电力牵引特性.ppt

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1、第二章 电力牵引特性,2.1 电力牵引直流传动特性,2.2 电力牵引交流牵引特性,2.3 电力牵引的调速特性,2.4 电力牵引的起动特性,2.1 电力牵引直流传动特性,牵引特性：指机车起动、运行时牵引力与速度的关系。（交、直）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），并励更适于电力牵引。1、运行性能 必须具有电气、机械稳定性。,2.1 电力牵引直流传动特性,（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

2、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（1-7）判断）。,图2-1 串、并励电动机机械特性,（2）电气稳定性 UD=常量（直线）、电机 曲线（图2-2中1为串励，2为并励）。串励电动机U曲线斜率均正，按式（1-12）判断稳定。,2.1 电力牵引直流传动特性,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,图2-2 直流电动机U曲线,机车各牵引电机特性有异、各动轮直径有异电机间负载分配不均。（1）机车动轮直径相同而电机特性有差

3、异 机车速度V一定，轮径同转速同，特性差异转矩M、电流ID不同。,2.1 电力牵引直流传动特性,串励电机特性差异（2-3（a）图）引起的负载（M、ID）分配不均比并励式电动机（2-3（b）图）小。,(a)串励(b)并励,图2-3 直流电动机特性不同时的负载分配,动车动轮直径相同而电机特性有差异时，串励电机优于并励电机。,可见：,2.1 电力牵引直流传动特性,（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（2-4（a）图）的负载（M、ID）分配不均比并励电机（2-4（b）图）小。,(a)串励(b）并励,图2-

4、4 轮径不同时直流电动机的负载分配,2.1 电力牵引直流传动特性,3、电压波动对电机工作的影响 网压波动（如机车通过两变电所供电交界处的电压突变），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（2-5（a）图），并励电机的ID、F冲击大（2-5（b）图）。（因为串励电动机具有软特性）,(a)串励,(b)并励,图2-5 直流电动机电压波动时电流和牵引力的变化,2.1 电力牵引直流传动特性,浅析：（1）串励电机的ID、M取决于

5、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。,2.1 电力牵引直流传动特性,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。,图2-6 电机特性与空转的关系,牵引力沿

6、3下降，滑动摩擦力沿2变化，当达B点时相等，滑动速度上升到V3；其后，滑动摩擦力大于牵引力，速度稳在V3；原因消失，又恢复到原工作点A。软特性，一旦粘着破坏，电机特性4在2之上，牵引力大于滑动摩擦力，滑动速度不断增加而形成空转。,并励电机：,串励电机：,2.1 电力牵引直流传动特性,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 直流电动机转速（转分）（2-1）转矩（m）（2-2）式中，CM为结构决定的常数，M为铁耗与机械损耗引起的转矩损失。（2-1）（1-6）有（h）（2-3）式中，常数,2.1 电力牵引直流传动特性,（

7、2-2）（1-5）有（）（2-4）式中，为常数，而电机铁耗、机械损耗和齿轮传动损耗造成的牵引力损失（相对F小，一般计算忽略不计）。故 UD一定，将D=f(ID)代入（2-3）V=f(ID)、代入（2-4）F=(ID)，再消掉ID恒电压下牵引特性曲线F=f(V)。注：每个UD对应一条牵引特性曲线。（如SS1型电力机车牵引变压器次边多段抽头经整流可提供33个UD值，故有33条牵引特性曲线）,2.2 电力牵引交流牵引特性,一、交流牵引电动机特性1、电动机间负载分配的影响 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CRH2动车组采用4MM1INV方式，就是由一逆变器拖动四台异步

8、电机并联运行。多台异步电机并联运行要注意以下问题：（1）动车动轮直径相同而电机特性有差异 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2-7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2-8所示。,2.2 电力牵引交流牵引特性,图2-7 电机特性差异引起负载分配不均,图2-8 电机转子电阻的影响,2.2 电力牵引交流牵引特性,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2-9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2-9所示。,（2）电机特性相

9、同而动轮轮径不同,图2-9 动轮轮径差异引起电机负载分配不匀,2.2 电力牵引交流牵引特性,（3）负载分配不匀的程度与电机额定转差率有关,额定转差率越小，负载分配不匀越严重，即使轮径差不大，也有较大的牵引力差。额定转差率大又对电机的效率、温升和动车性能不利。【设电机以s转差率运转，轮径差为a，则轮径大的电机转速低，将以（s+a）转差率运行，其转矩和电流都比规定值增加。其增加的比例为：(s+a)/s】,图2-10 电机额定转差率的影响,2.2 电力牵引交流牵引特性,表2-1 电机额定转差率的影响,2.2 电力牵引交流牵引特性,2、变频运行方式 电力机车三相交流异步牵引电动机工作在变频运行状态。优

10、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（2-5）式中，C为电势常数，f1为电源频率，m为气隙磁通（或1）。（1）恒磁通（E1/f1）运行方式 由式（2-5）知，“E1f1”恒定气隙磁通恒定，从而转矩恒定。（因为转矩M m）,2.2 电力牵引交流牵引特性,优点：在不同的f1下有Mm恒定，适于恒转矩变速拖动。注意：磁通应恒定在接近饱和状态，以使电机铁磁材料得到充分利用。（2）恒“电压频率”（U1f1）比运行 一般，定子绕组漏抗可忽略，有E1U1，则 由式（2-5）知，“U1f1”比恒定 m恒定，从而转矩

11、恒定。优点：只需逆变器提供线性的“U1f1”输出特性，控制上易于实现。注意：低频性能较差。（f1太定子漏阻抗不能略，恒“U1/f1”控制将使定子电流急剧磁通变转矩迅速）,2.2 电力牵引交流牵引特性,（3）恒电流运行方式 转差频率f2恒定，恒“E1/f1”（m恒定）则定子I1恒定。又（转矩分析）M仅取决于I1和f2，与f1无关。恒I1（及f2）运行，从而转矩恒定（与f1无关）。优点：恒I1，无过分电流波动，可控硅装置的容量利用充分，逆变器设计更经济。3、运行性能,异步电机应具有机械、电气稳定性。（1）机械稳定性 异步电动机机械特性曲线的斜率为负，列车基本阻力曲线W0=f（V）斜率为正。依式（1

12、-7），机械上是稳定的。,图2-11 异步电动机机械特性,2.2 电力牵引交流牵引特性,（2）电气稳定性 分析知：异步电机的电气是稳定（电机电压与电流、频率、调节方式有关分析较复杂，从略）。4、电压波动对电动机工作的影响 异步电机对瞬时过压、过流不敏感，因此电网电压的波动对电动机工作的影响不大。5、防空转性能 由图2-11知，异步电机机械特性较硬类似直流并励电动机防空转性能良好。,2.2 电力牵引交流牵引特性,二、电力牵引交流牵引特性（一）牵引特性 牵引特性F=f(V)（即机械特性）、电气特性U=f(V)，有两个运行调节区。（见图2-12）1、起动加速区,曲线12：恒M起动加速（V线性增加）起

13、动时，随V电机输出功率，起动终了的V（曲线上2）决定于供馈能源所允许的长期功率。起动时电机恒M运行，随着V的提高电机端电压U上升到曲线上点5。,图2-12 异步传动机车电气机械特性,2.2 电力牵引交流牵引特性,2、恒功率调速区F=f(V)曲线24段：恒功率调速（U=f(V)曲线恒定）因受网压或电机功率或逆变器输出电压所限，电机端压达最高后一般不再变。则高速区，U不变，随f1产生削磁效果F。注意：在最高速区可特意将逆变器输出电压提高到曲线的7，使功率接近于额定功率。这是相对于直流牵引传动的显著优点。（直流电机削磁受换向条件限制，带补偿绕组电机最高速时才有可能发出近80%的长时功率；而异步牵引则

14、无此限制，且在高速时能发挥长时功率。）,2.2 电力牵引交流牵引特性,（二）异步电动机特性调节 因机车不断变速，而列车惯性大，使电机f1与电机实际旋转频率相差过多，即超出临界转差率范围而导致不稳定运行。因此，采用快速响应闭环系统，直接控制电机I1和转差频率f2。1、异步电动机变频控制理论基础 交流电机感应电势（2-6）式中，E1定子相电势，C电机的电势常数。对于异步电动机,2.2 电力牵引交流牵引特性,等效电路,简化,（图中标R，后便退到用r）由简化图可得：（2-7）其功率为：(2-8)转矩为：(2-9)式中，p极对数，m定子相数，、为每相归算到定子的转子电阻和漏电感，s为转差率。（图中标R）

15、,2.2 电力牵引交流牵引特性,浅析：（1）恒U1、恒f1正弦供电异步电机机械特性 对（2-9）分子分母同乘s后，当s很小，s0，可近似为（2-10）即转矩M正比于转差率s，线性；当s接近1时,忽略分母r2项有（2-11）即转矩M反比于转差率s，双曲线；当s在两段之间时，直线逐渐过渡到双曲线。（2）基频（f1N）以下电压频率协调控制的机械特性恒U1/f1控制 由式（2-10）可得(2-12),2.2 电力牵引交流牵引特性,可见：基频以下恒U1/f1控制，同一M，s1基本不变，则n=s1也基本不变，即机械特性平行移动，类似直流他励电机调速，但最大转矩减小。另，亦有线性区、双曲线区（分析略）。按d

16、M/ds=0可求出s值，再代入式（2-9）可得：(2-13)MMax随f1减小而减小，需要补偿U1来提高转矩。恒E1/f1控制（即恒m 控制）由等效电路可得(2-14)则转矩(2-15),2.2 电力牵引交流牵引特性,当s很小时，s0，(2-16)转矩M正比于转差率s，线性；（近似）当s接近1时，忽略分母r2项(2-17)即转矩M反比于转差率s，双曲线；二者间逐渐过渡。可见类似恒U1恒f1控制，但线性范围更宽。按前述方法求最大转矩，在(2-18)有最大转矩(2-19)注：最大转矩恒定，稳态性能优于U1/f1控制，这也是E1/f1控制补偿定子压降所追求的目的。恒E2/f1控制 进一步提高，转子漏

17、抗压降可忽略，则（2-20）E2为转子全磁通感应电势（满足4.44公式），消耗在r2/s上。,2.2 电力牵引交流牵引特性,转矩为（2-21）转矩完全是一条直线，稳态性能最好。E1对应气隙磁通幅值m，E2对应转子磁通幅值2，恒E2/f1正是矢量控制遵循的原则。综上：恒U1/f1控制最易实现，但低速带负载能力有限，需对定子电压进行补偿，适于一般调速；恒E1/f1控制，可达恒磁通，改善了低速性能，线性范围较宽，但机械特性仍非线性，产生转矩能力受限；恒E2/f1控制，可得直流他励电机样的线性特性，较理想，动态恒定2是矢量控制要实现的目标。,2.2 电力牵引交流牵引特性,（3）基频（F1N)以上恒压变

18、频的机械特性 基频f1N以上，U1额定不变，转矩为(2-22)最大转矩为(2-23)可见，f1Mmax。即：基频以上U1额定，f1转速n，1势必，导致最大转矩减小，可认为输出功率基本不变，属弱磁通功率调速。注意：上述为正弦供电，若含谐波，机械特性扭曲，机械损耗增加。异步电机调速有两个独立调制量。,2.2 电力牵引交流牵引特性,2、恒转矩特性（起动）（1）恒磁通、恒f2即可恒转矩 前述恒E1/f1控制、恒E2/f1控制都能实现恒转矩控制，特别是后者是完全的线性。M与f1无关，仅由f2决定，f2一定M恒定；对于不同f2M为一组与横轴平行的直线。（见图2-13（a)（2）最大恒转矩 解dM/df2=

19、0，可得转子临界转差频率f2（同式（2-18）（2-24）注意:鼠笼异步电机的fm为结构决定的常数；在f2=fm处有最大转矩Mm（见（2-19）式）。,2.2 电力牵引交流牵引特性,恒转矩特性:在整个范围内发出最大转矩Mm，满足机车以不变的牵引力起动的要求（图2-12中曲线的12）。（通常，机车起动阶段要求电动机发出1.52倍的额定转矩）,(a)(b),图2-13 恒转矩特性调节,（3）恒转矩时的定子电流I1 恒m，近似E1f1（线性）；恒2，完全E2f1（线性）。频率较高时，定子r1可略，近似有U1f1（线性）；频率较低时r1不可略，U1相对有所提高。,2.2 电力牵引交流牵引特性,定子I1

20、与f1无关（公式略）,即保持恒定不变。（曲线见图2-13（b）所示）3、恒功率特性（运行）恒转矩运行，随VU1到最大值（图2-12曲线上5点）,对应频率f1N叫基准频率（或额定频率），其后维持U1不变进入恒功率运行（U1/f1不再恒定）。f1f1N，高速电机的s很小，相对于/s可忽略r1、x1、x2，则U1E1、电流，由（2-8）式得 转矩（2-25）同时，按dM/ds=0解得sm方法可解得最大转矩（2-26）,2.2 电力牵引交流牵引特性,（1）U1不变，恒转差率S（f2/f1)调节 U1不变，f2与f1按比例变化。由式（2-26）知，Mm1/f1；而由式（2-25）知M1/f1(图2-14

21、（a）)。工作点选择：在最高转速（即f1max）时保证有最小允许过载能力（即最小转矩裕度）处，则较低速时有较大的过载能力，保证电机在全部调速范围内稳定运行。电机被低速状态所决定，电机设计尺寸较大。,(a),(b),图2-14 U1为常数的恒功率特性调节,2.2 电力牵引交流牵引特性,定子电流I1：保持U1不变，I1近似为常数（与f1无关）。（见图2-14（b）。I1为激磁与转子归算电流的矢量和，主要是后者（公式略）（2）f2不变，恒U1/f1调节 f2不变，而U12与f1按比例变化。由式（2-25）、（2-26）知，Mm与M都反比于f1，呈双曲线形状（图2-15（a）。,(a)(b),图2-1

22、5 不变的恒功率特性调节,2.2 电力牵引交流牵引特性,工作点选择：在最低转速时有最小允许的过载能力处，则高速时也有适度的转矩裕度，使电机整个调速范围内稳定运行。充分利用了电机功率，电机设计尺寸较小。定子电流I1：U1保持正比于 变化，分析知I1反比于 变化（图2-15（b）。注意：第一种有较大的电机设计尺寸，但在恒U1、I1下工作，可控硅装置容量得到充分利用，逆变器有较小的设计尺寸，故称之为最大电动机最小逆变器方案；第二种有较小的电机设计尺寸，但逆变器需满足U1max、I1max要求，尽管二者不会同时出现，但逆变器的设计容量为二者的乘积，则逆变器有较大的设计尺寸，故称之为最小电动机最大逆变器

23、方案。（交流传动一般用前者）,2.3 电力牵引的调速特性,电力牵引的起动、调速、制动三种基本运行状态，实质都是调速，只是起动、制动为调速的特殊形式而已。基本要求：调速范围宽、平稳性好、经济及简单、方便、可靠。一、直流传动机车调速 调电力牵引机车速度就是调电动机的转速。（一）直流串励电动机的调速方法 式（2-1）给出了直流串励电机的转速特性。调电机转速的方法：调端压、回路电阻、主极磁通。1、改变电机端电压UD（1）直流网压 多台牵引电机串、并联来改变端压。无能耗，但属有级调速（23级），且电机间连线复杂，一般不用。,2.3 电力牵引的调速特性,斩波器调压。能耗小，无级调速，现代直流电力机车（如早

24、期城市地铁）上采用。（2）“交-直”电力机车 改变主变压器输出电压调压。有级调速（级数多），在早期的SS1电力机车上采用。可控硅整流调压。无级调速，SS电力机车广为采用。2、改变电机回路电阻R 电机回路中串电阻来调速。电阻损耗，效率降低；电阻分段调，造成牵引力冲击。电力机车不采用。3、改变电机主极磁通D 即调主极磁势，主磁极绕组并电阻分流，即削弱磁场。分流电阻值小，能耗小，也不笨重，故广为应用。,2.3 电力牵引的调速特性,（二）恒压磁场削弱调速 电机额压（电流未达额值）下削磁调速、改变转矩特性，是高速区调速并提高功率及转矩的有效方法。1、磁场削弱系数 励磁削弱的程度，用表示（2-27）式中，

25、为削磁后的主极磁势，为削磁前的主极磁势。注：磁路不饱和时可用磁通代替磁势。2、磁场削弱方法（1）改变励磁绕组匝数 励磁绕组分段抽头，电枢电流流过全绕组为全磁场，,2.3 电力牵引的调速特性,流过部分绕组为削磁。（2-28）式中，W为全励磁绕组匝数，为削磁后绕组匝数，ID为电机电枢电流。优点：精确（匝数比）；缺点：电机结构复杂，削磁级数有限（23级）；一次过渡到最深削磁，有很大的电流冲击和牵引力冲击。（直流电力机车不采用）（2）改变励磁电流 励磁绕组固定，改变励磁电流，削磁系数为（2-29）式中，为削磁后的励磁电流。,2.3 电力牵引的调速特性,电阻分流法 励磁绕组并电阻分流。由图示电路可得 式

26、中，RL为励磁绕组电阻，R为分流电阻。代入式（2-29）得（2-30）,图2-16 电阻分流削弱磁场,优点：励磁绕组结构简单，削磁调节方便，能耗小。注意：、实际中，并固定分流电阻R0，以改善电机换向。、同机车各牵引电机的分流电阻一致、一致、削磁一致。,2.3 电力牵引的调速特性,、为稳定工作状态下所得，过度状态时应充分考虑励磁绕组的电感作用。例如，网压波动突增ID突增，而励磁绕组（电感）电流不突增，则突增的大部分经分流电阻流过，造成电机的反电势不足，加速电枢电流增加而严重过载，甚至会引起电机环火。因此，在分流支路串入适当电感，即磁感应分流法，如我国SS3型机车。另：削磁一次性过深，电流、牵引力

27、冲击，故常用分级削磁。考虑控制的复杂及附加设备多少，一般为三级。如SS1机车，接R1时1=70，接R2时2=54，R2、R1均接时3=45。可控硅分流法 对励磁利用可控硅分流，为无级削磁。如引进西欧8K和国产SS8、SS9型准高速电力机车。,2.3 电力牵引的调速特性,3、恒压削磁的转速特性电机转速特性（2-31）削磁后的转速特性（2-32）,削磁瞬间，必有。又 全磁场励磁ID，削磁后励磁I=ID 即有ID=ID,转速不变，削磁后电枢电流ID比全磁场电枢电流ID大（1/）倍。,图2-17 恒压削磁的转速特性,故 削磁后的转速特性曲线在全磁场基础上水平右平移（1/）即可，如图2-17示。,2.3

28、 电力牵引的调速特性,4、恒压削磁的转矩特性 忽略转矩损耗M，削磁前后、，则依式（2-2）可得（2-33）,代入推得的削磁时的，有（2-34）故 削磁后的转矩特性曲线，在全磁场转矩特性曲线基础上横、纵坐标值同乘（1/）倍即可，如图2-18所示。,图2-18 恒压削磁的转矩特性,2.3 电力牵引的调速特性,注意：（1）恒压削磁，瞬间n不变电机反电势EIDM机车P和F机车V。因此，“交-直”电力牵引普遍采用削磁来提高机车的P和V。（2）高速大电流下过分削磁，会使电抗电势超过允许值，且主极磁场严重扭曲，换向器片间电位分布不均，易产生火花甚至环火。所以有削磁限min，对脉流牵引电机min不小于0.35

29、0.4。,2.3 电力牵引的调速特性,（三）调电压调速 由式（2-1）可知，直流电动机的转速nD与UD有关，改变UD可调速。1、有级调压调速 改变牵引变压器次边绕组抽头来实现。（如早期的SS1机车，转换开关将基本绕组与调压绕组反接或正接，实现033级调压，低压级用于起动，高压级用于运行中的调速）2、无级调压调速 改变整流器的控制角来实现。（“交-直机”车广为应用)优点：可避免调速过程中的电流冲击及牵引力的冲击，充分利用机车粘着重量；简化机车主电路。,2.3 电力牵引的调速特性,缺点：机车的功率系数不高，电网谐波干扰大，低电压级位时尤为突出。（现代机车采用半控多段桥来改善）二、交流传动调速1、交

30、流异步电动机的调速方法（1）改变电机的端电压（电机学知）异步电动机近似有MU。外部负载转矩不变，端压U变转矩M变n变，从而调速。特点：优点：简单、造价低。缺点：电压低，最大转矩降低，可调范围不宽；同时，调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低；可控硅调压的电压、电流畸变严重。,2.3 电力牵引的调速特性,应用：适于100kw以下，城轨电牵不用。（2）改变电机的极对数 异步电动机同步转速为：（3-29）改变电机极对数p可调电机转速特点：优点：较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高。缺点：通常改变多段定子绕组来改变p，电机构造复杂；有级调速，级数级少；改变p时需切断电源。应用

31、：适于不需无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等，城轨不用。,2.3 电力牵引的调速特性,（3）转子绕组串电阻调速 绕线式异步电动机，转子绕组经滑环每相串入外部电阻变阻调速（串入电阻大速度低）。特点：电阻耗能，效率低；有级调速；机械特性较软。应用：城轨电牵不用。（4）串级调速 绕线式异步电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电机的转差实现调速。特点：转差功率被串入的附加电势所吸收，多用可控硅串级调速将将其反馈电网，但功率因数偏低，谐波影响较大。应用：适于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机等，城轨电牵不用。,2.3 电力牵引的调速特性,（5）变频调速 改变电机

32、供电频率f1调速（运行及起动）。通过逆变器实现VVVF。特点：效率高，调速中没有附加损耗；调速范围大，特性硬，精度高；便于倒转和再生制动；特别是具有很高的精确度、灵敏度和稳定性。技术复杂，造价高，维护检修困难。应用：城轨电牵。（大铁路“交-直-交”系统）2、恒转矩和恒功率变频调速（1）恒转矩变频调速（基频以下）起动加速时，恒磁通（即E1/f1不变）、恒E2/f1、恒U1/f1调节，通过调节电机电源的U1、f1来实现。,2.3 电力牵引的调速特性,注意：起动时n很低f1、U1都很低，定子电阻影响不能略，须适当增加U1。起动要求转矩比额值大1.52倍，而异步电机可达22.5倍，故转矩控制在最大值7

33、0并保持不变。起动时电机过载，虽铁耗较小，也不可长期运行。（机车起动应尽可能使牵引力接近粘着牵引力，而粘着牵引力随机车速度增加稍有下降，但大致可以认为是一个恒值）（2）恒功率变频调速 运行阶段需恒功率变频调速。有两种，恒功率恒压变频调速与恒功率变压变频调速（见前述）。,2.4 电力牵引的起动特性,电力牵引起动过程，是克服列车静止阻力并加速，最终运行在机车的自然特性上。一、对起动的要求 据铁路技术管理规程的规定，基本要求：起动稳、加速快，防止列车冲击和断钩。起动快，t起V平均，铁路运输意义大。要求I起大以产生较大F起。起动平稳，内部电气设备免受电流冲击，机车和列车免受机械冲击。要求尽量减少I起和

34、F起的摆动。直流传动机车，I起和F起过大，会使电机安全换向遭破坏；或使牵引力超出线路粘着条件，轮对发生空转，结果反而丧失牵引力。,2.4 电力牵引的起动特性,二、直流传动机车的起动（一）起动方式及限制 起动时静止，电机反电势为零，则I起大，产生电流和机械冲击，故须适当的起动方法。1、变阻起动 电机回路中串电阻起动，以I起。属有级起动，且耗能不经济，电力机车不用。2.降压起动 降低电机端压起动，原理同调速。变压器次级调压，有级。如SS1机车。,2.4 电力牵引的起动特性,可控硅调压（“直-直”为斩波、“交-直”为整流），无级。（可使起动电流沿粘着限制条件平滑变化，从而使机车起动平稳，并使F起满足

35、粘着条件下维持较大值。但机车的功率系数非常低，整流电流脉动增加）3、起动电流和牵引力的限制起动牵引力：起动时轮对发生空转前所能发挥的最大牵引力，用FQ表示。受线路粘着条件的限制，应满足（kN）（2-36）式中，PN为机车粘着重量（t），为机车牵引粘着系数。粘着系数随线路、轨面、起动方式等因素变化，是一个范围值。故机车的粘着限制曲线并非一条，而是一个限制带。,2.4 电力牵引的起动特性,起动电流：起动牵引力对应的牵引电机最大电枢电流。要求，小于最大允许温升电流。（二）分级起动品质与恒流起动1、分级起动品质 有级调速增量I、F摆动。摆动使F平均，平稳性。对U、I限制，定I变U，变压器制造困难，故一

36、般定U变I，如SS1型机车。有级调速机车起动时牵引力、电流、加速度的摆动系数,2.4 电力牵引的起动特性,三个系数反映机车的起动品质。（系数越小其平均值越大，摆动范围越小，机车的起动品质越好，即机车起动既快又平稳。）2、恒流起动 起动的级数越多，摆动越小，电流越接近于一恒定值。级数足够多，可使KF、KI、Ka为零，电流基本趋于一恒定值，实现恒流起动。3、牵引控制方式 机车特性适于牵引，要求起动性能好（KF、KI、Ka尽可能小，最大限度地利用机车的粘着条件）、调速范围宽、防空转性能好。可控硅整流调速，易于机车运行方式的控制（恒流、恒速、特性三种控制）。,2.4 电力牵引的起动特性,（1）恒流控制

37、恒流控制：机车起动时维持电流恒定（接近粘着限制线的电流值，如SS3B型机车）。司机控制器给定级位电机电枢电流给定值，恒流控制系统据指令自动调节可控硅触发角，使电流达指令值要求。恒流起动控制特性曲线见图2-19曲线1。,特点：I起大，F起大，起动加速快，t起短；但一旦空转将加剧空转（空转，电机按特性电流减小，控制恒电流就必增加电压（电流），使转速进一步上升）。因此，恒流控制的再粘着能力差。,图2-19 各种控制特性曲线比较,2.4 电力牵引的起动特性,（2）恒速控制 恒流起动结束后转入恒速运行。特点：恒速控制使机车具有硬特性，空转时牵引力能迅速下降，利于实现再粘着，防空转，如图2-19曲线2所示。但恒速控制特性过于陡，阻力变时，牵引力波动很大，车钩受冲击力大，严重时会断钩。（3）特性控制特性控制：恒流起动，再按理想牵引特性曲线运行。理想牵引特性曲线：介于机车自然特性曲线与恒速特性曲线之间的斜线，如图2-19曲线3所示（曲线4是机车自然特性曲线）。,2.4 电力牵引的起动特性,注意：特性控制综合了恒流控制与恒速控制二者优点，如图中ABC曲线。SS3B、SS4改、SS8型等机车采用了特性控制。如SS4改，司机控制器牵引调速控制手轮有110级，就有10条特性控制曲线族。三、交流传动机车的起动 以最大转矩恒转矩起动，这是交流传动电力牵引的一大优点。（参见前述）,