牵引电机MATLAB仿真讲解.doc

牵引电机试验线路及原理简介 电力机车牵引电机试验台的原理线路图如图5-1所示：图中1、2是被、陪试电机，由LJ作同轴连接。感应调压器GT和整流器ZL构成“线路发电机”提供试验电机端电压U；SY是一个专用的相控整流器，称为“升压机”，用于提高陪试机支路电压，使其作为发电机运行，提供负载试验电流，其两端电压为Us。LF1、LF2分别是电机1和电机2的串激绕组；H1、H2分别是电机1和电机2的换向绕组。 图5-1 试验线路图 现将线路的工作原理简述如下： 当调节升压机相控角α使得Es=0时，电机1、2都是在电网电压U下空载运行的电动机，由电源输送空载电源I0及I0（如图虚线所示方向），由于1和2两电机机械耦合，其转速相同，而且激磁绕组串于同一支路，激磁电流相等，因此，两电机的电势E1和E2相等，且小于电网电压U。 当调节升压机相控角α使得Es与E2同向且二者之和大于U，则Es在机电2及1的输入送了电流I，这时在电机2的支路中总电流为 而在电机D的支路中总电流为 I1与I2的电流方向如图中所示，按照图中所示的极性，I1的方向与E1方向相反，1作为电动机运转；I2的方向与E2方向相相同，电机2作为发电机运转。因此，决定该电机负载（制动力）的大小的电流I2为 式中，R2为电机2的电枢、换向极及补偿绕组的电阻。 如上所述，此线路的升压机SY的作用可归结为： 如没有升压机，则作为负载电机（陪试机）的电机2就不可能作为发电机运转。 当升压机ES过低时，可能使ES+E2≤U，这时电机1与2就是处于空载状态下的串激电动机，它们将处于飞速状态，因此，在试验过程中，过分调大升压机的相控角α是不允许的。 试验起动过程是：先调高线路机输出电压（不超过试验电机的30%），使机组成并联电动机运行，然后调节升压机增加负载电流，再调节线路机电压、再调节升压机调整负载电流，直到需要的试验值为止。 升压机的相控角α愈小，则ES与I2（发电机抽动电流）愈大，于是被试电动机1将在更大负载条件下支行 因此，要调节被试电动机1的负载，只要改变升压YS的α即可，而这种调节是非常简便的。 另外，如试验线路的电源电压是由一个可以调节的电源来供馈，则电机在起动时可以不用外加变阻器，只需调节此发电机的激磁即可在低压下起动。 至于升压机YS的容量、电压及电流的参数，可由下述方式确定。 电机1及2的回路中，可写出下面的平衡方程式，即 及 由此得 （5-1） 式中，R1——电动机1的电枢、换向极和补偿绕组的电阻； RLF1——电动机1的激磁绕组电阻（包括固定分路电阻）； RLF2——电动机2的激磁绕组电阻（包括固定分路电阻）； 在此，假定电机1和2的各绕组电阻均相等；在同一的激磁电流下两电机产生的磁通相等，因而此两电机的电势应相等，即E1=E2。式（5-1）可改写为 所以 （5-2） 由此，从电压的关系来看，升压机是起补偿被试电动机1及陪试电机2的绕组电压降的作用。为使说明简化，假设两电机的激磁损耗及机械损耗可以略去不计，亦即略去I0及I0，则I1=I2。于是式（5-2）变为 （5-3） 通常在连续定额状态下，牵引电动机绕组中的电压降约为额定端电压UN的5%；同时应考虑到被试电机要作短时期的过载试验，此时最大电流值I1max=2IN，即为小时额定电流的二倍；因此，升压机的电压应为US=2（2×0.05UN）=0.2UN即为被试电机额定电杆的20%。 显然，升压机YS的电流也应与被试电机1的电流配合起来考虑，即应该与被试电机的连续额定电流接近，并且也应该容许在短时过载电流I1max=2IN的情况下持续1~2分钟，以便检查被试电机的换向情况。 综上所述，升压机SY的连续定额下应具有PSN=2×0.05UN×IN=0.1PN，即约为牵引电动机额定功率之10%，而在短时过载状态下应能发挥PSmax=2×(2×0.05)UN×2IN=0.4PN，即约为牵引电动机额定功率之40%，由（5-3）我们也可得到 （5-4） 由上式可以看出：升压机的容量由电动机1和发电机2的电损耗来决定。 至于该两电机1与2的铁耗（磁损耗）及机械损耗则由电网电源供给，此道理从图5-1中很易说明：当开断电源电压U时，升压机SY产生电势ES产生电势，在电机1与2的回路中流过的电流相等，此时两电机由于磁通方向相同而电流方向相反，于是电机1与2产生大小相等方向相反的两个力矩，使电机无法驱动起来，只有电网供给电源后，才能使电机1的力矩大于电机2的力矩（因为I1I2），使电机转动，故升压机仅供给两电机的电损耗，而此两电机的定值损耗（即铁损耗与机械损耗）必须由电网供给。 考虑到上述的诸种假定，以及实际上电机1与2的特性不可能完全相等，