城市轨道第三章.ppt

§3.1 城轨直流传动牵引特性 牵引特性：指机车起动、运行时牵引力与速度的关系F=f(V) 。 ∵牵引：电机将电能→机械能，从而驱动电力机车及列车运行 ∴分析：电机的牵引特性→机车牵引特性 一、直流牵引电动机特性 电机学知：并励电机“硬特性”（转矩变，n变化小），串励电机“软特性”（转矩变，n变化大）。 1、运行性能 必须具有电气、机械稳定性。 §3.1 城轨直流传动牵引特性 （1）机械稳定性 特性曲线1（串励电动机）、特性曲线2（并励电动机）均负斜率，而列车基本阻力曲线W0=f（V）正斜率。 可见：串、并励电动机均机械稳定（按式（2-7）判断）。 §3.1 城轨直流传动牵引特性 并励电动机U曲线在ID较小（B附近）时斜率为正→稳定；而ID较大（C点附近）时斜率为负→不稳定，则C点是不稳定的点。 可见：串励有机械、电气稳定性，比并励更适于电牵引。 2、电动机间负载分配的影响 §3.1 城轨直流传动牵引特性 串励电机特性差异（3-3（a）图）引起的负载（M、ID）分配不均比并励式电动机（3-3（b）图）小。 §3.1 城轨直流传动牵引特性 （2）机车电机特性相同而动轮直径有差异 机车速度V一定，特性同、轮径不同→转速不同→转矩M、电流ID不同。 特性相同，在相同转速差下串励电机（3-4（a）图）的负载（M、ID）分配不均比并励电机（3-4（b）图）小。 §3.1 城轨直流传动牵引特性 3、电压波动对电机工作的影响 网压波动（如同一供电网下有机车降弓引起电压突变），而速度未变→ID、F冲击。（导致电机工作条件恶化和列车运行中的冲击） 电机端压U1，对应曲线n(U1);变化→U2，对应n(U2)。因电压波动时间很短，励磁电流来不及跟随变化，可视转矩特性为同一条曲线。 串励电机ID、F冲击小（3-5（a）图），并励电机的ID、F冲击大（3-5（b）图）。（因为串励电动机具有软特性） §3.1 城轨直流传动牵引特性 浅析： （1）串励电机的ID、M取决于外部负载，若运行阻力不变，冲击后将复原；而并励电机，若波动使电压↓→磁场↓，ID将大于电压未降低前的值（不能复原）。 （2）串励的励磁绕组与电枢串，电流增长速度相同，因涡流影响，磁通增长慢于电枢电流增长，但电流冲击小；并励的励磁时间常数大于电枢时间常数，励磁电流增长远慢于电枢电流增长，电枢反电势来不及增加，则开始阶段电枢电流冲击较大。 故串励电机受电压波动影响小。 §3.1 城轨直流传动牵引特性 4、防空转性能 （1最大粘着特性，2滑动摩擦，3并励特性，4串励特性） 电机工作点A，速度V0。偶因破坏粘着，曲线1→降到1′，相应2→降到2′；V0下，FD超过粘着1′限制→发生滑动。 §3.1 城轨直流传动牵引特性 故：串励防空转不及并励电动机，且多台串联运行时，一台空转，其反电势随转速的增加而增加→空转加剧。 二、电力牵引恒压牵引特性 通过分析，恒电压下牵引特性曲线F=f(V)，每一个端电压UD，就对应一条牵引特性曲线F=f(V)。 §3.2 城轨交流传动牵引特性 一、三相异步电动机特性 1、电动机间负载分配的影响 城轨电力牵引通常是每辆动车由一台逆变器供电，多台异步电机并联运行。例如日本城市轨道车辆最常用的4MM／1INV方式就是由一逆变器拖动四台异步电机并联运行。 多台异步电机并联运行要注意以下问题： （1）动轮直径相同而电机特性有异 因异步电机硬特性，若电机特性略有差异，就会引起电机负载分配不匀。见图3-7所示。 特性影响最大的因素是转子的电阻，应选择电阻分散性小、温度变化率小、截面尺寸均匀的材料用作电机转子导体。见图3-8所示。 §3.2 城轨交流传动牵引特性 §3.2 城轨交流传动牵引特性 牵引工况：轮径大（转速偏低）的负载偏大，轮径小（转速偏高）的负载偏小，见图3-9所示。 制动工况：（与牵引相反）轮径大的负载偏小，轮径小的负载偏大，见图3-9所示。 §3.2 城轨交流传动牵引特性 （3）负载分配不匀的程度与电机额定转差率有关 §3.2 城轨交流传动牵引特性 表3-1 电机额定转差率的影响 §3.2 城轨交流传动牵引特性 2、变频运行方式 城轨牵引的三相交流异步电动机工作在变频运行状态。 优点：可在低频下起动，改善转子功率因数，增大起动单位电流和转矩。（通常，起动电流为额定电流两倍亦可获重载下的良好性能） 异步电动机感应电势 （3-1） 式中，C为电势常数，f1为电源频率，Φm （或Φ1 ）为