第二章直流電力機車速度調(diào)節(jié)第一節(jié)概述第二節(jié)勵磁調(diào)節(jié)第三節(jié)交直型整流器機車的相控調(diào)壓

第一節(jié)概述

重點：電力機車調(diào)速基本要求和調(diào)速方式

難點：電力機車調(diào)速方式

列車調(diào)速控制要求：－－機車的牽引力和速度均能在寬廣的范圍內(nèi)均勻而經(jīng)濟地調(diào)節(jié)。列車的整個運行過程的狀態(tài)：－－起動、調(diào)速、制動三種基本的運行狀態(tài)。

電力機車調(diào)速的本質(zhì)：－－牽引電動機的調(diào)速。

一、電力機車調(diào)速的基本要求

1.寬廣的調(diào)速范圍。只有具備寬廣的調(diào)速范圍才能滿足列車運行速度不斷提高的需要；

2.沖擊力小，牽引力變化連續(xù)。速度調(diào)節(jié)應(yīng)力求平穩(wěn)，不間斷牽引電動機的供電，并且有盡可能多的速度運行級，從而避免電流和牽引力的沖擊；

3.調(diào)速經(jīng)濟。在保證速度范圍的情況下，附加設(shè)備要少，且盡量減少附加能量損耗；

4.運行可靠，控制簡單，操作方便。

二、電力機車的調(diào)速方式

1.直（脈）流牽引電動機機車調(diào)速方案：（1）改變牽引電動機回路電阻R

目前所用機車仍采用改變牽引電動機的電源電壓以及削弱牽引電動機磁場的調(diào)速方法。

（2）改變牽引電動機的端電壓UＤ

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代直流電力機車如城市地鐵，采用斬波器進行調(diào)速。它取消了起動電阻，利用斬波的原理可對牽引電機的端電壓進行連續(xù)、平滑的調(diào)節(jié)，因此機車的性能大為改善。在整流器電力機車上，接觸網(wǎng)電壓需經(jīng)變壓器降壓和整流裝置整流后，再供給牽引電動機，因而這種機車可用改變變壓器一次側(cè)、二次側(cè)電壓的方式進行有級調(diào)速，或者利用晶閘管整流元件，通過改變晶閘管移相角的方法來改變整流輸出電壓，從而進行平滑無級調(diào)速。

（3）改變磁通量Φ這種方法在直流電力機車和整流器電力機車上都得到應(yīng)用，即所謂的磁場削弱調(diào)速。無論調(diào)節(jié)電壓或調(diào)節(jié)磁通量，都不產(chǎn)生附加的能量損耗，因而得到的速度級稱為經(jīng)濟運行級。機車在經(jīng)濟運行級上可以長時間運行。第二節(jié)勵磁調(diào)節(jié)

重點：磁場削弱的定義和方法

難點：磁場削弱下的機車特性及其應(yīng)用

磁場削弱系數(shù)用β表示，定義如下：在同一牽引電動機電樞電流下，磁場削弱后（削弱磁場）牽引電動機主極磁勢與磁場削弱前（滿磁場）牽引電動機主極磁勢之比。表達式為：

（IW）β

──磁場削弱后主極磁勢；

（IW）ｍ

──磁場削弱前（滿磁場）主極磁勢。

一、磁場削弱系數(shù)

二、磁場削弱的方法磁場削弱的方法有兩類：

1.改變勵磁繞組匝數(shù)式中：Im

＝Ia

──牽引電動機電樞電流

w──牽引電動機磁場削弱后勵磁繞組匝數(shù)

wｍ──牽引電動機滿磁場時勵磁繞組匝數(shù)。

2.改變勵磁繞組的電流

式中

：Iβ——牽引電動機磁場削弱后流過勵磁繞組的電流；

Iｍ——牽引電動機滿磁場時流過勵磁繞組的電流，即電樞電流。

改變勵磁繞組電流的方法可有以下幾種：（1）電阻分路法

（2）晶閘管分路法

第三節(jié)交直型整流器機車的相控調(diào)壓

重點：多段橋順序控制

難點：多段橋順序控制

采用可控整流的機車在低電壓區(qū)，機車的功率因數(shù)比較低，同時由于平波電抗器的作用使變壓器一次側(cè)電流畸變成了矩形波，產(chǎn)生了較大的高次諧波，造成對電網(wǎng)的污染。為了改善機車的功率因數(shù)，降低諧波干擾，機車上廣泛應(yīng)用了多段整流橋順序控制，即把整流橋的段數(shù)增加到ｎ段，ｎ愈大，則效果愈好。下面就分別介紹理想情況下三段不等分橋、四段經(jīng)濟橋的工作原理。

1．三段不等分橋式整流電路

隨著橋段數(shù)的增多，機車的功率因數(shù)將有所提高，但是段數(shù)的增多，會使牽引變壓器二次側(cè)繞組的分段數(shù)相應(yīng)增加，整流橋臂數(shù)、整流元件的數(shù)量增多。因此而使得機車主電路復雜，控制系統(tǒng)復雜。為此在實際應(yīng)用中，一般采用多段不等分橋整流電路，但段數(shù)不多于4。變壓器二次側(cè)繞組由二段a4x4、a2x2組成，其中一段a4x4接成中抽式半控橋，另一段a2x2接成一般半控橋整流電路，因中抽式繞組可看作兩段繞組a4b4、b4x4，故實際上變壓器二次側(cè)繞組是三段不等分，各段繞組的電壓分配比例為1：1：2。VD1～VD4提供直流續(xù)流通道。四、功率因數(shù)補償

評價相控調(diào)壓性能有二個重要指標，即功率因數(shù)和諧波干擾。采用相控調(diào)壓的電力機車其功率因數(shù)較低，不僅降低了設(shè)備的利用率，而且諧波含量高，影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量，對電網(wǎng)造成嚴重污染。隨著機車單機功率的增加及大功率電力半導體器件在電力機車上應(yīng)用的日益廣泛，提高功率因數(shù)，減少諧波電流已成為一個重要課題。

另外，電力部門和郵電部門都對用戶的功率因數(shù)和諧波電流有明確限制。一般晶閘管相控機車的功率因數(shù)僅為0.78～0.80，諧波電流為Ｊpmax〉9.2Ａ（等效干擾電流的最大值），遠不能滿足PF＝0.9、I(3)＝3.9、I(5)＝4.0的限制要求。晶閘管相控機車的功率因數(shù)PF＝λcosψ1，DF主要取決于α、λ，根據(jù)DF曲線知其變化范圍不大，其中主要是3次、5次諧波含量。因此，改善晶閘管相控機車的功率因數(shù)和減少諧波電流的方法主要有：

1．采用多段橋

如前所述這一方法能提高機車的功率因數(shù)和降低諧波分量，但段數(shù)過多會使變壓器抽頭數(shù)增加，整流裝置復雜，即使是多段橋，由于其電子控制增加從移相橋到開關(guān)橋邏輯轉(zhuǎn)換的復雜性，在一定程度上會降低機車運行的可靠性。干線電力機車一般不超過四段，試驗表明在額定工況下，半控四段橋的功率因數(shù)PF＝0.80～0.85。

2．采用功率因數(shù)補償器（PFC）

功率因數(shù)補償裝置兼作濾波器，簡稱PFC裝置，一般常用的形式有LC、RC、RLC，它跨接于機車主變壓器二次側(cè)繞組的兩端，加上功補裝置后，就是把L、R、C連接成某一頻率的諧振電路（一般在靠近三次或五次諧波頻率處）。在基波網(wǎng)壓的作用下對基波呈容性，提供容性無功電流，減少相控整流機車滯后的負載電流，從而可以提高機車的功率因數(shù)；同時對3、5次諧波呈低阻性，使絕大部分3次、5次諧波電流通過功補裝置而被吸收掉，可以減少流向電網(wǎng)的3次或5次諧波電流，也減少了等效干擾電流。

試驗表明相控機車在裝設(shè)一定容量的PFC之后，就勿需采用多段橋。機車加裝了功率因數(shù)補償裝置以后，提高了機車的功率因數(shù)，降低了接觸網(wǎng)和機車主變壓器的損耗，同時也減少了接觸網(wǎng)對沿線通信線路的干擾，從而大大簡化了機車主電路的結(jié)構(gòu)。例如SS6型電力機車就采用了二段橋帶PFC的主電路，引進的6K、8K型電力機車，當PFC全部投入工作時機車的功率因數(shù)PF〉0.9。由于受機車重量與總體布置上的限制，于是提出在地面牽引變電所和接觸網(wǎng)上設(shè)置功率因數(shù)補