文档介绍：第二十章直流电力机车速度调节
电力机车作为电气化铁道的牵引动力,为充分发挥其功率,提高运输能力,要求机车的牵引力和速度均能在宽广的范围内均匀而经济地调节。一般情况下机车牵引列车的整个过程是由停车状态开始,经过起动加速再逐渐提高速度,直到机车工作在其自然特性上,此后司机根据列车运行图的要求及线路纵断面的变化随时进行速度调节。进站停车前进行制动,降低机车速度,直至最后停车。列车的整个运行过程,情况虽然很复杂,但概括起来,却只存在起动、调速、制动三种基本的运行状态。这三种基本运行状态实质都是速度的调节,只是起动和制动是调速的两种特殊形式而已。因此,电力机车速度调节是牵引列车运行时最为根本的任务之一,也是完成运输任务的主要手段之一。
电力机车是以牵引电动机作为传动设备的,所以电力机车的调速本质上是牵引电动机的调速。不同种类的电力机车、选用牵引电动机的种类不同,调速的方式就不同,而调速方式又会影响机车的牵引性能、功率因数。本章将分别讨论不同传动形式电力机车的调速问题,并重点讨论整流器电力机车的速度调节。通过本章的学习,应达到以下目标:
1、掌握交直型整流器机车相控调压调速的原理;
2、掌握机车上常用的磁场削弱方法;
3、了解电压调节下、磁场削弱下的机车特性。
第一节概述
一、电力机车调速的基本要求
电力机车无论采用何种调速方式,从运行安全的角度出发,下列基本要求都必须得到满足:
1、宽广的调速范围。只有具备宽广的调速范围才能满足列车运行速度不断提高的需要;
2、冲击力小,牵引力变化连续。速度调节应力求平稳,不间断牵引电动机的供电,并且有尽可能多的速度运行级,从而避免电流和牵引力的冲击;
3、调速经济。在保证速度范围的情况下,附加设备要少,且尽量减少附加能量损耗;
4、运行可靠,控制简单,操作方便。
二、电力机车的调速方式
1、具有直(脉)流牵引电动机机车的调速
直直型和交直型电力机车均采用直(脉)流牵引电动机做牵引动力。根据机车速度计算公式(1-2)知机车的调速方案应有下列几种:
(1)改变牵引电动机回路电阻R
在牵引电动机回路中串入启动调压电阻,通过改变电阻阻值来调节机车的速度。因为牵引电机回路电压较高,电流也比较大,附加的调节电阻的损耗会使牵引电机的效率降低,所以用这种方法调速并不经济。又因为启动调压电阻本身是分段的,在调速的过程中势必造成机车牵引力有冲击。因此,在机车上并不使用这种方法,目前所用机车仍采用改变牵引电动机的电源电压以及削弱牵引电动机磁场的调速方法。
(2)改变牵引电动机的端电压UD
直流电力机车的牵引电动机电源直接取自接触网,所以可以采用改变牵引电动机的连结方式(如全串联、串─并联结合,全并联),来改变牵引电动机的端电压。这种调速方法无能量消耗,但只能做有级调节,且调速级有限(一般为2-3级)。
随着电力电子技术的发展,现代直流电力机车如城市地铁,采用斩波器进行调速。它取消了起动电阻,利用斩波的原理可对牵引电机的端电压进行连续、平滑的调节,因此机车的性能大为改善。
在整流器电力机车上,接触网电压需经变压器降压和整流装置整流后,再供给牵引电动机,因而这种机车可用改变变压器一次侧、二次侧电压的方式进行有级调速,或者利用晶闸管整流元件,通过改变晶闸管移相角的方法来改变整流输出电压,从而进行平滑无级调速。
(3)改变磁通量Φ
这种方法在直流电力机车和整流器电力机车上都得到应用,即所谓的磁场削弱调速。(这个问题将在本章第二节中专门讨论)
无论调节电压或调节磁通量,都不产生附加的能量损耗,因而得到的速度级称为经济运行级。机车在经济运行级上可以长时间运行。
第二节励磁调节
所谓励磁调节,就是通过调节流过牵引电动机的励磁电流,从而改变牵引电动机主极磁通的方法进行调速,亦称磁场削弱调速。一般情况下,要进行磁场削弱调速,必须是在牵引电动机端电压已达到额定电压,而牵引电动机电流比额定值小时实施。磁场削弱的目是扩大机车的运行范围,充分利用机车功率。本节主要讨论磁场削弱系数的概念,磁场削弱方法以及磁场削弱时机车特性。
一、磁场削弱系数
磁场削弱系数用β表示,磁场削弱系数定义如下:在同一牵引电动机电枢电流下,磁场削弱后(削弱磁场)牵引电动机主极磁势与磁场削弱前(满磁场)牵引电动机主极磁势之比。其表达式为:
(20-1)
式中:(IW)β──磁场削弱后主极磁势;
(IW)m ──磁场削弱前(满磁场)主极磁势。
它表明了牵引电动机主极磁势削弱的程度。例如β=40%即表示削弱后电机主极磁势仅为削弱前电机主极磁势的40%,其余60%被削弱掉了。β愈小,则表明磁场削弱愈深。当电机磁路不饱和时,可以用磁通代替磁势,但当电机磁路饱和后,不能用磁通代替磁势,两者的差别较大。
二、磁场削弱