脉流牵引电机调速的研究

甘永双GAN Yong-shuang

（辽宁铁道职业技术学院，锦州 121000）

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

1 机车对牵引电机调速的要求

机车，主要是指产生动力、牵引车辆运行的装置，电力机车一般指通过受流器从接触网获得电能，由电机驱动车轮的机车，是一种非自带能源的机车。其功率强大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及能源利用率高、运营费用低的优点，在铁路牵引中广泛应用。机车的驱动电机，称为牵引电机，是把电能转化为机械能输出动力的的装置，采用的是个别传动，借助于电机轴上的小齿轮驱动轮对轴上的大齿轮来实现机车牵引运行的，由机车的运行特性可知，牵引电机应有足够大的启动牵引力和较强的过载能力，应有良好的调速性能。机车在运用时，条件非常复杂，既有坡路，又有风雨的干扰，都需要具有宽广的速度调节范围，并且不论如何调节速度，牵引电机的功率应都能得到充分的发挥。从以上要求可知，对牵引电机的调速要求非常高。因此，必须采取可靠、有效的调速方法。

2 电机的调速方法

调速，指电动机机械负载不变的条件下，用人为方法调节电动机的转速。脉流牵引电机转速与直流电动机转速的公式相同，为

由调速公式可知，调节电机的转速，可以改变电源电压U、电枢回路串接的电阻Rpa、气隙主磁通Φ，只要改变其中的任何一个，都能达到调节电机转速的目的。

①电枢回路串接电阻调速。将电枢和电阻串联，改变电阻阻值的大小，即可调速。缺点是能耗较大，经济性差，目前很少使用。②改变电源电压调速。电力电子技术的发展，使得电源电压的调节可以方便地实现。现以晶闸管调压调速为例说明。如图1 所示电路框图，相控直流装置为晶闸管和二极管组成的整流桥；触发控制装置主要由单节晶体管、电阻、电容和稳压管组成；ui为输入电源电压，uo为输出可调脉动直流电压，uk为触发控制装置输出的可调触发脉冲信号。调节触发控制装置的电位器，改变触发信号uk，相控整流装置的输出电压uo随之改变，电动机的变转速也发生变化，实现调压调速。③改变主磁通调速。由调速公式可知，改变主磁通Φ，就可以使转速发生变化。一般电机的额定磁通已设计得接近饱和，因此，改变磁通只能在额定磁通下削弱磁通，所以又称为磁场削弱调速。

图1

3 脉流牵引电机的调速研究

脉流牵引电动机和直流电动机的原理基本相同，所以具有直流电动机的缺点，转速相比交流电动机较低。脉流牵引电动机的电源是脉动的，在电力机车中要加入平波电抗器。平波电抗器虽然滤掉了电流中的脉动，但延迟了电机的响应时间。

SS 系列电力机车作为我国自主设计制造的电力机车，牵引电机都为脉流牵引电机，功率大，调速方便，启动转矩大，过载能力强，运用广泛。下面以ZD105、ZD115 和ZD120 三种脉流牵引电机为例进行研究。

3.1 ZD105 脉流牵引电机的调速 ZD105 脉流电机是6 极串励牵引电机，具有较软的特性，即在低速时转矩大，高速时转矩小、功率利用好的特点。应用在SS4型货运电力机车上，主要采用调压调速和磁场削弱调速。首先看看调压的实现。

图2

SS4改型每节车采用两套独立的整流调压电路，分别向相应的转向架供电，如图2 所示为主整流器，由二极管VD1、VD2、VD3、VD4和晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6组成四壁桥和六壁桥。左侧接机车主变压器，右侧接机车牵引电机，当司机操纵司机控制器手轮时，给定速度信号，实质上是调节电位器电位，该信号送到电子柜，电子控制柜发出触发脉冲触发晶闸管导通开放。SS4改型电力机车是三段不等分半控桥，开放的顺序是第一段VT5、VT6先开放，向牵引电机供电，电压由零增加到输出总电压的一半。VT5、VT6达到满开放，并维持满开放，触发VT1、VT2使之导通开放，这时牵引电机电压由二分之一输出总电压可以调节到四分之三总电压。当VT1、VT2满开放时，并维持VT1、VT2、VT5、VT6满开放，触发VT3、VT4导通开放，这时电压可在四分之三总电压和输出总电压之间调节。但VT3、VT4一般情况并不满开放，满开放会超过牵引电机的额定电压的。通过分析研究，调节牵引电机的电压，可以调节牵引电机的转速，机车的速度不断地增加。由于是串励电机，牵引电机电压达到额定值时，电动机的磁场增强到最大磁场，这时在增加电压不可能了，可以采取削弱磁场的方法来调速，在串励绕组两端并联电阻，这个电阻称为磁削电阻，并联两个磁削电阻可以得到三级磁削，增加调速的范围。以上为SS4型机车调压调速和磁场削弱调速，牵引电机的转速不断增加。机车的运行速度可以从零上升到100km/h。

3.2 ZD115 脉流牵引电机的调速 ZD115 型脉流牵引电机运用在SS9型电力机车上，采用架承式悬挂。它是带补偿绕组的6 极串励电机。采用无级磁场削弱，固定磁场分路87%，最深磁场削弱49%；采用全叠片机座提高了换向能力。和ZD105 电机相比较而言，ZD115 具有体积小、重量轻功率大的特点。其调速与ZD105 牵引电机一样，也是调压调速和磁场削弱调速，但磁场削弱调速采用的是晶闸管和串励绕组并联，可以通过控制触发信号控制磁场削弱的程度，实现无级控，机车速度可以从0 到150km/h 平滑调节。

3.3 ZD120 型脉流牵引电机调速 ZD120 型脉流牵引电机运用在SS7型电力机车上，一端吊装在转向架上，另一端通过滚动轴承抱在机车车轴上，它是带补偿绕组的6极他复励牵引电机。采用复励无级磁场削弱，最大磁削系数95.4%，最小磁削系数45.7%；调压调速采用了晶闸管全控桥，他励励磁在启动时需预励磁。虽然调速容易，但增加了控制难度。优点是适宜在坡路和弯路较多的地区适用。

4 调速研究的意义

通过对典型SS 系列机车牵引电机调速的研究，可以看出，脉流牵引电机速度的控制是调节电压和励磁磁场的调节，电压的调节基本上采用晶闸管进行无级调节。励磁磁场调节采用的是磁场削弱，磁场削弱可以采用磁削电阻，可以用晶闸管分流，也可以使用他复励电机，调速性能更加优越。他复励电机调速是改变他励绕组电流，他励绕组的电流也是通过晶闸管来控制的。机车乘务员，清楚掌握牵引电机调速，对机车的操控才能自如，使机车运行平稳，提高行车安全，不出事故，延长机车使用寿命。

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