各种励磁方式直流牵引电动机的特性分析.DOC

串励和并励牵引电动机的特性比较 1．自调节性能 由图1可见，并励牵引电动机转速随着负载的增加下降很小，而串励牵引电动机转速却随着负载的增加下降很多。因此，串励牵引电动机的牵引力和速度能够按照机车运行条件自动进行调节，在重载或上坡时，随着机车速度的降低，串励牵引电动机的转矩自动增大，使机车发挥较大的牵引力；在轻载或平道运行时，机车牵引力减小，使机车具有较高的速度，即串励牵引电动机自调节性能好。 图1 直流牵引电动机的转速特性 1-并（他）励；2-串励；3-积复励 2．功率的利用 图2绘出了串励和并励牵引电动机的牵引特性。设两种电机具有相同的额定牵引力和额定速度（a点），当牵引力从变化到时，串励牵引电动机的工作点由a点变化到b点，并励牵引电动机的工作点由a点变化到c点。牵引电动机的功率是牵引力和速度的乘积，即。两种电机相比，并励牵引电动机在牵引力变化时，由于速度变化小，所以功率变化较大，因此，并励牵引电动机的功率利用不好。串励牵引电动机由于其速度随牵引力的增大而降低较多，若在同样的牵引力变化下，它的功率变化比并励牵引电动机小，接近于恒功率运行。因此，串励牵引电动机的功率利用较好，能在各种运行条件下充分发挥机车的功率，同时能合理地利用机车上与牵引功率有关的各种电气设备的容量。 图2 牵引电动机的功率利用 3．牵引电动机之间的负载分配 机车运行时，有几台牵引电动机并联运行，为了能充分利用机车功率，要求各牵引电动机的负载分配要均匀。但是，由于各牵引电动机的特性有差异，以及机车动轮直径不完全相同等原因，实际上各牵引电动机负载分配是不均匀的。 图3所示为牵引电动机特性有差异时的负载分配情况。从图中可以看出两台特性稍有差异的串励（或并励）牵引电动机，装在一台机车上并联运行时，既使动轮直径相同，电机转速相同，电动机的负载电流和转矩均有差别。由图3（a）中可以看出，串励牵引电动机具有较软的特性，在同一运行速度下的负载电流Il和I2差值比较小。并励牵引电动机特性较硬，如图3（b）所示，负载电流I1和I2差值要比串励牵引电动机大得多。 如果两台牵引电动机的特性完全相同，而各自驱动的动轮直径稍有不同，机车运行时两台电动机的转速将产生差异，图4所示为动轮直径有差异时负载分配情况。设一台电动机转速为n1，另一台电动机转速为n2，由相同转速差异引起的负载电流Il和I2的差值，串励牵引电动机比并励牵引电动机小。 图3 牵引电动机特性有差异时的负载分配 (a)串励；(b)并励。 图4 动轮直径有差异时牵引电动机的负载分配 (a)串励；(b)并励。 4．电压波动对牵引电动机工作的影响 机车运行时，接触网网压会经常发生波动，当电压突然变化时，由于列车的机械惯性，机车的速度来不及变化，牵引电动机就可能承受较大电流和牵引力的冲击。图5所示为串励和并励牵引电动机在电压突然增加时产生的电流和牵引力变化情况。设电动机变化前电压为U1，相应的速度特性为，变化后电压为U2，相应的速度特性为。由图可见，当电网电压从U1突变为U2时，电动机的转速来不及变化，其工作点从曲线跃变到曲线上，其电流和牵引力都将产生相应的变化。并励电动机由于特性较硬，电流和牵引力的冲击都比串励电动机大得多，这将使牵引电动机工作条件恶化，并引起列车运行中的冲动。 图5 电压波动时牵引电动机电流和牵引力的变化 (a)串励；(b)并励。 另外，当牵引电动机的外加电压突然增加时，并励电动机由于励磁线圈匝数较多，因此电动机励磁回路电流增长速度要比电枢电路电流增长速度慢得多，电枢反电势不能及时增加，在过渡过程开始阶段，会造成电枢电流冲击过大。而串励电动机励磁绕组与电枢绕组串联，电流增长速度相同，引起的电流冲击比并励电动机小得多。 5．防空转性能 机车在重载起动或爬坡时，常会发生粘着破坏而使动轮空转，导致机车牵引力下降。空转时，动轮转速迅速上升，使机车走行部分受到损坏，影响使用寿命；如转速超过牵引电动机最大转速时，还可能造成电机环火等严重故障。因此，要求牵引电动机应具有良好的防空转性能，当出现动轮空转时，轮对牵引力应随着转速的增高急剧下降，使粘着迅速恢复。 图6中曲线l、2分别为串励和并励牵引电动机的牵引特性，设电动机工作在a点，速度为n，由于某种原因，使轮轨之间的粘着条件破坏而发生空转时，电动机转速沿特性曲线上升，速度增量为n。由图6可见，并励电动机特性较硬，牵引力随转速上升而大幅下降，轮周牵引力很快低于粘着牵引力，使粘着迅速恢复；而串励牵引电动机特性较软，牵引力下降很小，转速将继续上升，粘着不易恢复，形成空转。 图6 牵引电动机防空转性能 1-串励；2-并励。 综上所述，作为机车的牵引动力，串励牵引电动机具有自调节性能较好，功率利用较好，并联工作时负载分配较均匀，受电网电压波动影响较小等优点，因此被广泛地应