机 车 电 传 动
度为v2,当VVVF终点速度v=
1999年
v1v2时,牵引电机的
质量最小,如图5所示;终点速度的设定直接影响机车的牵引性能以及变流器、牵引电机和控制装置的设计。一般终点速度取大于v1时,可以减少牵引电机的最大磁通,从而减少铁心的尺寸和质量,使牵引电机的质量更小;但启动电流相对增大,对变流器所使用器件的性
图3 ICE
机车的牵引特性曲线
能和冷却要求就越高,变流器的质量会增加,有可能导致主电路系统的质量增加。因此,综合考虑牵引电机和变流器后,VVVF的终点最好设定在v1与v之间,具
体的大小应结合机车的系统性能、负载要求等因素一起考虑
。
图4 TGVEurostar机车的牵引特性曲线
这种牵引特性具有如下一些特点:
(1)启动力矩大,但由于时间较短,牵引电机不容易过热,因此短时的大启动力矩对牵引电机的设计要求没有提高。
(2)力矩随速度迅速下降,牵引电机的电流也迅速下降。由于TGV机车是高速客运机车,因此在中速区不需要太大的牵引力。
(3)电动机的颠覆力矩按机车的最高速度设计,虽然牵引电机的功率较大,但由于机车恒功区较窄,电动机的用铁量较少,因此有别于一般的大电机小变流器方案,牵引电机质量反而大大减小。TGVEurostar机车的最大输出轴功率为1100kW,其牵引电机的质量略大于1t,从而使机车的轴重维持在17t左右。
(4)机车进入恒功区前,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,变流器工作在分频工况,开关损耗增大;但由于负载电流的下降,导通损耗下降,总的损耗不会增加太大。
通过上面的分析可知,TGVEurostar机车在高速时既保持一定的牵引力,同时又能使牵引电机的体积、质量减小。从变流器的输出特性看,通过改变VVVF终点速度的位置,可使系统的匹配更加经济。
图5 VVVF终点速度与牵引力的关系
5 结束语
通过上面的分析可以得出下列结论:
(1)TGVEurostar机车的牵引特性曲线对高速和客运机车来说是非常可取的。这是因为客车的负载相对较轻,低速时需要的功率不大,随着速度的提高,列车阻力与速度平方成正比关系增加,需要的机车功率与速度三次方成正比关系,而这种曲线具备低速区输出力矩大,中速区输出功率适中,高速区功率大、颠覆力矩大的优点;同时,牵引电机的质量小,机车轴重轻,对钢轨的冲击小;随着半导体技术的不断发展,变流器在较高的频率段工作在分频工况不会出现什么问题。
(2)对货运机车来说,轴重不是主要的因素,并且,机车较少地运行在最高速度区,运行过程中也希望有较大的牵引力,因此,选用类似于ICE机车的牵引特性曲线比较合适。
(3)对客运机车来说,建议VVVF的终点速度由恒力矩与恒功曲线的交点v1向后移。虽然由此而造成的牵引电机转矩下降会影响机车在低速时的加速性能,但实际上对于交流传动机车,低速时变流器的输出转矩足以满足机车的牵引要求,因此,主电路系统的质量不会增加。
参 考 文 献
1 黄济荣.电力牵引交流传动与控制.机械工业出版社,1998.
4 VVVF终点速度的设定
机车的牵引特性曲线通常被分成恒力矩和恒功区。恒力矩是通过控制变流器的输出u/f实现的;恒
功通常是调频不调压,牵引电机工作在磁场削弱状态;在恒力矩区与恒功区的交点,变流器输出为满电压,即为VVVF的终点。
假定恒转矩区的终点速度为v1,恒功区的终点速