制,主要內(nèi)容： 電力牽引交流傳動技術概述 電力牽引交流傳動基礎 交-直-交變流器與逆變器 電力牽引交流傳動的控制技術,系統(tǒng)基本結構型式,（電壓型）交-直-交變流器+交流 異步牽引電機系統(tǒng)（普遍應用） （電壓型）交-直-交變流器+交流 同步牽引電機系統(tǒng) （電流型）交-直-交變流器+交流 異步牽引電機系統(tǒng) 交-交變流器+交流同步牽引電機 系統(tǒng),第三章 電力牽引交流傳動與控制,一、電力牽引交流傳動技術概述 機車交流傳動系統(tǒng)的基本結構 交流傳動機車： （特指）采用各種變流器供電，交 流異步或同步電動機驅(qū)動的機車或 電動車組。 變流器類型： 交-交變流器（直接式） 交-直-交變流器（間接式）,發(fā)展歷史與現(xiàn)狀,交流調(diào)速技術 上世紀30年代提出了用交流調(diào)速取代直流調(diào)速的有關理論，60年代后才得以迅速發(fā)展（電力電子技術-大功率半導體器件） 應用：從風機，水泵擴展到鋼鐵行業(yè)軋機等其他領域 日本 1975 直流 80%，交流 20% 1985 直流 20%，交流 80% 全世界 上世紀80年代后五年 交流調(diào)速年均增長13%-14% 直流調(diào)速年均增長3%-4% 中國 風機、水泵總裝機3000萬臺，耗電量占總發(fā)電 量38%。采用交流調(diào)速節(jié)能前景廣闊,交流電傳動機車技術發(fā)展 20世紀60-70年代：初期發(fā)展階段 1965 德國Henschel與BBC合作開發(fā)機車交流傳動系統(tǒng) 1971 第一臺成功運行的交流機車誕生 DE2500 70年代 共生產(chǎn)25套 20世紀80年代：交流傳動技術日趨成熟，在各種機車、動車上獲得推廣應用 歐洲發(fā)展迅速（共計達350多臺） DE500系列（Mak公司 500kw GTO 1980） DE1024系列（Mak+ABB公司 2650kw GTO 挪威國鐵） ME1500（丹麥國鐵 2410kw 普通晶閘管1981） 美國鐵路交流傳動投入不足，發(fā)展較慢 -僅在老機車改造方面作了嘗試,20世紀90年代：交流傳動技術成為熱點 美國異軍突起（至1997達1400臺） SD60MAC（GM公司 2834kw GTO 微機控制 1992） AC4000（GE公司 3281kw GTO 32位微機 1994） AC6000（GE公司 4474kw GTO 32位微機 1994） 歐洲 GEC-Alsthom公司 為敘利亞國鐵開發(fā) 2370kw IGBT 1997 中國交流牽引傳動技術發(fā)展 70-80 年代一直密切注意世界交流牽引技術發(fā)展動態(tài) 1992 研制成功1000kw地面變流器（試驗）裝置 1996 AC4000原型車（4000kw，異步牽引電動機 1025kw） 2000 DJJ1”藍箭” 220km/h IPM器件 直接轉(zhuǎn)矩控制 1225kw異步電動機 2001 DJ2”奧星”號竣工，田心廠等 動車組 4800KW， Vmax=160Km/h，自主知識產(chǎn)權 2002 “中華之星” 試驗速度：312.5公里/小時 2006 CRH1、CRH2、CRH5，DJ4,大功率電力電子器件的發(fā)展-交流傳動發(fā)展的關鍵技術之一,晶閘管（Thyristor） 70年代及以前使用的主要開關元件：半控，低頻 目前水平：3500A/6500V、1000A/12000V 主要問題：不能用負脈沖關斷，需附加強制換流回路。 GTO（Gate turn-off thyristor） 80年代，電流控制可關斷元件，已廣泛用以大功率變流器 目前水平：3000A/6000V、1000A/9000V 主要問題：關斷增益低（4-5），損耗大，二次擊穿問題限于1-2kHz（吸收電路、觸發(fā)和關斷電路是關鍵） GTR（Gaint Transistor）大功率晶體管 電流控制雙極型自關斷元件， 通態(tài)壓降低 目前水平：600A/1200V、450A/1300V 主要問題：難于突破1500V 功率場效應管（Power MOSFET） (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 壓控器件，輸入阻抗高，開關速度高，損耗小 目前水平：200A/1000V,IGBT(Insulated Gate Biplar Trasistor)絕緣柵雙極晶體管 兼有MOSFET和GTR的優(yōu)點：高速（20-50kHz)、高阻抗，低壓降等混合器件，電壓控制元件 國外已發(fā)展到第五代： 第1代（1985 ） 500-1000V 25A 第2代（1989 ） 600-1200V 400A 第3代 高頻、低耗、低壓降 1200-2000V 第4、5代 2000-4000V，600A/1200V, 800A/1000V至1500A/1600V 模塊化、智能化 IPM（Intelligent Power Module)智能功率模塊 集功率開關、驅(qū)動隔離電路以及過流、過壓、過熱保護等于一體 的智能型模塊 中國機車用大功率半導體器件發(fā)展水平 晶閘管：200-3000A/6500V GTO：600A/2500V（1993），目前研制500-2000A/2500-4500V,電力電子器件將在下列三個主要方面取得重大進展：,注：SIT(SITH)靜電感應晶體管（晶閘管）；MCT(MCTH)MOS控制晶體管（晶閘管）,交流傳動控制裝置及控制技術的發(fā)展,上世紀80年代以前 主要為模擬器件和開關邏輯器件控制方式 80年代 出現(xiàn)16位微機控制，如MICAS、SIBAS-16等 90年代 32位微機控制，如SIBAS-32等 交流傳動控制技術： 微機數(shù)字化，高精度，高可靠性，復雜綜合和最優(yōu)控制 電機控制策略：轉(zhuǎn)差頻率控制（控制轉(zhuǎn)矩）、矢量控制（可與直流調(diào)速性能相媲美）、直接轉(zhuǎn)矩控制（控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈）,交流傳動的優(yōu)點,由于鼠籠式異步電動機良好的經(jīng)濟性能和牽引運行性能，采用“電壓型交-直-交變流器+三相鼠籠式異步牽引電動機”系統(tǒng)是目前發(fā)展的交流傳動機車主要結構形式。主要優(yōu)點： 異步電動機陡峭的自然外特性利于抑制機車空轉(zhuǎn)和打滑，可大幅度提高機車的粘著性能（最大粘著系數(shù)：交流機車可達45%，交-直機車25%） 牽引電機結構簡單、可靠，電機熱利用率高，維護、維修方便，運用維護費用低（無換向器和電刷或勵磁整流器等滑動接觸部件） 單機容量大（不受換向限制），轉(zhuǎn)速范圍寬，重量輕體積小（交流與交-直流傳動比較：在相同重量和體積下，功率可大幅度提高。單位重量功率：直流電動機0.33kw/kg，同步電動機0.5kw/kg，異步 電動機0.68kw/kg或更高） 交流傳動機車功率因數(shù)高，等效干擾電流小，節(jié)能，環(huán)保 三相鼠籠式異步牽引電動機造價低,二、電力牽引交流傳動基礎, 三相交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場,1. 三相異步電動機的工作原理及結構,逆時鐘方向旋轉(zhuǎn), 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理,旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線被轉(zhuǎn)子導體切割，轉(zhuǎn)子導體產(chǎn)生感應電動勢。轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，則轉(zhuǎn)子導體有電流流過。設旋轉(zhuǎn)磁場按順時針方向旋轉(zhuǎn)，且某時刻為上北極N下為南極S。根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導體的電動勢和電流方向由里向外 ，在下半部則由外向里。按左手定則知，導體受電磁力作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n順n0方向旋轉(zhuǎn)。,三相交流電通入定子繞組后形成的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速為,轉(zhuǎn)子導體感應電動勢頻率：,異步電動機轉(zhuǎn)差率 s=(n0-n)/n0 0s1 電機旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速 n0=60f1/p (r/m), 三相異步電動機結構,封閉式三相籠型異步電動機結構圖 1軸承；2前端蓋；3轉(zhuǎn)軸；4接線盒；5吊環(huán)；6定子鐵心； 7轉(zhuǎn)子；8定子繞組；9機座；10后端蓋；11風罩；12風扇,三相籠型異步電動機結構圖,定子鐵心及沖片示意圖,（b）鑄鋁轉(zhuǎn)子,籠形式轉(zhuǎn)子繞組,（a）銅排轉(zhuǎn)子,定子繞組的聯(lián)結,定子三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每相繞組在空間相差120電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，一般首端分別標為U1, V1, W1 ，末端分別標為U2, V2, W2 。這六個出線端在接線盒里的排列如圖所示。三相繞組可接成星形或三角形。,星形連接,三角形連接,二、電力牽引交流傳動基礎,異步牽引電動機的調(diào)速特性及控制規(guī)律 異步牽引電動機的基本特性 電磁轉(zhuǎn)矩特性 電磁轉(zhuǎn)矩公式 M=CmI2cos2 =CmE2(r2/(X2s+r2) =CmE20(sr2/(sX2s0)+r2) (3-2-1) 式中： Cm 電機結構常數(shù) 電機內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通(Wb) E2 =4.44f2k2w2 轉(zhuǎn)子感應電勢(v) f2 轉(zhuǎn)子感應電勢頻率(Hz) r2 轉(zhuǎn)子電路中等效電阻() X2s=2f2L2s 轉(zhuǎn)子等效漏抗() L2s 轉(zhuǎn)子等效漏感(H) cos2= r2/(X2s+r2) 轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù) I2= E2/(X2s+r2) 轉(zhuǎn)子電流(A),s=(n1-n)/n1 轉(zhuǎn)差率 0s1 (3-2-2) n1=60f1/p 電機旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速(r/m) (3-2-3) f1 電機定子繞組輸入電源頻率(Hz) n 電機實際轉(zhuǎn)速(r/m) 由轉(zhuǎn)差率定義有： n=(1-s)n1=(1-s)60f1/p (3-2-4) 以及由n1-n=n2=60f2/p得： s =(n1-n)/n1 =f2/f1 (3-2-5) f2=sf1 (3-2-5a) E20=E2/s當電機f2=f1時的轉(zhuǎn)子感應電勢(v) X2s0=X2s/s當電機f2=f1時的轉(zhuǎn)子漏抗(),電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線,Mmax 臨界(最大) 轉(zhuǎn)矩 Sk 臨界轉(zhuǎn)差率 Me 額定轉(zhuǎn)矩 Se 額定轉(zhuǎn)差率 MQ 啟動轉(zhuǎn)矩 （對應s=1),由異步電機扭矩公式，可得電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線。,臨界轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率與電機其它參數(shù)的關系,由(3-2-1)式，令dM/ds=0得： sk=r2/X2s0=r2/(2f1L2s) (3-2-6) 代入(3-2-1)式得： Mmax=CmE20/X2s0 =Cm(4.44f1k2w2)/(2f1L2s) =Cm (3-2-7) 因此：Mmax與r2無關 sk與f1成反比,與r2成正比 若忽略定子漏抗時，定子輸入電壓近似等于定子感應電勢： U1E1= 4.44f1k1w1 (3-2-8) 當f1不變，則 與U1正比，此時有： Mmax=Cm=CmU1 (3-2-9) 當U1不變，則與 1/f1正比，此時有： Mmax=Cm=Cm(1/f1) (3-2-10),sk與f1成反比,與r2成正比,當f1不變時， 與U1正比 Mmax=Cm=CmU1,當U1不變時，與 1/f1成正比 Mmax=Cm=Cm(1/f1),機械特性M=f(n),可由M=f(s)求得： n =(1-s)n1 =60f1(1-s)/p S=1 n=0 S=0 n=n1 穩(wěn)定運行區(qū) nknn1 非穩(wěn)定運行區(qū) 0nnk 過載系數(shù)kM kM=Mmax/Me =1.82.5 以確保電機穩(wěn)定運行,諧波電流（磁場）引起的諧波轉(zhuǎn)矩（附加轉(zhuǎn)矩）對機械特性的影響,高次諧波電流（磁場）使電機啟動階段轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大幅波動，惡化了起動性能，并可使電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或大幅波動。,異步牽引電動機調(diào)速,調(diào)速方法 由式 n=60f1(1-s)/p可知調(diào)速三種途徑： 改變定子繞組磁極對數(shù)p 繞組換接，有級調(diào)速 改變轉(zhuǎn)差率s s=f(u1,r1,x1s,x2s,r2) 改變電機輸入頻率f1 需要變頻電源，可經(jīng)濟地獲得寬廣平滑的調(diào)速 性能,變頻調(diào)速對機械特性的影響,當取U1E1= 4.44f1k1w1時有： = E1/( 4.44f1k1w1) = U1/f1 ( 4.44k1w1) 代入式(3-2-7)： Mmax=CmE20/X2s0 =Cm = CmU1/f1 (3-2-11) 可見： 保持u1=c調(diào)速，Mmax正比于1/f1；f1，u1/f1， ，電機工作在磁場削弱狀態(tài)。 -適合軟負荷特性。,改變f1調(diào)速，且保持U1/f1不變，=const.，電機 工作在額定磁通，則Mmax=const.。 -適合硬特性負載,問題： 當采用不同的調(diào)頻控制方式時，可以得到牽引電機不同的機械特性，用于機車牽引時應當采用什么控制方式呢？,異步牽引電動機控制規(guī)律的選擇,異步牽引電動機牽引特性的形成 機車理想特性有三部分組成 啟動加速階段-近似恒牽引力 正常牽引工況-恒功率 限速階段 -恒速運行 實現(xiàn)機車牽引特性必須施行兩方面控制： 實行變頻調(diào)速，以滿足機車速度不斷變化的要求 實行多種規(guī)律控制，以滿足牽引特性在不同階段的要求,如： 啟動階段-恒牽引力恒轉(zhuǎn)矩Mmax不變 牽引工況-恒功率FV=CMmax與f1成反比,恒功率運行階段異步牽引電機機械特性的控制調(diào)節(jié),(阻力矩Mz1Mz2)(引起工作點gg1，欠功率) (恒工控制系統(tǒng)發(fā)出“增加功率”信號變換成“增頻”信號) (f1f1) (轉(zhuǎn)矩M1M2)(工作點g1h) 恒功率牽引特性形成B-C,控制規(guī)律的選擇,啟動階段 控制使Mmax=C，故應使：U1/f1=C (3-2-11) 恒功階段 控制使Mmax與f1成反比例變化?？捎袃煞N控制方式： 最小電動機、最大逆變器匹配 使牽引電動機在各f1下的穩(wěn)定工作點落在額定工況點 上(s=se)，電機電磁參數(shù)在整個恒功范圍均得到充分 利用，具有最小的設計容積功率。,令過載系數(shù)kM=Mmax/Me為常數(shù)，可得恒功控制條件： Me1=Mmax (1/kM )1 = ( Cm/kM ) (2f1) (U1/f1) =Ckm(U1/f1) =const. 即有：U1/f1 =const. (3-2-12) 此時： Mmax = Cm (U1/f1) =(Cm U1/f1 )(1/f1) =K(1/f1) (3-2-13) 以上各式中Cm，Ckm， K均為常數(shù),圖3-2-11 最小電動機匹配控制規(guī)律,逆變器輸出電流和電壓,電動機轉(zhuǎn)矩特性,最小逆變器最大電動機匹配,在整個恒功運行工況范圍，保持逆變器輸出電流I1和電壓U1恒定，可使逆變器設計容量最小。 U1I1=const. 此時有： Mmax = Cm (U1/f1) =(Cm U1) /f1 =K(1/f1 ) (3-2-14),此時，為保證在整個恒功范圍有足夠的過載能力，必須按最高定子頻率來設計電機電磁參數(shù)，結果是在恒功低頻段，電機過載能力過剩，導致設計容量要增大。,圖3-2-12 最小逆變器匹配控制規(guī)律,牽引電動機轉(zhuǎn)矩特性,逆變器輸出電流電壓,三、交-直-交牽引逆變器原理,概述 交-直-較牽引變流器組成結構 變流器：整流器+逆變器 整流器-用于將輸入交流電源變?yōu)橹绷?，構成?直-較系統(tǒng)的直流環(huán)節(jié)（恒壓或恒流）。 逆變器-將中間直流環(huán)節(jié)電源變換成電壓和頻率均可按一定規(guī)律平滑調(diào)節(jié)的交流電輸出。 逆變器按中間直流環(huán)節(jié)特性可分為兩類 電壓型-中間直流環(huán)節(jié)電壓維持恒定 電流型-中間直流環(huán)節(jié)電流維持恒定,逆變器實質(zhì)上是以一定聯(lián)結方式和控制規(guī)律工作，從而實現(xiàn)直流電交流電變換的可控電子開關陣列?？刂埔?guī)律可分為： 矩形波法控制 分諧波法控制（脈寬調(diào)制PWM） 矩形波法控制逆變器組成與逆變原理 逆變器正負主開關狀態(tài)在逆變輸出頻率的每一個周期內(nèi)轉(zhuǎn)換一次，使負載電位按正負兩個180（或120）寬的矩形波變化。,基本原