甘永雙GAN Yong-shuang

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，錦州 121000）

（Liaoning Railway Vocational and Technical College，Jinzhou 121000，China）

1 機(jī)車(chē)對(duì)牽引電機(jī)調(diào)速的要求

機(jī)車(chē)，主要是指產(chǎn)生動(dòng)力、牽引車(chē)輛運(yùn)行的裝置，電力機(jī)車(chē)一般指通過(guò)受流器從接觸網(wǎng)獲得電能，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的機(jī)車(chē)，是一種非自帶能源的機(jī)車(chē)。其功率強(qiáng)大、過(guò)載能力強(qiáng)、牽引力大、速度快、整備作業(yè)時(shí)間短、維修量少、便于實(shí)現(xiàn)多機(jī)牽引、能采用再生制動(dòng)以及能源利用率高、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，在鐵路牽引中廣泛應(yīng)用。機(jī)車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，稱為牽引電機(jī)，是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出動(dòng)力的的裝置，采用的是個(gè)別傳動(dòng)，借助于電機(jī)軸上的小齒輪驅(qū)動(dòng)輪對(duì)軸上的大齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)牽引運(yùn)行的，由機(jī)車(chē)的運(yùn)行特性可知，牽引電機(jī)應(yīng)有足夠大的啟動(dòng)牽引力和較強(qiáng)的過(guò)載能力，應(yīng)有良好的調(diào)速性能。機(jī)車(chē)在運(yùn)用時(shí)，條件非常復(fù)雜，既有坡路，又有風(fēng)雨的干擾，都需要具有寬廣的速度調(diào)節(jié)范圍，并且不論如何調(diào)節(jié)速度，牽引電機(jī)的功率應(yīng)都能得到充分的發(fā)揮。從以上要求可知，對(duì)牽引電機(jī)的調(diào)速要求非常高。因此，必須采取可靠、有效的調(diào)速方法。

2 電機(jī)的調(diào)速方法

調(diào)速，指電動(dòng)機(jī)機(jī)械負(fù)載不變的條件下，用人為方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。脈流牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速與直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的公式相同，為

由調(diào)速公式可知，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變電源電壓U、電樞回路串接的電阻Rpa、氣隙主磁通Φ，只要改變其中的任何一個(gè)，都能達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

①電樞回路串接電阻調(diào)速。將電樞和電阻串聯(lián)，改變電阻阻值的大小，即可調(diào)速。缺點(diǎn)是能耗較大，經(jīng)濟(jì)性差，目前很少使用。②改變電源電壓調(diào)速。電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得電源電壓的調(diào)節(jié)可以方便地實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)以晶閘管調(diào)壓調(diào)速為例說(shuō)明。如圖1 所示電路框圖，相控直流裝置為晶閘管和二極管組成的整流橋；觸發(fā)控制裝置主要由單節(jié)晶體管、電阻、電容和穩(wěn)壓管組成；ui為輸入電源電壓，uo為輸出可調(diào)脈動(dòng)直流電壓，uk為觸發(fā)控制裝置輸出的可調(diào)觸發(fā)脈沖信號(hào)。調(diào)節(jié)觸發(fā)控制裝置的電位器，改變觸發(fā)信號(hào)uk，相控整流裝置的輸出電壓uo隨之改變，電動(dòng)機(jī)的變轉(zhuǎn)速也發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。③改變主磁通調(diào)速。由調(diào)速公式可知，改變主磁通Φ，就可以使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。一般電機(jī)的額定磁通已設(shè)計(jì)得接近飽和，因此，改變磁通只能在額定磁通下削弱磁通，所以又稱為磁場(chǎng)削弱調(diào)速。

圖1

3 脈流牽引電機(jī)的調(diào)速研究

脈流牽引電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的原理基本相同，所以具有直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)速相比交流電動(dòng)機(jī)較低。脈流牽引電動(dòng)機(jī)的電源是脈動(dòng)的，在電力機(jī)車(chē)中要加入平波電抗器。平波電抗器雖然濾掉了電流中的脈動(dòng)，但延遲了電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間。

SS 系列電力機(jī)車(chē)作為我國(guó)自主設(shè)計(jì)制造的電力機(jī)車(chē)，牽引電機(jī)都為脈流牽引電機(jī)，功率大，調(diào)速方便，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，運(yùn)用廣泛。下面以ZD105、ZD115 和ZD120 三種脈流牽引電機(jī)為例進(jìn)行研究。

3.1 ZD105 脈流牽引電機(jī)的調(diào)速 ZD105 脈流電機(jī)是6 極串勵(lì)牽引電機(jī)，具有較軟的特性，即在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，高速時(shí)轉(zhuǎn)矩小、功率利用好的特點(diǎn)。應(yīng)用在SS4型貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)上，主要采用調(diào)壓調(diào)速和磁場(chǎng)削弱調(diào)速。首先看看調(diào)壓的實(shí)現(xiàn)。

圖2

SS4改型每節(jié)車(chē)采用兩套獨(dú)立的整流調(diào)壓電路，分別向相應(yīng)的轉(zhuǎn)向架供電，如圖2 所示為主整流器，由二極管VD1、VD2、VD3、VD4和晶閘管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6組成四壁橋和六壁橋。左側(cè)接機(jī)車(chē)主變壓器，右側(cè)接機(jī)車(chē)牽引電機(jī)，當(dāng)司機(jī)操縱司機(jī)控制器手輪時(shí)，給定速度信號(hào)，實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)電位器電位，該信號(hào)送到電子柜，電子控制柜發(fā)出觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通開(kāi)放。SS4改型電力機(jī)車(chē)是三段不等分半控橋，開(kāi)放的順序是第一段VT5、VT6先開(kāi)放，向牽引電機(jī)供電，電壓由零增加到輸出總電壓的一半。VT5、VT6達(dá)到滿開(kāi)放，并維持滿開(kāi)放，觸發(fā)VT1、VT2使之導(dǎo)通開(kāi)放，這時(shí)牽引電機(jī)電壓由二分之一輸出總電壓可以調(diào)節(jié)到四分之三總電壓。當(dāng)VT1、VT2滿開(kāi)放時(shí)，并維持VT1、VT2、VT5、VT6滿開(kāi)放，觸發(fā)VT3、VT4導(dǎo)通開(kāi)放，這時(shí)電壓可在四分之三總電壓和輸出總電壓之間調(diào)節(jié)。但VT3、VT4一般情況并不滿開(kāi)放，滿開(kāi)放會(huì)超過(guò)牽引電機(jī)的額定電壓的。通過(guò)分析研究，調(diào)節(jié)牽引電機(jī)的電壓，可以調(diào)節(jié)牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速，機(jī)車(chē)的速度不斷地增加。由于是串勵(lì)電機(jī)，牽引電機(jī)電壓達(dá)到額定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)增強(qiáng)到最大磁場(chǎng)，這時(shí)在增加電壓不可能了，可以采取削弱磁場(chǎng)的方法來(lái)調(diào)速，在串勵(lì)繞組兩端并聯(lián)電阻，這個(gè)電阻稱為磁削電阻，并聯(lián)兩個(gè)磁削電阻可以得到三級(jí)磁削，增加調(diào)速的范圍。以上為SS4型機(jī)車(chē)調(diào)壓調(diào)速和磁場(chǎng)削弱調(diào)速，牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速不斷增加。機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度可以從零上升到100km/h。

3.2 ZD115 脈流牽引電機(jī)的調(diào)速 ZD115 型脈流牽引電機(jī)運(yùn)用在SS9型電力機(jī)車(chē)上，采用架承式懸掛。它是帶補(bǔ)償繞組的6 極串勵(lì)電機(jī)。采用無(wú)級(jí)磁場(chǎng)削弱，固定磁場(chǎng)分路87%，最深磁場(chǎng)削弱49%；采用全疊片機(jī)座提高了換向能力。和ZD105 電機(jī)相比較而言，ZD115 具有體積小、重量輕功率大的特點(diǎn)。其調(diào)速與ZD105 牽引電機(jī)一樣，也是調(diào)壓調(diào)速和磁場(chǎng)削弱調(diào)速，但磁場(chǎng)削弱調(diào)速采用的是晶閘管和串勵(lì)繞組并聯(lián)，可以通過(guò)控制觸發(fā)信號(hào)控制磁場(chǎng)削弱的程度，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)控，機(jī)車(chē)速度可以從0 到150km/h 平滑調(diào)節(jié)。

3.3 ZD120 型脈流牽引電機(jī)調(diào)速 ZD120 型脈流牽引電機(jī)運(yùn)用在SS7型電力機(jī)車(chē)上，一端吊裝在轉(zhuǎn)向架上，另一端通過(guò)滾動(dòng)軸承抱在機(jī)車(chē)車(chē)軸上，它是帶補(bǔ)償繞組的6極他復(fù)勵(lì)牽引電機(jī)。采用復(fù)勵(lì)無(wú)級(jí)磁場(chǎng)削弱，最大磁削系數(shù)95.4%，最小磁削系數(shù)45.7%；調(diào)壓調(diào)速采用了晶閘管全控橋，他勵(lì)勵(lì)磁在啟動(dòng)時(shí)需預(yù)勵(lì)磁。雖然調(diào)速容易，但增加了控制難度。優(yōu)點(diǎn)是適宜在坡路和彎路較多的地區(qū)適用。

4 調(diào)速研究的意義

通過(guò)對(duì)典型SS 系列機(jī)車(chē)牽引電機(jī)調(diào)速的研究，可以看出，脈流牽引電機(jī)速度的控制是調(diào)節(jié)電壓和勵(lì)磁磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)，電壓的調(diào)節(jié)基本上采用晶閘管進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。勵(lì)磁磁場(chǎng)調(diào)節(jié)采用的是磁場(chǎng)削弱，磁場(chǎng)削弱可以采用磁削電阻，可以用晶閘管分流，也可以使用他復(fù)勵(lì)電機(jī)，調(diào)速性能更加優(yōu)越。他復(fù)勵(lì)電機(jī)調(diào)速是改變他勵(lì)繞組電流，他勵(lì)繞組的電流也是通過(guò)晶閘管來(lái)控制的。機(jī)車(chē)乘務(wù)員，清楚掌握牽引電機(jī)調(diào)速，對(duì)機(jī)車(chē)的操控才能自如，使機(jī)車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)，提高行車(chē)安全，不出事故，延長(zhǎng)機(jī)車(chē)使用壽命。

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