電力機(jī)車(chē)培訓(xùn)教程

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2019/8/1,1,石家莊鐵道學(xué)院 馮 濤 huoniao56@ tel: 15511336216,電力機(jī)車(chē)概論,,2019/8/1,2,緒論,世界電氣機(jī)車(chē)發(fā)展史 1825年，英國(guó)建立了第一條鐵路。1879年5月31日在德國(guó)柏林的世界貿(mào)易博覽會(huì)上，由西門(mén)子公司和哈克斯公司展出了世界上第一條電氣化鐵路，迄今已有130年的歷史。20世紀(jì)60年代，世界上第一條高速電氣化鐵路----東京到大阪的新干線在日本建成。到20世紀(jì)80年代，法國(guó)和德國(guó)先后建成了時(shí)速超過(guò)300公里的高速電氣化鐵道。,2019/8/1,3,中國(guó)電氣機(jī)車(chē)發(fā)展史 1961年8月15日，我國(guó)第一條電氣化鐵路寶成線（寶雞—鳳洲段）正式通車(chē)，從此揭開(kāi)了中國(guó)電氣化鐵路的序幕。1998年5月，廣深線成為中國(guó)第一條準(zhǔn)高速電氣化鐵路，時(shí)速為200公里。2006年京滬線開(kāi)始施工，設(shè)計(jì)時(shí)速350公里。,2019/8/1,4,牽引網(wǎng)供電制式,按牽引網(wǎng)供電電流制式，可分為：直流制、低頻單相交流制、工頻單相交流制,2019/8/1,5,供電制式,直流制 特點(diǎn)：電力機(jī)車(chē)構(gòu)造簡(jiǎn)單；接觸網(wǎng)電壓受限制(牽引電機(jī)端電壓) →初期3.3kV/6.6kV→接觸網(wǎng)復(fù)雜、供電距離短→變電所密度大→造價(jià)高；但對(duì)鐵路沿線通訊干擾小。 用于地鐵、城市交通輕軌運(yùn)輸系統(tǒng)、工礦運(yùn)輸系統(tǒng)。 低頻單相交流制 采用25Hz或16 2/3Hz低頻電壓（減輕牽引電機(jī)的換向負(fù)擔(dān)）。 實(shí)現(xiàn)方法：變頻或建低頻發(fā)電廠。 牽引變電所的設(shè)備和運(yùn)行管理復(fù)雜。,2019/8/1,6,工頻單相交流制 特點(diǎn)：變電所簡(jiǎn)化；電壓提高（25kV)；牽引變電所間距增大；電力機(jī)車(chē)功率提高，可實(shí)現(xiàn)高速重載 ；能源直接取自電力網(wǎng)。 優(yōu)點(diǎn)：電力系統(tǒng)供電功率大，速度高，起動(dòng)快，過(guò)載能力強(qiáng)，輸送能力大；可充分利用多種能源，能源利用率高，運(yùn)費(fèi)低（運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高）；不污染環(huán)境。 缺點(diǎn)：一次性投資高；設(shè)備復(fù)雜；對(duì)通訊線路產(chǎn)生干擾；對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧波干擾和不對(duì)稱影響,2019/8/1,7,電力牽引供電系統(tǒng),電力牽引供變電系統(tǒng)是指從電力系統(tǒng)接受電能，通過(guò)變壓，變相后，向電力機(jī)車(chē)供電的系統(tǒng)。牽引供電回路是由牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、電力機(jī)車(chē)、鋼軌、地或回流線構(gòu)成。另外還有分區(qū)亭、開(kāi)閉所、自耦變壓器站等。,2019/8/1,8,分區(qū)亭設(shè)于兩個(gè)牽引變電所的中間，可使相鄰的接觸網(wǎng)供電區(qū)段實(shí)現(xiàn)并聯(lián)或單獨(dú)工作。 開(kāi)閉所，是將高壓電力分別向周?chē)膸讉€(gè)用電單位供電的電力設(shè)施，位于電力系統(tǒng)中變電站的下一級(jí)。其特征是電源進(jìn)線側(cè)和出線側(cè)的電壓相同。當(dāng)然，區(qū)域變電站也具有開(kāi)閉所的功能。但需明確的是，開(kāi)閉所是區(qū)別于變電站而言的。在鐵路電力系統(tǒng)中，開(kāi)閉所（sub-section post）牽引網(wǎng)有分支引出時(shí)，為保證不影響電力牽引安全可靠供電而設(shè)的帶保護(hù)跳匣斷路器等設(shè)施的控制場(chǎng)所。多設(shè)于樞紐站、編組場(chǎng)、電力機(jī)務(wù)段和折返段等處。,2019/8/1,9,2019/8/1,10,國(guó)家干線電力機(jī)車(chē)的技術(shù)發(fā)展,從試制引燃管電力機(jī)車(chē)到生產(chǎn)硅整流器和晶閘管機(jī)車(chē) SS1 1958 年和1960 年試制出兩臺(tái)交-直電力機(jī)車(chē)，是參照國(guó)外一種新試制而未經(jīng)考驗(yàn)的引燃管機(jī)車(chē)，結(jié)合我國(guó)鐵路情況設(shè)計(jì)的。1960年參加寶秦段通電試車(chē)，機(jī)車(chē)工作不可靠，主要為上引燃管容易出現(xiàn)逆弧現(xiàn)象，調(diào)壓開(kāi)關(guān)工作不穩(wěn)定。經(jīng)兩次改進(jìn)和線路運(yùn)行考驗(yàn)后，在004號(hào)機(jī)車(chē)上用硅整流器成功地代替引燃管后，經(jīng)過(guò)運(yùn)用和鑒定，從008號(hào)機(jī)車(chē)起小批量生產(chǎn)，適應(yīng)了當(dāng)時(shí)電氣化鐵路的需要。又經(jīng)過(guò)幾次重大改進(jìn)，根據(jù)需要，產(chǎn)量逐漸擴(kuò)大。這種SS1型機(jī)車(chē)是我國(guó)第一種主型電力機(jī)車(chē)。到1988年停產(chǎn)，共生產(chǎn)了826臺(tái)。,2019/8/1,11,SS 2 1969年曾制造過(guò)一臺(tái)SS2型機(jī)車(chē)，采用高壓側(cè)調(diào)壓開(kāi)關(guān)和低壓全H級(jí)絕緣牽引電動(dòng)機(jī)，后來(lái)成為科研性試驗(yàn)車(chē)，如晶閘管、他勵(lì)電機(jī)等都先在該車(chē)上試用試驗(yàn)。 SS3 國(guó)內(nèi)制成晶閘管后，電力機(jī)車(chē)上先將它用于SS1型機(jī)車(chē)的調(diào)壓開(kāi)關(guān)的級(jí)間平滑過(guò)渡，提高了機(jī)車(chē)可靠性。在8個(gè)電壓級(jí)上運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)和諧波干擾仍保持原二級(jí)管整流機(jī)車(chē)水平。電子控制系統(tǒng)有恒流限壓特性，一些新技術(shù)先在SS1型機(jī)車(chē)上試驗(yàn)，1978年試制出第一臺(tái)這種改進(jìn)型機(jī)車(chē)，稱SS3型。到1992年共生產(chǎn)了689臺(tái)，以后生產(chǎn)改進(jìn)的SS3B型。,2019/8/1,12,SS3B 該車(chē)為株廠2002年為中國(guó)鐵道部開(kāi)發(fā)的一種新型重載貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)，由兩節(jié)完全相同的6軸電力機(jī)車(chē)通過(guò)內(nèi)重聯(lián)環(huán)節(jié)連接組成的12軸重載貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)，每節(jié)車(chē)為一完整系統(tǒng)。機(jī)車(chē)的每節(jié)機(jī)車(chē)裝有一臺(tái)牽引變壓器，兩臺(tái)整流器，每臺(tái)整流器給三臺(tái)并聯(lián)的直流牽引電機(jī)供電，每臺(tái)牽引電機(jī)在故障情況均可單獨(dú)隔離，保證其他電機(jī)正常工作，以提高機(jī)車(chē)的利用率。,2019/8/1,13,技術(shù)發(fā)展和新型電力機(jī)車(chē),80年代后期，晶閘管電力機(jī)車(chē)技術(shù)又有發(fā)展，其中由于電力電子控制技術(shù)進(jìn)展較快，我國(guó)除自動(dòng)研究開(kāi)發(fā)外，還吸收了一些國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。在購(gòu)買(mǎi)技術(shù)性能好的8K型（8K型電力機(jī)車(chē)是中國(guó)鐵路引進(jìn)的雙機(jī)重聯(lián)8軸大功率干線貨運(yùn)用電力機(jī) 車(chē)。8表示接車(chē)軸數(shù)，K表示采用可控硅二極管整流裝置。8K是法國(guó)阿爾斯通（ALSTHOM）公司專門(mén)為中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)制造的，中方參與了8K型機(jī)車(chē)設(shè)計(jì)。機(jī)車(chē)時(shí)，與國(guó)外工廠合作在國(guó)內(nèi)制造兩臺(tái)，達(dá)到同樣技術(shù)水平。有10多種部件得到了技術(shù)轉(zhuǎn)讓，也吸收了一些大部件中一部分先進(jìn)的設(shè)計(jì)和工藝。一些引進(jìn)的技術(shù)，經(jīng)消化后已用于國(guó)產(chǎn)新興機(jī)車(chē)和改進(jìn)型機(jī)車(chē)上。,2019/8/1,14,SS4 SS4型晶閘管機(jī)車(chē)于1985年試制，取消了調(diào)壓開(kāi)關(guān)。機(jī)車(chē)為8軸，額定功率為6400KW，每軸的功率、牽引力、電制動(dòng)力都比SS1和SS3大，適合牽引重載列車(chē)。牽引電動(dòng)車(chē)采用合理的較低電壓和改進(jìn)的絕緣系統(tǒng)。受電弓改用單臂型。主斷路器改用真空型。但是運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題較多，與國(guó)外同類型機(jī)車(chē)相比，技術(shù)檔次較低，故開(kāi)始研制SS4B。,2019/8/1,15,后來(lái)，制造的電力機(jī)車(chē)有SS5型（最高速度140km/h，帶再生制動(dòng)）、SS8型（170km/h）、SS6型（1500V牽引電動(dòng)機(jī)）、SS6H型（1020V牽引電動(dòng)機(jī)）、SS7型（B0-B0-B0軸式、全疊片電機(jī)）。改進(jìn)型的電力機(jī)車(chē)有SS4G和SS4B、SS3G型。使用的新技術(shù)有：特性控制（多級(jí)恒流起動(dòng)、準(zhǔn)恒速運(yùn)行）、防空轉(zhuǎn)防滑行裝置、加饋電阻制動(dòng)、功率因數(shù)補(bǔ)償、牽引電動(dòng)機(jī)用全H級(jí)或H/C級(jí)絕緣、軸重轉(zhuǎn)移電氣補(bǔ)償、空心軸傳動(dòng)等。,2019/8/1,16,后期的技術(shù)發(fā)展,SS8 韶山8型電力機(jī)車(chē)是“八五“期間國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，由株洲電力機(jī)車(chē)廠于1994年研制成功，它的成功填補(bǔ)了我國(guó)快速客運(yùn)電力機(jī)車(chē)的空白。隨著電氣化鐵路的不斷發(fā)展，韶山8型電力機(jī)車(chē)目前成為我國(guó)快速客運(yùn)的主型機(jī)車(chē)。 韶山8型電力機(jī)車(chē)曾創(chuàng)造了中國(guó)鐵路機(jī)車(chē)的最高速度240km。,2019/8/1,17,SS9 SS9型六軸干線大功率準(zhǔn)高速客運(yùn)電力機(jī)車(chē)是我國(guó)干線鐵路牽引旅客列車(chē)功率最大的機(jī)車(chē)。 持續(xù)功率4800kW、最大功率5400kW，Co-C。軸式、牽引工況恒功速度范圍為99-160km／h，最高速度為170km／h。機(jī)車(chē)主電路采用三段不等分半控橋整流電路，三臺(tái)電機(jī)并聯(lián)，無(wú)級(jí)磁場(chǎng)削弱及加饋電阻制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車(chē)全過(guò)程的無(wú)級(jí)調(diào)速。機(jī)車(chē)采用恒流準(zhǔn)恒速的特性控制方式，裝有防空轉(zhuǎn)／滑行保護(hù)系統(tǒng)、軸重轉(zhuǎn)移補(bǔ)償控制、輪軌自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、列車(chē)安全監(jiān)控裝置。采用LCU邏輯控制單元及微機(jī)控制系統(tǒng)，使機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)具有控制、診斷、監(jiān)測(cè)功能。,2019/8/1,18,近期的技術(shù)發(fā)展,交流傳動(dòng)車(chē) 1996年，AC4000型交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)成為中國(guó)第一臺(tái)交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)。 KZ4A型機(jī)車(chē)是株廠2001年11月研制的交流傳動(dòng)高速客運(yùn)電力機(jī)車(chē)。該型機(jī)車(chē)試用于哈薩克斯坦共和國(guó)的鐵路干線，最高時(shí)速可達(dá)210km/h。機(jī)車(chē)在研制過(guò)程中堅(jiān)持了先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用、可靠的原則。首臺(tái)樣車(chē)于2004年3月12日剪彩下線。 烏茲別克斯坦機(jī)車(chē)是株州機(jī)車(chē)廠參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中標(biāo)的又一國(guó)際項(xiàng)目。,2019/8/1,19,DJ型號(hào)交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)是我國(guó)第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的商用型交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)。主要用于既有干線客運(yùn)牽引和高速專線牽引，是一種能覆蓋普速、快速、高速區(qū)段的通用型號(hào)客運(yùn)電力機(jī)車(chē)。空氣制動(dòng)系統(tǒng)采用DK1電空制動(dòng)系統(tǒng),電制動(dòng)采用再生制動(dòng)，其牽引、制動(dòng)工況功率因數(shù)接近1，比傳統(tǒng)相控機(jī)車(chē)接觸網(wǎng)電流可降低20%，功耗減小50% 。,2019/8/1,20,電力動(dòng)車(chē)組,1、中華之星 列車(chē)最高運(yùn)營(yíng)速度可達(dá)270km／h。由2節(jié)動(dòng)力車(chē)和9節(jié)拖車(chē)組成。動(dòng)車(chē)組采用交一直一交電力牽引方式。應(yīng)用在秦沈線，投資1.3億人民幣。運(yùn)行了53.6萬(wàn)公里。 2、藍(lán)箭 2000年研制的交流傳動(dòng)高速電動(dòng)旅客列車(chē)組 3、大白鯊 DDJ1型200km/h高速動(dòng)車(chē)組 4、“中原之星” 動(dòng)車(chē)組為動(dòng)力分散型、交流傳動(dòng)電動(dòng)車(chē)組，首列動(dòng)車(chē)組于2001年10月生產(chǎn)下線。目前，配屬鄭州鐵路局，在鄭武線上運(yùn)營(yíng)。,2019/8/1,21,HXD1 株洲機(jī)車(chē)廠 西門(mén)子技術(shù)轉(zhuǎn)讓 2（B0-B0） HXD2 大同機(jī)車(chē)廠阿爾斯通技術(shù)裝讓 2（B0-B0） HXD3 大連機(jī)車(chē)廠 東芝技術(shù)轉(zhuǎn)讓 C0C0,2019/8/1,22,電力機(jī)車(chē)的組成及機(jī)械部分的組成和作用,一、電力機(jī)車(chē)的組成 電力機(jī)車(chē)由電氣部分、機(jī)械部分和空氣管路系統(tǒng)組成。 電氣部分包括牽引電動(dòng)機(jī)、牽引變壓器、整流硅機(jī)組等各類電氣設(shè)備。通過(guò)它們把取自接觸網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車(chē)的控制。 機(jī)械部分包括車(chē)體、轉(zhuǎn)向架、車(chē)體和轉(zhuǎn)向架的連接裝置和牽引緩沖裝置。 空氣管路系統(tǒng)包括風(fēng)源系統(tǒng)、制動(dòng)機(jī)管路系統(tǒng)、控制管路系統(tǒng)和輔助管路系統(tǒng)。,2019/8/1,23,二、電力機(jī)車(chē)機(jī)械部分的組成及各部分的作用 1、車(chē)體——是電力機(jī)車(chē)上部車(chē)廂部分，可分為： （1）司機(jī)室：乘務(wù)人員操縱機(jī)車(chē)的工作場(chǎng)所。 （2）機(jī)器間：用于安裝各種電氣和機(jī)械設(shè)備。 2、轉(zhuǎn)向架——是機(jī)車(chē)的走行部分，是電力機(jī)車(chē)機(jī)械部分中最重要的部分，主要有： （1）構(gòu)架：是轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)受力點(diǎn)，也是各種部件的安裝基礎(chǔ)。 （2）輪對(duì)：是機(jī)車(chē)在線路上的行駛部件，由車(chē)軸、車(chē)輪和傳動(dòng)大齒輪組成。,2019/8/1,24,（3）軸箱：用以固定軸距，保持輪對(duì)正確位置，安裝軸承等。 （4）軸箱懸掛裝置：也稱一系彈簧。緩沖軸箱以上部分的振動(dòng)，減少運(yùn)行中的動(dòng)力作用。 （5）齒輪傳動(dòng)裝置：通過(guò)降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩，將牽引電動(dòng)機(jī)的功率傳給輪對(duì)。 （6）牽引電動(dòng)機(jī)：將電能變成機(jī)械能轉(zhuǎn)矩，傳給輪對(duì)。 （7）基礎(chǔ)制動(dòng)裝置：是機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)制動(dòng)力的部分，主要由制動(dòng)缸、傳動(dòng)裝置、閘瓦等組成。,2019/8/1,25,3、車(chē)體與轉(zhuǎn)向架連接裝置 也稱二系彈簧懸掛，設(shè)置在車(chē)體與轉(zhuǎn)向架之間。 4、牽引緩沖裝置 牽引裝置即指車(chē)鉤，它是機(jī)車(chē)與列車(chē)的連接裝置，為了緩沖連掛和運(yùn)行中的沖擊，還設(shè)置有緩沖器。,1、一系懸掛,2、車(chē)體,3、二系懸掛,4、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架,5、軸箱,2019/8/1,26,我國(guó)主要電力機(jī)車(chē)的介紹,2019/8/1,27,幾種電力機(jī)車(chē)參數(shù)比較,2019/8/1,28,第一章 牽引力,第一節(jié) 力的概念 外力：把來(lái)自列車(chē)以外的物體作用于列車(chē)的力稱外力。 內(nèi)力：組成列車(chē)的各單元即車(chē)輛之間的相互作用力成內(nèi)力。內(nèi)力總是成對(duì)出現(xiàn)，不改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 總之，列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，作用于列車(chē)上的外力，有牽引力、重力、阻力、制動(dòng)力。,2019/8/1,29,從運(yùn)行狀態(tài)分： 機(jī)車(chē)帶電運(yùn)行---------牽引力和阻力作用于列車(chē) 機(jī)車(chē)帶電惰行---------阻力作用于列車(chē) 機(jī)車(chē)制動(dòng)運(yùn)行---------制動(dòng)力和阻力作用于列車(chē),2019/8/1,30,第二節(jié) 粘 著,當(dāng)一個(gè)物體受到外力時(shí)，隨著外力的加大，這個(gè)靜止的物體與支撐物之間的靜摩擦力也跟著加大，直到外力超過(guò)靜摩擦力的最大值，物體的靜止?fàn)顟B(tài)被破壞。此時(shí)，物體在外力作用下，沿著支撐物表面開(kāi)始滑動(dòng)。 我們把整個(gè)過(guò)程分為潛動(dòng)階段和滑動(dòng)階段。 在機(jī)車(chē)軸荷重的情況下，當(dāng)動(dòng)輪壓在鋼軌上靜止不動(dòng)時(shí)，在輪軌的接觸點(diǎn)處，也有靜摩擦力存在。,2019/8/1,31,分析：當(dāng)外力F作用于鋼軌時(shí)，鋼軌給動(dòng)輪反作用力F’，F(xiàn)力圖使動(dòng)輪沿著鋼軌滑動(dòng)，在潛動(dòng)階段，這個(gè)外力就被輪軌之間，接觸面的高低不平的機(jī)械彈性變形和分子間的相互作用力所平衡。因而，不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，而只產(chǎn)生彈性變形。 通常，我們把這種阻止輪軌之間相對(duì)滑動(dòng)的靜摩擦力稱為粘著力，這時(shí)的狀態(tài)稱為摩擦粘著。,2019/8/1,32,如果外力不斷加大，超過(guò)了粘著力，其結(jié)果輪軌接觸處的彈性變形力，分子相互吸引力再也平衡不了外力，輪軌之間，進(jìn)入滑動(dòng)階段。此時(shí)稱為滑動(dòng)摩擦，其阻力稱為滑動(dòng)阻力。 當(dāng)動(dòng)輪相對(duì)鋼軌滑動(dòng)后，由于滑動(dòng)摩擦阻力總小于靜摩擦力，因而產(chǎn)生空轉(zhuǎn)。,2019/8/1,33,空轉(zhuǎn)的危害：造成列車(chē)運(yùn)緩；造成電機(jī)環(huán)火；磨壞鋼軌。例如，曾發(fā)生過(guò)一起長(zhǎng)10公里的區(qū)間運(yùn)行56分鐘的運(yùn)緩事故。重則造成電機(jī)環(huán)火，甩綁線、砸壞鋼軌的嚴(yán)重后果。如某年冬，在某車(chē)站啟動(dòng)列車(chē)時(shí)，由于機(jī)車(chē)長(zhǎng)時(shí)間的空轉(zhuǎn)，結(jié)果機(jī)車(chē)輪對(duì)下面的鋼軌被磨壞，造成報(bào)廢的事故。除此之外，還會(huì)擦傷輪箍踏面，導(dǎo)致機(jī)車(chē)某些緊固部件的松動(dòng)，引起機(jī)車(chē)某些裝置的震動(dòng)，從而影響機(jī)車(chē)使用壽命。,2019/8/1,34,在日常分析研究粘著現(xiàn)象時(shí)，把作用于動(dòng)輪的外力和動(dòng)輪、鋼軌間的粘著力相平衡的臨界瞬間，稱為“始動(dòng)瞬間”。此時(shí)的粘著力成為極限粘著力。 結(jié)論：在任何時(shí)候，機(jī)車(chē)動(dòng)輪所能實(shí)現(xiàn)的牽引力不能大于輪軌間的極限粘著力。,2019/8/1,35,機(jī)車(chē)每個(gè)動(dòng)輪的粘著力： F=1000φG 公斤———————————（1-1） F————粘著力 Ф————粘著系數(shù) G————機(jī)車(chē)動(dòng)輪軸重 噸 要點(diǎn)： 粘著力近似的可以認(rèn)為與輪軌之間的靜摩擦力相等。但它并不是靜摩擦力。還和很多因素有關(guān)。世界上很多人在研究。 粘著力與滾動(dòng)摩擦毫無(wú)關(guān)系。更不能認(rèn)為粘著牽引力由滾動(dòng)摩擦產(chǎn)生的。,2019/8/1,36,第三節(jié) 牽引力的形成,電機(jī)電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩是內(nèi)力，并不能使機(jī)車(chē)運(yùn)動(dòng),2019/8/1,37,電力機(jī)車(chē)，同其他形式的機(jī)車(chē)一樣，實(shí)際上都是把一種輸入能量變換成牽引力做功的機(jī)械裝置。就直流電機(jī)來(lái)說(shuō)，它通過(guò)機(jī)車(chē)受電弓，保有接觸網(wǎng)供給的能量輸送給牽引電機(jī)，由牽引電機(jī)再把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，借助于機(jī)車(chē)動(dòng)輪和鋼軌的粘著作用進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)輪周上的外機(jī)械功，以驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)。 無(wú)論是直流還是交流電力機(jī)車(chē)，其能量都由變電所供給，故其容量可以說(shuō)是足夠大的，因而機(jī)車(chē)所發(fā)揮得牽引力，主要還是受限于能量轉(zhuǎn)換部分的工作能力。對(duì)應(yīng)這些限制，電力機(jī)車(chē)的牽引力可分為： 牽引電動(dòng)機(jī)牽引力：即按牽引電動(dòng)機(jī)的容量所得到的牽引力。 粘著牽引力：由于在機(jī)車(chē)動(dòng)輪與鋼軌間一定的粘著條件下，只能把一定的內(nèi)力轉(zhuǎn)變?yōu)橥饬?，所以，在通常把手粘著狀態(tài)限制所得到的牽引力稱為粘著牽引力。,2019/8/1,38,第四節(jié) 電力機(jī)車(chē)的力,傳遞過(guò)程中的三種主要牽引力 在電力機(jī)車(chē)上，機(jī)械功的傳遞可分為三個(gè)主要的連續(xù)階段。 首先，通過(guò)牽引電動(dòng)機(jī)把從接觸網(wǎng)上所獲得的能量轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩。 其次，通過(guò)齒輪傳動(dòng)裝置，經(jīng)動(dòng)輪作用與鋼軌上，并由鋼軌作用與動(dòng)輪產(chǎn)生輪周牽引力。 最后，經(jīng)機(jī)車(chē)的有關(guān)機(jī)械裝置傳遞而作用于車(chē)鉤，以牽引列車(chē)。 我們僅采用輪周牽引力來(lái)分析和計(jì)算。,2019/8/1,39,第五節(jié) 粘著系數(shù),對(duì)于電力機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)，機(jī)車(chē)所能發(fā)揮的最大牽引力受限于牽引電動(dòng)機(jī)的牽引力和機(jī)車(chē)輪軌之間的粘著牽引力。但是，大容量的牽引電動(dòng)機(jī)可以滿足人們提高牽引力的需要。故機(jī)車(chē)所能發(fā)揮的最大牽引力，實(shí)際上受限于粘著牽引力。因此，如何提高機(jī)車(chē)的粘著牽引力，就成為一個(gè)很重要的問(wèn)題。,2019/8/1,40,機(jī)車(chē)每個(gè)動(dòng)輪的粘著力： F=1000φG 公斤————（1-1） F———粘著力 Ф——粘著系數(shù) G———機(jī)車(chē)動(dòng)輪軸重 噸 由上可知，要增加粘著力，一方面可以利用增加機(jī)車(chē)動(dòng)輪軸的荷重，另一方面，可以借助于提高輪軌間的粘著系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，對(duì)于機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)機(jī)車(chē)動(dòng)軸荷重是一個(gè)常數(shù)，新設(shè)計(jì)的機(jī)車(chē)，軸重增加過(guò)多時(shí)，加大成本，并使機(jī)車(chē)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，還提高了對(duì)線路的要求。因此，盡可能提高輪軌間的粘著系數(shù)，借以充分發(fā)揮機(jī)車(chē)牽引力，是機(jī)車(chē)運(yùn)用部門(mén)的切實(shí)可行的辦法。,2019/8/1,41,已知知識(shí)：粘著力即機(jī)車(chē)沿鋼軌運(yùn)行時(shí)，阻止機(jī)車(chē)動(dòng)輪相對(duì)鋼軌滑動(dòng)的一種摩擦阻力。粘著系數(shù)就是鋼軌在摩擦粘著狀態(tài)下的一種摩擦系數(shù)，它近似于鋼軌間的靜摩擦系數(shù)。所以如此，這是因?yàn)榧词乖跈C(jī)車(chē)動(dòng)軸荷重，輪軌接觸面狀態(tài)一定的條件下，粘著系數(shù)并不是一個(gè)常數(shù)，它還受輪軌的材質(zhì)、機(jī)車(chē)運(yùn)行速度等因素的影響在變化著。,2019/8/1,42,影響粘著系數(shù)的幾種主要因素,粘著系數(shù)與材質(zhì)的關(guān)系：隨著輪軌材質(zhì)的不同，粘著系數(shù)也不同。材質(zhì)硬度大時(shí)，降低了輪軌接觸面的彈性變形力，因而粘著系數(shù)明顯下降。反之，接觸面間材料的彈性越好，粘著系數(shù)也越大。 粘著系數(shù)與接觸面間狀態(tài)的關(guān)系：從實(shí)際運(yùn)行中可以知道，潮濕、降霧、霜、小雨及當(dāng)軌面有油污、冰霜等不清潔時(shí)，粘著系數(shù)將減小，適時(shí)、適量的撒沙，將提高粘著系數(shù)，大雨后，由于鋼軌表面的清潔，粘著系數(shù)將增加。,2019/8/1,43,粘著系數(shù)與運(yùn)行速度的關(guān)系：速度低時(shí)，由于輪軌間接觸點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間相對(duì)要長(zhǎng)一些，因而粘著系數(shù)較大，當(dāng)速度提高后，由于機(jī)車(chē)震動(dòng)和搖擺程度的加劇，使輪軌接觸狀態(tài)變壞，從而使粘著系數(shù)降低。 粘著系數(shù)和其他因素的關(guān)系：理論分析和實(shí)踐證明，因機(jī)車(chē)整備不良；牽引列車(chē)時(shí)翻車(chē)力矩的影響，或制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力的影響等造成的機(jī)車(chē)軸重不平衡，以及運(yùn)行中動(dòng)輪相對(duì)于鋼軌不可避免的縱向或橫向硬性滑動(dòng)的存在，都將使粘著系數(shù)減小，而且，速度越高，這種影響愈大。,2019/8/1,44,綜上所述：影響粘著系數(shù)的因素不僅是諸多的，而且隨時(shí)隨地變化的，因而不可能有一個(gè)準(zhǔn)確的、包括諸多影響因素的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算它，通常在結(jié)算機(jī)車(chē)運(yùn)行問(wèn)題時(shí)，所采用的計(jì)算粘著系數(shù)石油多次實(shí)驗(yàn)方法來(lái)求出的，其數(shù)值約在0.35-0.25之間變化。,2019/8/1,45,第六節(jié) 提高機(jī)車(chē)粘著牽引力的措施,方法有三種：改善不良粘著情況；挖掘粘著潛力；緩和粘著力超限的影響。,2019/8/1,46,改善不良粘著情況,采取在輪軌間撒入有一定要求的沙子（顆粒大小、成分、硬度、濕度）。 缺點(diǎn)：A、在高速的情況下，效果較差，甚至無(wú)效。B、在嚴(yán)霜、降雪、落葉和鋼軌有油垢的情況下，效果較差，甚至無(wú)效。C、沙子不良、天氣不好，往往導(dǎo)致撒沙器工作不可靠。D、增加了輪、軌間的磨耗和列車(chē)阻力。E、影響通訊、信號(hào)軌道電路的正常工作。F、選用理想的沙子往往價(jià)格昂貴。 使用化學(xué)除垢劑，有效的溶解和清除污垢，并且要避免在鋼軌上留下潤(rùn)滑層。 利用電弧，將附著在鋼軌上的油垢燒掉。 采用機(jī)械的方法，如金屬刷、蒸汽或水的噴射器等，除去軌面上的油膩、塵土或水泥形成的特殊粘層。,2019/8/1,47,挖掘粘著潛力的方法,必須使機(jī)車(chē)經(jīng)常保持有良好的技術(shù)狀態(tài)：不僅是同軸的兩個(gè)動(dòng)輪，而且盡可能保持所有的動(dòng)輪具有相同輪徑，各動(dòng)輪軸均有均衡的荷重。各牽引電機(jī)應(yīng)具有盡可能相近的特性曲線等。 應(yīng)保持機(jī)車(chē)行走部的清潔。特別是注意要調(diào)整好輪緣噴油器的噴頭角度，以防止將油噴至動(dòng)輪踏面上。 在起車(chē)和運(yùn)行中，通過(guò)曲線、隧道地段時(shí)，應(yīng)預(yù)先做好準(zhǔn)備，及時(shí)、適當(dāng)?shù)娜錾场?對(duì)于新設(shè)計(jì)機(jī)車(chē)來(lái)講，采用長(zhǎng)軸距、牽引電機(jī)全懸掛，或?qū)⒁慌_(tái)轉(zhuǎn)向架的動(dòng)輪軸機(jī)械地連接起來(lái)，以改善機(jī)車(chē)荷重的分配狀態(tài)，在允許范圍內(nèi)，采用最小的輪箍錐度。減少機(jī)車(chē)的簧下重量等，都有利于粘著力度提高 。,2019/8/1,48,緩和粘著力超限的影響,無(wú)論是在列車(chē)啟動(dòng)，還是在運(yùn)行中，只要發(fā)生了空轉(zhuǎn)，就說(shuō)明此時(shí)瞬間牽引力超過(guò)了極限粘著力。但如果片面的加強(qiáng)調(diào)機(jī)車(chē)安全、可靠的工作，不發(fā)生空轉(zhuǎn)，而過(guò)多地降低牽引力，則非但不能發(fā)揮機(jī)車(chē)的牽引力，而且會(huì)使速度急劇下降，空轉(zhuǎn)更加嚴(yán)重，以致造成途停。所以，正常情況下，可行的辦法是，盡可能使機(jī)車(chē)以極限粘著牽引力工作，最大限度的發(fā)揮機(jī)車(chē)牽引力。在機(jī)車(chē)結(jié)構(gòu)上，采用了彈性傳動(dòng)裝置，它在粘著力瞬間超限時(shí)，有助于恢復(fù)正常粘著力。還有的裝設(shè)專門(mén)手把或按鈕操作的抗滑制動(dòng)閘，滑行一旦出現(xiàn)，立即實(shí)施制動(dòng)，以防止機(jī)車(chē)持續(xù)空轉(zhuǎn)。,2019/8/1,49,但是，上述裝置的作用并非完全理想。因而，SS4B機(jī)車(chē)上，裝置自動(dòng)防空轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置。當(dāng)某軸發(fā)生空轉(zhuǎn)后，采用高性能的光電速度傳感器檢測(cè)空轉(zhuǎn)、滑行信號(hào)，該監(jiān)測(cè)裝置收到信號(hào)后，經(jīng)處理后，隨機(jī)發(fā)出指令，先撒砂，以增加粘著。若空轉(zhuǎn)依然存在，則裝置使電機(jī)自動(dòng)減載，使機(jī)車(chē)恢復(fù)粘著，消除空轉(zhuǎn)或滑行。 綜上所述，顯然可行的辦法只有保持機(jī)車(chē)良好的技術(shù)狀態(tài)，特別是撒沙器的作用良好，起車(chē)不要過(guò)猛，運(yùn)行中精心的操縱，當(dāng)通過(guò)曲線或潮濕的隧道時(shí)，及時(shí)、適當(dāng)?shù)纳⑸?，或減少牽引力，以防發(fā)生空轉(zhuǎn)。過(guò)后迅速恢復(fù)牽引力，避免降低速度。在直線和干燥的線路上，則應(yīng)增加牽引力，提高速度，才能良好的完成運(yùn)輸生產(chǎn)任務(wù)。,2019/8/1,50,第二章 直流電力機(jī)車(chē)的牽引特性,引言：電力機(jī)車(chē)的牽引力是由機(jī)車(chē)牽引電機(jī)引起的，經(jīng)鋼軌沿機(jī)車(chē)運(yùn)行方向上作用于動(dòng)輪軸上的切向外力。在機(jī)車(chē)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，機(jī)車(chē)內(nèi)部狀態(tài)和外部條件是經(jīng)常變化的，因而機(jī)車(chē)所能發(fā)揮的牽引力、運(yùn)行速度，也都是經(jīng)常變化的。這些不同的情況下，機(jī)車(chē)發(fā)揮的效能是不同的。對(duì)同一臺(tái)機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)，在各種條件下功率發(fā)揮的情況，主要決定于它的牽引特性。,2019/8/1,51,第一節(jié) 概述,定義：機(jī)車(chē)的牽引特性：就是指機(jī)車(chē)的牽引力和運(yùn)行速度之間的關(guān)系。這一關(guān)系主要由機(jī)車(chē)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)固定。一臺(tái)機(jī)車(chē)制成后，其牽引特性就固定下來(lái)了。不同機(jī)車(chē)有不同的牽引特性。 但是，對(duì)某一類型的機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)，決定其牽引特性的因素是很多的。但是，從根本上確定和影響機(jī)車(chē)牽引特性的主要因素仍是牽引電動(dòng)機(jī)本身的特性。所以，我們先從最簡(jiǎn)單的直流電力機(jī)車(chē)開(kāi)始。,2019/8/1,52,第二節(jié) 牽引電動(dòng)機(jī)的電氣特性,直流電流機(jī)車(chē)的簡(jiǎn)單原理如圖，直流電流經(jīng)接觸網(wǎng)（或接觸軌）經(jīng)受電弓（或其它受流器）導(dǎo)入，再經(jīng)斷路器、調(diào)壓電阻、牽引電動(dòng)機(jī)、鋼軌流回變電所。牽引電動(dòng)機(jī)接通電源旋轉(zhuǎn)，通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)牽引列車(chē)運(yùn)行。 由此可見(jiàn)，在直流電力機(jī)車(chē)中，牽引電動(dòng)機(jī)是主要的部件，它由接觸網(wǎng)獲得的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，產(chǎn)生牽引力牽引列車(chē)運(yùn)行。由此，直流電力機(jī)車(chē)的工作特性就決定于牽引電動(dòng)機(jī)的工作特性。,2019/8/1,53,一、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性,電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，是指電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與電機(jī)負(fù)載電流之間的關(guān)系。 根據(jù)電機(jī)學(xué)中的分析，直流電機(jī)的反電勢(shì)E為： E= n Ce Ф 其中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。 Ф為電機(jī)主極每極的有效磁通 韋伯 Ce為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，它與電機(jī)的本身結(jié)構(gòu)有關(guān)。 Ce=PN/60a P為電機(jī)極對(duì)數(shù) a為電樞繞組支路對(duì)數(shù) N為電樞導(dǎo)體數(shù) 根據(jù)電壓平衡關(guān)系可知 E=u-IR I-----電樞電流 A R-----電樞回路電阻 Ω u------電機(jī)端電壓 V 根據(jù)上式可得電機(jī)轉(zhuǎn)速公式 n=(u-IR）/CeФ,2019/8/1,54,由n=(u-IR）/CeФ可以看出，當(dāng)電機(jī)負(fù)載一旦發(fā)生變化，即電樞電流I發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速按上式也要發(fā)生相應(yīng)的變化。但這一變化比較復(fù)雜，因?yàn)檫€包括了磁通這一個(gè)量。由于磁通量的改變是由勵(lì)磁電流來(lái)決定的，并按照磁化曲線而變化。因而對(duì)于不同勵(lì)磁的電機(jī)，當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，磁通的改變是不同的。所以，電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式僅用于定性分析，不用它來(lái)計(jì)算。實(shí)際上常用的是轉(zhuǎn)速特性曲線。 轉(zhuǎn)速特性曲線是用實(shí)驗(yàn)或計(jì)算的方法求出在各種負(fù)載下的轉(zhuǎn)速，然后把 它們繪制在坐標(biāo)圖上而得到的一些曲線。,2019/8/1,55,三種典型的直流電機(jī)特性曲線,2019/8/1,56,對(duì)于串勵(lì)電機(jī)來(lái)說(shuō)，其勵(lì)磁電流與電樞電流是相同的。因而當(dāng)電樞電流增加時(shí)，勵(lì)磁電流也同樣增加，在電流較小，電機(jī)磁路不飽和，磁通于電樞電流的變化成正比關(guān)系，其結(jié)果是磁通增加。同時(shí)，隨著電樞電流的增加，電樞回路的電阻壓降也隨之增加。由n=(u-IR）/CeФ可以看出，電機(jī)端電壓不改變的條件下，隨著電樞電流的增加，將使轉(zhuǎn)速急劇下降。此后，隨著電流的不斷增加，電機(jī)磁路亦愈趨飽和，其磁通不再隨電流的增加而成比例的增加，于是電機(jī)轉(zhuǎn)速下降趨勢(shì)變慢。最后盡管電樞電流仍然增加，而磁通幾乎不再增加，則速度的變化也就愈小。故串勵(lì)電機(jī)則具有了如圖形狀的轉(zhuǎn)速特性曲線。其他幾種特性曲線不再討論 。,2019/8/1,57,二、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性,電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性是指電機(jī)的電磁 轉(zhuǎn)矩與電樞負(fù)載電流之間的關(guān)系。 根據(jù)電機(jī)學(xué)的分析，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩M=CmФI Ф-----主極每極有效磁通 I-------電樞負(fù)載電流 Cm------電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)，它僅與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)。在M取為牛頓米為單位時(shí)，Cm=PN/2πa，若M用公斤米作單位時(shí)，Cm=PN/9.18*2*π*a 同樣，轉(zhuǎn)矩特性也常用特性曲線來(lái)表示，對(duì)串勵(lì)電機(jī)來(lái)說(shuō)，在電流較小時(shí)，隨著電流增加，磁通也近似成正比的增加，所以此時(shí)M近似于電流的平方成正比，因而曲線近似成一拋物線，在電流較大時(shí)，隨著電流增加，電機(jī)磁路飽和，磁通的變化很小，轉(zhuǎn)矩M近似于電流成正比，曲線近似為一直線。,2019/8/1,58,第三節(jié) 串勵(lì)、它勵(lì)牽引電機(jī)的特性,在電力牽引中，并非所有電機(jī)都可用作機(jī)車(chē)的牽引電機(jī)，這是由于牽引電機(jī)的特性必須滿足電氣穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。對(duì)各種勵(lì)磁方式的電機(jī)進(jìn)行分析，可以知道，復(fù)勵(lì)電機(jī)不具有這兩個(gè)穩(wěn)定性，并勵(lì)電機(jī)只在負(fù)載較小時(shí)，具有電氣穩(wěn)定性，顯然這兩種電機(jī)都不適合組牽引電機(jī)。一般干線上采用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。在小型電力機(jī)車(chē)采用加復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)（城市電車(chē)），也可采用可控硅調(diào)節(jié)勵(lì)磁的它勵(lì)電動(dòng)機(jī)作為牽引電動(dòng)機(jī)。 這里僅對(duì)串勵(lì)和它勵(lì)電機(jī)的特性作一分析。,2019/8/1,59,一、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,電機(jī)的機(jī)械特性是指當(dāng)電機(jī)端電壓固定不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。 我們可以得到電機(jī)的機(jī)械特性公式： n=u/CeФ-RM/CeCmФ2 串勵(lì)電機(jī)的特點(diǎn)在于流過(guò)勵(lì)磁繞組和電樞繞組的電流相同，因而，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，磁通的大小也隨之改變。串勵(lì)電機(jī)的機(jī)械特性如圖所示。,2019/8/1,60,分析：n=u/CeФ-RM/CeCmФ2當(dāng)電機(jī)的端電壓保持不變，在負(fù)載（I）較小時(shí)，電機(jī)磁路未飽和，磁通與電流成正比，因而隨著負(fù)載增加，式中第一項(xiàng)u/CeФ下降，第二項(xiàng)近似不變（因?yàn)镸正比于Ф2）所以電機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而下降，圖中左半部分。當(dāng)負(fù)載增加到一定程度使磁路飽和時(shí)，隨負(fù)載繼續(xù)增大，但磁通的變化已經(jīng)甚微，公式中第一項(xiàng)不變，第二項(xiàng)M正比于電流I，故隨著負(fù)載增加而增加，其結(jié)果使轉(zhuǎn)速下降。但因電樞回路電阻很小，所以轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載增加而下降的并不多。圖中右半部分。,2019/8/1,61,如果電機(jī)的機(jī)械特性曲線是一條標(biāo)準(zhǔn)的反比曲線（雙曲線），那是最理想的情況，因?yàn)殡姍C(jī)的功率等于轉(zhuǎn)速（角速度）和轉(zhuǎn)矩的乘積。即P=M*ω 在這曲線的任意一點(diǎn)，功率都是不變的，如果設(shè)計(jì)功率為電機(jī)的額定功率，那么在任何情況下，電機(jī)都能發(fā)揮其功率。 但實(shí)際上任何電機(jī)的機(jī)械特性曲線都不會(huì)是標(biāo)準(zhǔn)的雙曲線，串勵(lì)電機(jī)的機(jī)械特性曲線與雙曲線相近，稱之為軟特性。 正因?yàn)槿绱?，在整條曲線中，只可能有一部分是電機(jī)的功率發(fā)揮得最好的區(qū)段，在通常情況下，設(shè)計(jì)在電機(jī)額定轉(zhuǎn)速附近這一段 。,2019/8/1,62,總結(jié)：串勵(lì)電機(jī)機(jī)械特性曲線非常適合電力牽引的需要，這有下面幾個(gè)方面來(lái)說(shuō)明。 串勵(lì)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩正比于負(fù)載的電流平方，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，這點(diǎn)正好滿足了電力機(jī)車(chē)的起動(dòng)的要求 串勵(lì)電機(jī)的機(jī)械特性是軟特性，對(duì)于電力機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)，負(fù)載是在經(jīng)常大幅度的變化著，例如滿載或上坡時(shí)，負(fù)載增大，這時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降較多，其輸出功率P=Mω的增加就較小，不致造成電機(jī)過(guò)載；反之，當(dāng)機(jī)車(chē)負(fù)載較小時(shí)，隨著負(fù)載的減少，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨之增加，輸出功率P=Mω下降也就減少，所以在輕載時(shí)，也能較好的發(fā)揮機(jī)車(chē)的功率。,2019/8/1,63,串勵(lì)電機(jī)是不允許空載或輕載運(yùn)行的。而電力機(jī)車(chē)的情況正好滿足這一要求，這是因?yàn)榧词故且慌_(tái)單機(jī)，也是帶上了一定的負(fù)載，所以不會(huì)造成電機(jī)的空載或輕載運(yùn)行。 所以，串勵(lì)電機(jī)最適合做牽引電機(jī)。 串勵(lì)電機(jī)的軟特性又稱為牛馬特性。,2019/8/1,64,二、它勵(lì)電機(jī)特性,它勵(lì)電機(jī)的特點(diǎn)在于勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別在兩個(gè)獨(dú)立的供電回路中，勵(lì)磁繞組由另一單獨(dú)的電源供電。因而從公式看n=(u-IR）/CeФ ，當(dāng)電樞回路中負(fù)載電流改變時(shí)，勵(lì)磁電流并不受影響，而是保持不變。由此產(chǎn)生的主極磁通也基本保持不變。所以當(dāng)負(fù)載電流I變化時(shí)，速度的變化范圍是很小的（如果考慮到電樞反應(yīng)的影響，當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，磁通稍有下降，速度可能保持不變或稍有提高），再?gòu)碾姍C(jī)轉(zhuǎn)矩特性M=CmФI來(lái)看，在忽略負(fù)載的加大，電樞反應(yīng)去磁作用增加的條件下轉(zhuǎn)矩與負(fù)載電流的關(guān)系基本是一條直線。,2019/8/1,65,由于它勵(lì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化很小，因而它的機(jī)械特性（即機(jī)車(chē)的牽引特性）稱為硬特性。由圖可知，這種特性的自然調(diào)節(jié)能力是很差的，顯然不能直接用于電力牽引。 但是，我們可以利用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)它勵(lì)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)的、連續(xù)的外部調(diào)節(jié)，來(lái)滿足牽引的需要。,2019/8/1,66,對(duì)它勵(lì)電機(jī)的控制可分為兩部分。假定把電機(jī)在額定電壓和滿磁場(chǎng)時(shí)的速度稱為基本速度，在基本速度以下時(shí)（包括機(jī)車(chē)啟動(dòng)過(guò)程）用改變電機(jī)端電壓的方法來(lái)控制。這時(shí)勵(lì)磁電流為一較大的基本勵(lì)磁電流，可以增大啟動(dòng)牽引力，而電樞電流保持不變，即使?fàn)恳Ρ３植蛔?，這樣可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)平滑啟動(dòng)。當(dāng)達(dá)到預(yù)先給定的速度值時(shí)，電樞電流自動(dòng)減小，使?fàn)恳εc此時(shí)的阻力相平衡。機(jī)車(chē)維持這一速度運(yùn)行。在基本速度以上時(shí)，則利用磁場(chǎng)進(jìn)行控制。如果我們給定一個(gè)比基本速度較大的速度，當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定電壓、機(jī)車(chē)達(dá)到基本速度后，將自動(dòng)平滑的減小勵(lì)磁電流（類似磁場(chǎng)消弱）進(jìn)一步提高速度，以至達(dá)到我們給定的速度時(shí)，電樞電流將自動(dòng)減小，使?fàn)恳εc阻力再次平衡，機(jī)車(chē)維持提高后的速度運(yùn)行。這樣一來(lái)，它勵(lì)電機(jī)就有可能實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)和恒功率運(yùn)行。其特性曲線如圖。,2019/8/1,67,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的它勵(lì)電機(jī)與串勵(lì)電機(jī)比較起來(lái)，就具有更大的優(yōu)越性。 在機(jī)車(chē)啟動(dòng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，在運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)恒功率運(yùn)行，在轉(zhuǎn)入電氣控制時(shí)，不需要對(duì)勵(lì)磁回路進(jìn)行改接，而且還具有良好的防空轉(zhuǎn)性能。 當(dāng)發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，對(duì)于相同的速度增量，串勵(lì)電機(jī)和它勵(lì)電機(jī)牽引力 分別減少ΔF1和ΔF2，可見(jiàn)它勵(lì) 電機(jī)隨著速度的微小變化，使相 應(yīng)輪對(duì)牽引力急劇下降，這就使 粘著很快恢復(fù)，一般在輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 一圈就可以得到矯正。,2019/8/1,68,第四節(jié) 直流電力機(jī)車(chē)的牽引特性,我們講了電機(jī)的一些特性，但在研究電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行中，所需要的是歸算到機(jī)車(chē)的動(dòng)輪輪緣的特性。電機(jī)的轉(zhuǎn)速n應(yīng)換算為機(jī)車(chē)的走行速度V，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩?fù)Q算為輪周牽引力F。,2019/8/1,69,一、電力機(jī)車(chē)的速度特性,機(jī)車(chē)的走行速度即為動(dòng)輪踏面處滾動(dòng)圓的線速度，由于牽引電機(jī)與動(dòng)輪之間僅通過(guò)齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，因而機(jī)車(chē)的走行速度是與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比的，假設(shè)機(jī)車(chē)動(dòng)輪踏面處滾動(dòng)圓直徑是D，齒輪傳動(dòng)比是μ，則機(jī)車(chē)的走行速度為： V=60πD/1000μ*n=60πD/1000μ*（u-IR）/CeФ公里/小時(shí) 式中D、μ及Ce對(duì)于一臺(tái)機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)都是常數(shù)，我們可將這些常數(shù)合并起來(lái)，歸納為一個(gè)常數(shù)，將上式寫(xiě)成于電機(jī)轉(zhuǎn)速公式相似的形式。 V=（u-IR）/CФ公里/小時(shí) 式中：C=1000μCe/60πD成為機(jī)車(chē)常數(shù)，它僅與機(jī)車(chē)本身結(jié)構(gòu)有關(guān)。 這就是機(jī)車(chē)的速度公式，其特性曲線與電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性曲線式相似的，只不過(guò)選取的坐標(biāo)的單位與比例不同罷了。,2019/8/1,70,二、機(jī)車(chē)的牽引特性,機(jī)車(chē)牽引特性是指機(jī)車(chē)的牽引樂(lè)于走行速度之間的關(guān)系。即：F=f(V)。在以至換算到輪軸后的速度特性和牽引力特性后，即可按公式推導(dǎo)出機(jī)車(chē)的牽引力特性。但是，這一過(guò)程比較復(fù)雜，而且由于公式本身應(yīng)用較之不大，因而一般機(jī)車(chē)的牽引特性都是用曲線來(lái)表示的。,2019/8/1,71,第五節(jié) 電力機(jī)車(chē)特性曲線的繪制,繪制電力機(jī)車(chē)的特性曲線有計(jì)算和實(shí)驗(yàn)兩種方法。在此不再贅述。,2019/8/1,72,第三章 整流式電力機(jī)車(chē)的牽引特性,,2019/8/1,73,第一節(jié) 整流式電力機(jī)車(chē)的整流線路,整流式機(jī)車(chē)是采用單相交流供電，經(jīng)降壓、整流后，供給脈流牽引電機(jī)。它既采用了有利于遠(yuǎn)距離供電的交流供電方式，又具有直流機(jī)車(chē)的良好牽引性能，但卻在機(jī)車(chē)內(nèi)增加了降壓、整流、濾波裝置，而且由于機(jī)車(chē)內(nèi)部工作條件的不良，使得對(duì)整流器的要求也較高。,2019/8/1,74,機(jī)車(chē)的整流一般采用中點(diǎn)抽頭式全波整流和橋式全波整流兩種線路。 中點(diǎn)抽頭式全波整流線路原理如圖。,2019/8/1,75,橋式全波整流線路原理圖,2019/8/1,76,中抽式與橋式整流線路比較起來(lái)，橋式整流線路具有較多的優(yōu)越性。在牽引電機(jī)額定電壓相同的情況下，由于中抽式線路中變壓器低壓繞組每半周只有一半繞組有電流通過(guò)，那么這一半繞組就需供給牽引電機(jī)以額定電壓，而橋式整流線路整個(gè)低壓繞組供給牽引電機(jī)以額定電壓，所以，利用中抽式線路，將使變壓器容量增加，尺寸、重量相應(yīng)增加。 橋式線路中整流器所承受的最大反向電壓即為變壓器低壓繞組的最大值，其值為√2u2（u2為交流電壓的有效值），而在中抽式線路中，整流器承受的最大反向電壓為整個(gè)低壓繞組的最大值，其值為2√2u2，較之橋式為高。 由上述原因，故現(xiàn)代整流式電力機(jī)車(chē)一般均采用橋式整流線路。,2019/8/1,77,SS4B整流電路,為了降低電機(jī)的脈動(dòng)，并控制電機(jī)電壓，同時(shí)降低對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，SS4B整流電路為三段不等分整流調(diào)壓電路。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架獨(dú)立控制方式，每節(jié)車(chē)采用二套獨(dú)立的整流調(diào)壓電路，分別向相應(yīng)的轉(zhuǎn)向架供電。牽引繞組a1-b1-x1和a2-x2供電給主整流器70V，組成前轉(zhuǎn)向架供電單元；牽引繞組a3-b3-x3和a4-x4供電給主整流器80V組成后轉(zhuǎn)向架供電單元。其中各段繞組的電壓為 Ua2x2 =Ua1x1= 2Ua1b1 =2Ub1x1=699.5V,2019/8/1,78,,2019/8/1,79,三段不等分整流橋的工作順序如下所述：首先投入四臂橋，即觸發(fā)T5和T6，投入a2-x2繞組。T5、T6、D3和D4順序移相，整流電壓由零逐漸升至1/2Ud (Ud為總整流電壓)，D1和D2續(xù)流。在電流正半周時(shí)，電流路徑為a2→D3→71號(hào)導(dǎo)線→平波電抗器→電機(jī)→72號(hào)導(dǎo)線→D2→D1→T6→x2→a2；當(dāng)電源處于負(fù)半周時(shí)，電流路徑為x2→T5→71號(hào)導(dǎo)線→平波電抗器→電機(jī)→72號(hào)導(dǎo)線→D2→D1→D4→a2→x2。當(dāng)T5和T6滿開(kāi)放后，六臂橋投入。第一步是維持T5和T6滿開(kāi)放，觸發(fā)T1和T2，繞組a1-b1投入。電源處于正半周時(shí)，電流路徑為a2→D3→71號(hào)導(dǎo)線→平波電抗器→電機(jī)→72號(hào)導(dǎo)線→T2→b1→a1→D1→T6→x2→a2；,2019/8/1,80,當(dāng)電流處于負(fù)半周時(shí)，電流路徑為x2→T5→71號(hào)導(dǎo)線→平波電抗器→電機(jī)→72號(hào)導(dǎo)線→D2→a1→b1→T1→D4→a2→x2。此時(shí)，T1、T2、D1和D2順序移相，整流電壓在1/2～3/4 Ud之間調(diào)節(jié)。當(dāng)T1和T2滿開(kāi)放后，T1、T2、T5和T6維持滿開(kāi)放，并觸發(fā)T3和T4、b1-x1繞組再投入。T3和T4順序移相，整流電壓在3/4 Ud～Ud之間調(diào)節(jié)。當(dāng)電源處于正半周期時(shí)，電流路徑為a2→D3→71號(hào)導(dǎo)線→平波電抗器→電機(jī)→72號(hào)導(dǎo)線→T4→x1→a1→D1→T6→x2→a2；當(dāng)電源處于負(fù)半周時(shí)，電流路徑為x2→T5→71號(hào)導(dǎo)線→平波電抗器→電機(jī)→72號(hào)導(dǎo)線→D2→a1→x1→T3→D4→a2→x2。,2019/8/1,81,在整流器的輸出端還分別并聯(lián)了兩個(gè)電阻75R和76R，其電阻的作用有兩個(gè)：一是機(jī)車(chē)高壓空載做限壓試驗(yàn)時(shí)，作整流器的負(fù)載，起續(xù)流作用；二是正常運(yùn)行時(shí)，能夠吸收部分過(guò)電壓。,2019/8/1,82,第二節(jié) 脈振電壓下?tīng)恳姍C(jī)的工作情況,在整流器式機(jī)車(chē)中，單相交路經(jīng)整流后，流入牽引電機(jī)的電壓為一脈動(dòng)電壓。 對(duì)這一脈動(dòng)電壓進(jìn)行數(shù)學(xué)分析可以知道，它是由直流分量和一系列的交流分量組成的。其直流分量的大小相當(dāng)于變壓器次邊有效值的0.9倍，而交流分量中最低次諧波為供電頻率的兩倍，隨著諧波次數(shù)的增加，其幅值急劇下降，因而我們可以將高次諧波忽略不計(jì)，而把這一脈動(dòng)電壓視為一直流分量和一兩倍頻率的交流分量疊加起來(lái)的。 如果線路是純電阻性負(fù)載，則電流波形與電壓波形是相同的。但是，電機(jī)本身是一感性負(fù)載，因而電流波形在一定程度上被敷平，不過(guò)由于負(fù)載的電抗畢竟是有限的，因而，電流不可能被完全敷平，仍有很大程度的脈動(dòng)。,2019/8/1,83,通過(guò)牽引電機(jī)的這一脈動(dòng)電流，也可以近似的人為它是由一個(gè)直流分量和一個(gè)兩倍頻率的交流分量迭加成的。 由于牽引電機(jī)電流中存在有兩倍頻率的交流分量，因而對(duì)電機(jī)的工作產(chǎn)生了影響，一方面是電機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱，這是由于在具有相同直流負(fù)載的情況下，在脈動(dòng)電機(jī)中銅損和鐵損都比直流電機(jī)中要高，所以是電機(jī)發(fā)熱增加，且效率降低。另一方面，由于交流分量的存在，在電機(jī)換向元件中產(chǎn)生交變電抗電勢(shì)和變壓器電勢(shì)，使換向條件惡化，所以盡管脈流電機(jī)和直流電機(jī)在原理上是相同的，但在設(shè)計(jì)脈流電機(jī)是必須考慮這一特殊情況而予以特殊設(shè)計(jì)。,2019/8/1,84,由于脈動(dòng)電流對(duì)牽引電機(jī)的工作是不利的，所以應(yīng)盡量減小電流的脈動(dòng)程度，除在設(shè)計(jì)制造牽引電機(jī)時(shí)，對(duì)電機(jī)本身采取一些措施外，在機(jī)車(chē)線路中還要采取一些方法來(lái)改善電機(jī)的工作條件。 電流脈動(dòng)的程度，可用脈動(dòng)系數(shù)來(lái)表示，脈動(dòng)系數(shù)為電流脈動(dòng)量的一半與平均電流之比，即脈動(dòng)系數(shù)K為： K=0.5ΔiB/IB 在電力機(jī)車(chē)中，可認(rèn)為電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為常數(shù)，如果忽略整流回路的電阻壓降，則電機(jī)的反電勢(shì)等于整流電壓的平均值，在這種情況下，經(jīng)過(guò)計(jì)算可知： K=0.33U/ωLIB U--------整流電壓的有效值 ω-------供電頻率 L--------平波電抗器的電感值,第三節(jié) 改善脈流電機(jī)工作條件的措施,2019/8/1,85,由K=0.33U/ωLIB可見(jiàn)，如果平波電抗器的電感為定值，那么隨著負(fù)載的變化（IB）脈動(dòng)系數(shù)也會(huì)改變。為了使?fàn)恳姍C(jī)能可靠的工作，要求在負(fù)載廣泛的變化時(shí)，脈動(dòng)系數(shù)仍能保持不變，當(dāng)機(jī)車(chē)工作在某一運(yùn)行級(jí)時(shí)，整流電壓U，供電頻率都是不變的，由公式可知，要保證脈動(dòng)系數(shù)為一定值，就需要時(shí)L*IB保持不變，即電感值對(duì)于負(fù)載電流平均值的變化為一雙曲線，如圖所示。,2019/8/1,86,在電力機(jī)車(chē)中采用具有鐵芯的電抗器，能近似滿足上述要求，當(dāng)負(fù)荷較小時(shí)，鐵芯不飽和，電感值大。當(dāng)負(fù)荷大時(shí)，隨著鐵心飽和程度的增加，電感值逐漸減小。 由于平波電抗器實(shí)際的特性曲線和雙曲線有出入，如圖中曲線2，因此脈動(dòng)系數(shù)在一定范圍為內(nèi)有變動(dòng)。 在線路中串聯(lián)一平波電抗器，以增加回路中的感抗，可以減小電流的脈動(dòng)程度，從理論上講，如果回路中的電感是無(wú)窮大時(shí)，電流就會(huì)沒(méi)有脈動(dòng)，完全成為直流，但實(shí)際上，由于重量、體積的限制，平波電抗器的電感不僅是有限的，而且也不可能很大，因而只能減少電流的脈動(dòng)程度，而不會(huì)完全消除電流的脈動(dòng)。,2019/8/1,87,此外，還采用固定分路電阻的辦法來(lái)改善脈流電機(jī)的換向條件。由于電機(jī)換向元件中的變壓器電動(dòng)勢(shì)是由于主磁通的脈動(dòng)而產(chǎn)生的，那么減少主極繞組中電流的交流分量就可以減小變壓器的電勢(shì)，為此在主極繞組上并聯(lián)一電阻，如圖所示，由于主極繞組和固定分路電阻比較而言，前者可以認(rèn)為是一個(gè)無(wú)阻的電感，后者可以認(rèn)為是一個(gè)無(wú)感的純電阻。這樣，電樞通過(guò)電流IB時(shí)，其中的交流分量大部分通過(guò)了分路電阻。而它的直流分量大部分通過(guò)主極繞組，結(jié)果是主極繞組中電流的脈動(dòng)成分大大減少，從而降低了電機(jī)換向元件中的變壓器電勢(shì)。圖中所示為SS4B中的情形。,2019/8/1,88,SS4B電路,2019/8/1,89,第四節(jié) 整流器式機(jī)車(chē)的牽引特性,整流器式機(jī)車(chē)采用的脈流電機(jī)與直流機(jī)車(chē)動(dòng)直流電機(jī)在原理上是相同的，因而，它們的特性也基本相同。 它們的不同之處在于：直流機(jī)車(chē)中，牽引電機(jī)直接由接觸網(wǎng)吸取直流電流，牽引電機(jī)的端電壓直接由電網(wǎng)電壓決定，而整流器式機(jī)車(chē)須經(jīng)過(guò)變壓和整流過(guò)程，因而牽引電機(jī)所取得的電壓并非是變壓器低壓繞組的輸出電壓，而要受到整流線路一些特殊的影響，使?fàn)恳姍C(jī)端電壓降低，,2019/8/1,90,具體對(duì)電壓影響的因素有下述幾個(gè)方面：,在理想的情況下，隨著電源電位的改變，一組整流器到另一組整流器的開(kāi)通，關(guān)斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)換工程是瞬間完成的，而實(shí)際的情況是在兩組整流器接替供電的轉(zhuǎn)換中有一重疊過(guò)程，在這一過(guò)程中，整流電壓為0，從而使一個(gè)周期的平均整流電壓降低。 整流回路中存在一定的電阻，將引起一定的壓降（當(dāng)然這一電阻不包括電機(jī)本身的電阻）。 整流回路中存在一定的電抗（包括變壓器低壓繞組的漏抗）也會(huì)引起一定的壓降。 整流元件本身也有一定的壓降，當(dāng)然對(duì)于半導(dǎo)體元件來(lái)說(shuō)，這一壓降是很小的。,2019/8/1,91,由于上述原因，在整流回路中造成壓降，使?fàn)恳姍C(jī)所取得的電壓降低，但問(wèn)題還不僅僅于此，這些壓降并不是固定不變的，而是隨著負(fù)載的增加而增加，因此，即使當(dāng)機(jī)車(chē)處于某一固定級(jí)位，變壓器低壓繞組輸出電壓是固定不變的，而隨著負(fù)載的增加，作用在牽引電機(jī)上的電壓將有所降低。據(jù)此，整流式機(jī)車(chē)比起直流機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)，隨著負(fù)載的增加，機(jī)車(chē)的速度要下降得稍快，因而，其速度特性曲線也就要陡一些。 至于牽引力特性，由公式F=0.367CФI可知，牽引力僅與機(jī)車(chē)常數(shù)、主極磁通及負(fù)載電流有關(guān)，而與電壓無(wú)關(guān)，所以，無(wú)論是直流機(jī)車(chē)還是整流是機(jī)車(chē)，只要牽引電機(jī)磁通與電流關(guān)系相同，機(jī)車(chē)常數(shù)一樣，那么，它們的牽引力特性曲線將十分接近。 整流器式機(jī)車(chē)的特性曲線，一般也是用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)繪制的。,2019/8/1,92,第四章 電力機(jī)車(chē)的啟動(dòng)和調(diào)速,第一節(jié) 電力機(jī)車(chē)調(diào)速概述,2019/8/1,93,電力機(jī)車(chē)牽引列車(chē)運(yùn)行的情況分析：列車(chē)由停車(chē)狀態(tài)開(kāi)始，先經(jīng)過(guò)一個(gè)起動(dòng)加速的過(guò)程。逐漸提高速度，達(dá)到使電力機(jī)車(chē)按其自然特性進(jìn)行運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，需根據(jù)列車(chē)運(yùn)行圖、線路變化等運(yùn)行條件來(lái)改變機(jī)車(chē)運(yùn)行速度，充分發(fā)揮電力機(jī)車(chē)的功率，提高運(yùn)輸能力，以實(shí)現(xiàn)多拉快跑。在需要停車(chē)之前，還應(yīng)及時(shí)進(jìn)行制動(dòng)，使列車(chē)停止運(yùn)行。所以列車(chē)有起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)三個(gè)基本運(yùn)行狀態(tài)。從速度變化來(lái)看，起動(dòng)是速度從零增加到運(yùn)行速度的一個(gè)加速過(guò)程，調(diào)速是從某一速度到另一速度的變速過(guò)程，制動(dòng)是速度從某一值降到零的減速過(guò)程。因而，盡管起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)體現(xiàn)了列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的不同，但歸根結(jié)底，卻都是速度變化的過(guò)程，所以，啟動(dòng)、制動(dòng)只不過(guò)是調(diào)速的一種特殊形式罷了。,2019/8/1,94,為了多拉、快跑、安全、正點(diǎn)地完成輸送任務(wù)，盡可能提高列車(chē)運(yùn)行速度有著十分重要的意義。但是，鑒于機(jī)車(chē)所牽引的車(chē)列重量不同、線路縱斷面的改變、某些臨時(shí)性的原因（如線路施工限速）以及在運(yùn)行中對(duì)不同運(yùn)行速度的具體要求等因素的影響，事實(shí)上，在整個(gè)運(yùn)行區(qū)段列車(chē)的運(yùn)行速度是在一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化著。因此就要求機(jī)車(chē)應(yīng)具有良好的速度調(diào)節(jié)能力。 在調(diào)速過(guò)程中，我們要求做到一個(gè)速度級(jí)轉(zhuǎn)至另一速度級(jí)時(shí)，盡可能平穩(wěn)的過(guò)渡，以避免電流和牽引力的突變引起列車(chē)的沖動(dòng)，同時(shí)調(diào)速應(yīng)該是經(jīng)濟(jì)的，而不應(yīng)因調(diào)速而引起額外的能量損耗，此外，調(diào)速方法還應(yīng)是簡(jiǎn)單可靠的,2019/8/1,95,由于機(jī)車(chē)是靠牽引電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)的，所以機(jī)車(chē)的調(diào)速實(shí)質(zhì)上是牽引電機(jī)的調(diào)速，我們知道： V=（u-IR）/CФ 不難看出，只要改變電機(jī)的端電壓u，或改變電動(dòng)機(jī)電樞回路的電阻R，或調(diào)節(jié)牽引電機(jī)主極磁通Ф，均可以達(dá)到調(diào)速的目的。,2019/8/1,96,第二節(jié)直流電力機(jī)車(chē)的調(diào)速,上節(jié)談到的三種調(diào)速方法在直流機(jī)車(chē)中均有應(yīng)用。 圖中繪出了直流機(jī)車(chē)?yán)每勺冸娮枵{(diào)速的主回路原理圖。在線路中串可調(diào)電阻R，隨著R之逐漸減小，機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度及逐漸提高。 采用這種方法雖簡(jiǎn)單，但由于在電阻內(nèi)有較大的能量損耗，因此是不經(jīng)濟(jì)的。這種方法僅在直流機(jī)車(chē)上作短時(shí)間的起動(dòng)調(diào)速使用，不允許長(zhǎng)期運(yùn)行。在整流式機(jī)車(chē)上根本不用。,2019/8/1,97,直流機(jī)車(chē)由于牽引電機(jī)直接與接觸網(wǎng)連接，因而，調(diào)節(jié)電機(jī)端電壓的方法，受到一定的限制，它僅僅能用改變電機(jī)串、并聯(lián)的形式進(jìn)行。圖中繪出了四軸機(jī)車(chē)?yán)酶淖冸姍C(jī)串并聯(lián)的方式來(lái)調(diào)速的情形。這樣的結(jié)果使得電機(jī)端電壓為U，1/2U,1/4U。,2019/8/1,98,第三節(jié) 磁場(chǎng)消弱,利用磁場(chǎng)消弱的方法，以提高機(jī)車(chē)運(yùn)行速度是經(jīng)濟(jì)的，因而增加了機(jī)車(chē)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行級(jí)位。此外，還可充分發(fā)揮機(jī)車(chē)功率。這是由于串勵(lì)電機(jī)的特性曲線并不是一條等功率曲線（雙曲線）而是隨著機(jī)車(chē)速度的提高，電機(jī)發(fā)揮的功率逐漸減小，但在使用磁場(chǎng)消弱后，在同一轉(zhuǎn)速下，使?fàn)恳姍C(jī)電樞電流相應(yīng)增大，因而牽引電機(jī)的功率也相應(yīng)增大。,2019/8/1,99,但是，用磁場(chǎng)消弱的方法得到的運(yùn)行級(jí)位卻不能過(guò)多，因它一方面受電機(jī)磁路飽和的限制，磁通量Ф不能過(guò)大，另一方面，過(guò)分消弱主極磁場(chǎng)，加之電樞電流的增大，會(huì)使電樞反應(yīng)強(qiáng)烈，磁場(chǎng)畸變過(guò)甚，致使電機(jī)的安全整流不能得到保證。此外，過(guò)多的磁場(chǎng)消弱級(jí)，還將增加機(jī)車(chē)設(shè)備，使控制線路復(fù)雜。并降低電機(jī)本身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使單位功率的重量體積增加。,2019/8/1,100,磁場(chǎng)消弱的程度用磁場(chǎng)消弱系數(shù)β來(lái)表示。在磁路不飽和的條件下，利用磁勢(shì)代替磁通的概念是允許的。則：β=IxWx/ImWm Ix---滿磁場(chǎng)時(shí)主極勵(lì)磁電流 Wx---滿磁場(chǎng)時(shí)主極勵(lì)磁繞組匝數(shù) Im---具有相同電樞電流時(shí)，磁場(chǎng)消弱條件下主極勵(lì)磁電流 Wm---具有相同電樞電流時(shí)，磁場(chǎng)消弱條件下主極勵(lì)磁繞組匝數(shù) 由上式可見(jiàn)，改變主極磁勢(shì)有兩種方法，一種是改變勵(lì)磁繞組的匝數(shù)，使全部勵(lì)磁電流通過(guò)一部分勵(lì)磁繞組，此時(shí)，β=Wx/Wm，另一種方法，是使一部分勵(lì)磁電流仍通過(guò)全部繞組，此時(shí)，β=Ix/Im。,2019/8/1,101,顯而易見(jiàn)，第一種辦法是電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且β值已經(jīng)確定后就不易改變。故目前廣泛采用的是第二種方法，用電阻將主極繞組分路，使部分勵(lì)磁電流流經(jīng)分路電阻。此方法稱為磁場(chǎng)分路法。SS4電力機(jī)車(chē)采用的是電阻分路法。如圖所示。 電機(jī)主極繞組的電阻是固定的，因而這種方法進(jìn)行磁場(chǎng)消弱時(shí)，β值僅有分路電阻的阻值來(lái)決定，要得到不同的磁場(chǎng)消弱系數(shù)，只需改變分路電阻的阻值即可。應(yīng)該指出：對(duì)分路電阻值要求很精確，而且在工作中保持不變，否則將是各電機(jī)的磁場(chǎng)消弱系數(shù)不一致，造成各電機(jī)負(fù)載分配不均衡。,2019/8/1,102,2019/8/1,103,以上是對(duì)穩(wěn)定工作狀態(tài)的分析。但在瞬變過(guò)程中（例如電機(jī)電壓急劇上升）勵(lì)磁繞組的電感將阻止電流在其中增長(zhǎng)，而分路電阻中沒(méi)有電感，電動(dòng)機(jī)中的電流絕大部分流經(jīng)分路電阻，使分路電阻過(guò)熱燒紅。此外，在這種情況下，由于磁場(chǎng)不能很快加強(qiáng)，造成電機(jī)反電勢(shì)不足，致使電機(jī)嚴(yán)重過(guò)載，同時(shí)，在弱磁場(chǎng)下電樞電流過(guò)大，也會(huì)引起電機(jī)環(huán)火。,2019/8/1,104,為消除這一缺陷，SS4B型機(jī)車(chē)在采用磁場(chǎng)消弱時(shí)，分路電阻回路中串接了一個(gè)電感，如圖所示。在采用了感應(yīng)分路時(shí)，為維持恒定的消弱系數(shù)β，必須滿足下列兩個(gè)條件： Rx=βRc/（1-β） Lx=βLc/（1-β） 第一條容易滿足，而第二條則不易滿足。因?yàn)樵谶\(yùn)行中，勵(lì)磁繞組的電感在較大范圍內(nèi)變化的，這就要求感應(yīng)分路的電感也隨改變。而且在不同的消弱級(jí)別里，感應(yīng)分路電感也應(yīng)改變。不過(guò)一般是使用一個(gè)電感和多個(gè)分路電阻分別組合，來(lái)用于不同的磁場(chǎng)消弱級(jí)中。,2019/8/1,105,2019/8/1,106,最后，我們討論使用磁場(chǎng)消弱時(shí)的暫態(tài)過(guò)程。以串激電機(jī)為例，參照上圖，假如機(jī)車(chē)在某一時(shí)刻，牽引力與外界阻力相等，列車(chē)勻速運(yùn)行。當(dāng)接入分路電阻的瞬間，由于勵(lì)磁繞組中電感的電磁慣性作用，電流Ic保持不變，磁通Ф也保持不變，而分路接通后也有電流通過(guò)，這就使電樞電流I上升，電機(jī)轉(zhuǎn)矩M=CmФI有所增加，這時(shí)，牽引力大與外界阻力，使機(jī)車(chē)運(yùn)行速度開(kāi)始提高，速度提高后，電樞電流又有所下降，引起勵(lì)磁繞組電流Ic下降，磁通量Ф減少，磁通的降低又使電機(jī)轉(zhuǎn)矩M減小，當(dāng)牽引力又重新等于外界阻力時(shí)，機(jī)車(chē)速度停止變化，保持在這一提高了的速度下穩(wěn)定運(yùn)行。這時(shí)的電樞電流仍高于原來(lái)的電流。,2019/8/1,107,如果磁場(chǎng)消弱的同時(shí)，外界阻力恰在這里有所增加，這樣，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，其增加量有可能與阻力的增加互相抵消，這樣一來(lái)，機(jī)車(chē)的速度就不會(huì)再提高，磁通量也不會(huì)改變，只不過(guò)是電樞電流增加，相應(yīng)提高了機(jī)車(chē)的牽引力。但在實(shí)際運(yùn)行