华东交通大学 动车组传动 第1章 绪论4课时.pptVIP

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变流器与牵引电机有三种匹配方式:: (1)大(容量)变流器小(容量)电机 牵引电机在额定速度点发出的转矩近似为最大值(颠覆转矩)。从vn到vmax速度范围内,逆变器输出电压不变,仅频率增加,牵引电机处于磁场削弱状态。电机转矩与速度的平方成反比,转矩速度特性偏高处于恒功率曲线下方。若要电机输出恒功率,则变流器输出电压就不能保持恒定,应继续增加,且恒功区越宽,电压提高就要越多。 此时,若变流器按启动时最大电流设计,电压按最高速度对应的电压设计。则逆变器的容量利用率差(因为最大电压和电流不会同时出现),电机在整个速度范围内由于逆变器提供了足够的电流和电压,转矩特性得到较好利用。按照这种思路确定的变压器尺寸最大,而电动机尺寸最小,故有大变流器小电机的特点。 (2)小逆变器大电机 牵引电机的尺寸不是根据额定速度点vN来确定,而是根据最高速度vmax确定。也即vmax点发出的转矩为电动机的颠覆转矩。机车提供所要求的牵引力。从vN到vmax随速度增加,变流器输出电压保持恒定,颠覆转矩从vmax开始按转矩与速度的平方成反比的规律增加。 则在vmax以下各个速度点,电机能够发出的转矩比恒功率所要求的大得多。那么电机在转矩方面的设计没有得到充分的利用。但对变流器而言,从起始速度v0到额定速度vN,电压随频率成正比提高(因为电压频率比要固定),电机输出恒转矩。在vN点开始进入恒功区,之后逆变器输出电压不变。因此逆变器几乎在整个速度范围内都保持输出电流不变,元件的容量得到了充分发挥。 (3)系统匹配方式 介于上述两者之间。即牵引电机和变流器发挥的功率与设计容量相比都不是最佳,然而在进行系统设计是既考虑了两者的关系,又兼顾了机车的牵引性能。从整体上看是一个比较经济的系统。 第四节 动车组牵引特性及控制策略 一、动车组牵引特性 牵引特性定义:机车牵引力与速度之间的关系。 下面以ICE和TGV Eurostar为例说明 ICE: 速度低于92,为恒力矩区(恒流区)速度为92时电机端电压达到额定值。速度高于92时进入恒供区,此时变流器输出满电压,机车的颠覆力矩设在最高速度点,属于大电机小变流器的方式。这种牵引性能 的机车在整个速度范围内牵引力较大,加速性能好,不仅适用于客运,同时也适合货运。 。 TGV 速度特性分四段: 低速启动时有较大的牵引力; 23km/h~115km/h输出力矩 随速度增加迅速下降。 115km/h~200km/h机车保持较平的力矩特性。 200km/h~300km/h机车输出恒功率。 这种牵引特性有以下特点: 启动力矩大。但由于时间短,电机不易过热,因此短时大力矩并没有提高电机的设计要求。 力矩随速度迅速下降。电机电流也下降。故在中速区没有大的牵引力。适用客运机车。 电动机的颠覆力矩按最高速度设计。虽然电动机的功率较大,但由于恒功区窄,电机的尺寸并没增大,因此有别于一般的大电机小变流器的设计方案。如TGV最大输出轴功率为1100KW,而牵引电机的质量略大于1吨,机车轴重在17吨左右。 电机进入恒功区前,需通过改变变流器的输出电压才能达到控制电机输出特性的目的,因此在恒功区前运行时,变流器工作在分频状态,开关损耗增加。但由于负载电流降低导通损耗减少,故总损耗并未增加。 通过以上分析可知,这种动力牵引在高速时既保持一定的牵引力,又能使牵引电机的体积质量减少,从变流器的输出特性看,通过改变VVVF终点速度可使系统的匹配更加经济。 VVVF终点速度设定: 机车牵引特性通常分成恒力矩和恒功区,恒力矩区通过控制变流器的输出u/f实现;恒功区通常调频不调压,牵引电机工作在磁场削弱状态。恒力矩区和恒功区的交点,变流器输出为满电压,即为VVVF的终点。 假定恒转矩终点速度为v1,恒功区终点速度为v2,VVVF终点速度为v, ,牵引电机质量最小。 如图所示:终点速度的设定影响机车的牵引性能及变流器、牵引电机和控制装置的设计。一般终点速度大于v1可减少电机质量,但启动电流较大,对变流器的要求就越高,变流器的质量会增加。综合考虑VVVF终点速度设在v1与v2之间,具体结合机车的牵引性能,负载要求等因素确定。 结论: 1、TGV牵引特性对高速客运机车非常可取。因为客车负载不大,低速时所需功率不大。随速度增加,列车阻力增加需要的功率与速度的三次方成正比。而这种曲线低速区力矩大,中速区功率适中,高速区功率大,颠覆力矩大,同时牵引电机的质量和轴重小,对钢轨冲击小。 2、对货运机车来说,轴重不是主要因素,且机车较少运行在最高速度区,运行过程中都希望有较大的牵引力。因此选用ICE机车牵引特性比较适合。 3、对客运机车,建议VVVF终点速度由恒力矩区与恒功区的交点往后移,由此虽然会造成牵引电机转矩下降影响机车低速时的加速性能,但实际对

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