第二章 电力牵引特性.ppt

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

2、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（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

3、机特性有差异机车速度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

4、励,图2-4 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

5、、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。,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

6、关系,牵引力沿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.

7、1 电力牵引直流传动特性,（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4M

8、M1INV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

9、负载偏大，见图2-9所示。,（2）电机特性相同而动轮轮径不同,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

10、相交流异步牵引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 （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

11、（2-5）知，“U1f1”比恒定 m恒定，从而转矩恒定。 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

12、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（1-7），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

13、图2-12） 1、起动加速区,曲线12：恒M起动加速（V线性增加）起动时，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

14、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

15、，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）,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

16、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dM/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)

17、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

18、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

19、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=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，

20、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

21、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（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，

22、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2-15 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

23、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

24、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

25、,（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， 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

26、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

27、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

28、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 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，

29、“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0.350.4。,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

30、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

31、）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：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

32、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/

33、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70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

34、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

35、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

36、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

37、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 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

38、，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）,