DJ_1交流傳動電力機車并聯電機功率偏差的研究

2017-04-11 11:53:06 大云網　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　功率不均勻度=葛興來（1979-）男，山西太原人，碩士生（：2003― 1前言目前交流傳動技術已經在機車牽引領域得到了廣泛的應用，交流傳動電力機車常用驅動控制方式可分為架控和軸控。架控指同一轉向

核心提示：　　功率不均勻度=葛興來（1979-）男，山西太原人，碩士生（：2003― 1前言目前交流傳動技術已經在機車牽引領域得到了廣泛的應用，交流傳動電力機車常用驅動控制方式可分為架控和軸控。架控指同一轉向架

　　功率不均勻度=葛興來（1979-）男，山西太原人，碩士生（：2003― 1前言目前交流傳動技術已經在機車牽引領域得到了廣泛的應用，交流傳動電力機車常用驅動控制方式可分為架控和軸控。架控指同一轉向架上的牽引電機由一臺逆變器供電；軸控指不同的牽引電機由不同的逆變器供電。軸控可根據各牽引電機的轉矩一轉速特性，實現獨立控制，控制性能最優，但由于所需變流器較多，而變流器價格較高，應用也有所限制，目前較多采用的是架控方式。架控時，一臺逆變器向多臺并聯的異步牽引電動機供電。理想情況下，牽引電機負載分配相同，各電機的功率亦應相同，但實際工程應用中，并聯電機功率偏差的情況經常出現，故分析其出現的原因，對我國新型交流傳動機車的研制及機車維護都有極其重要的意義。

　　2問題的提出為了具體實現鐵路跨越式的發展，鐵道部提出了大秦線將率先在2005年實現2億噸貨運的目標，并于2003年7月21日至27日在大秦線進行了萬噸列車牽引及制動試驗。筆者參與了機車牽引性能測試的工作，試驗采用兩臺DJi交流傳動電力機車重聯運行，牽引120輛煤車。在測試過程中，發現同轉向架并聯運行的兩臺電機功率分配存在不平衡的現象，尤其是重聯機車的B節機車1、2電機功率分配存在較大差異。具體情況為牽引時電機1的功率小于電機2的功率；而再生制動時，電機1的功率大于電機2的功率；在平直道或略有下坡度的線路上運行時，機車負載較小，此時，出現了同轉向架電機一個處于牽引工況，一個處于再生工況。

　　所示為電機1、2在整個線路運行過程中的總有功功率圖，從中可以明顯地發現上述問題。分析有功功率圖發現在整個過程中，功率變化的總趨勢基本相同，牽引時，電機2的功率比電機1大25 %左右；再生制動時，電機2的功率比電機1小25%左右，由此說明電機特性基本相同。

　　DJi重聯機車B端1、2電機功率不均勻度圖為機車從靜止起動運行到速度為75km/h時的-段功率偏差散點圖，計算方法為電機1功率一電機2功率電機1功率+電機十功率/的負向轉差率偏小應其電磁轉稼也偏為同步角速度；f，為轉子的功率因數；為轉子電流折算值。

　　很小，X此時，X.項和（Rr/S）項相比較可從中亦可看出進入恒功區后，兩電機功率偏差在25%左右。綜合以上數據處理結果，考慮功率偏差可能是由機車輪徑偏差引起。

　　表1所示為試驗過程中所測機車輪徑數值，測試方法為各車輪行走10圈，求取平均值。

　　表1車輪輪徑表車輪輪徑/mm本務機車B端重聯機車B端3理論分析31從電機特性考慮輪徑偏差的影響由于異步牽引電動機的設計是以機車特有的強烈變化的負載狀態為基本前提的，故將機車的運行圖變換為電機的轉矩一轉速特性來考慮。

　　交流異步牽引電機轉速一轉矩特性所示為異步牽引電機轉矩一轉差率特性曲線，圖中，S在（0，1）區間時，電機處于牽引工況；S< 0時，電機處于再生發電工況。取同一轉向架上兩電機為電機1和電機2其輪徑分別為和乃2，電機轉速為《1和《2.由所測數據可知Dl　　3.2平均轉矩偏差與輪徑的關系交流異步牽引電機等值電路由異步電機的等值電路圖（）可知，通過空氣隙傳入轉子的電磁功率為為極對數；J（Rr/S）2十⑴2以在交流傳動牽引控制系統中，由于轉差率S―般以忽略，因而，cosT2叫，轉矩公式可以寫為同樣對于轉子電流/2而言，當S很小時，可以忽略（w）2項，于是如果認為UiEi，則轉矩與頻率的關系可表示為Ui*電動機定子端電壓；*異步電機轉差頻率；fs異步電機定子頻率。

　　如果同轉向架電機特性一致，只考慮輪徑偏差，由于機車車輪線速度一樣，可得表2不同轉差率對應的平均轉矩偏差表轉差率平均轉矩偏差/%變換形式為定義1=（：+：/2，為平均轉矩偏差。

　　由式（8）可以看出，知道兩動輪輪徑及其中一牽引電機的轉差率就可以求出平均轉矩偏差。

　　現已知Di=機的效率為95%，電機轉差率未知，現分別按轉差率帶入式（8）進行計算如表2.觀察可知，功率不均勻度大約為25 %左右，故猜測DJi交流傳動電力機車的牽引異步電機轉差率大約在1.2%左右。

　　因為同步角速度相同，功率不平衡等同于轉矩不平衡，由表2可知，隨著轉差率的增加，輪徑偏差引起的轉矩分配不均可以得到緩解，但過大的轉差率使轉子銅耗跟著增加，轉子溫升增大，并降低電機的效率，從減少損耗或提高電動機的熱利用率來說，希望減小轉差率，因此，電機額定轉差率應根據各種情況綜合考慮。

　　3結論對于由一臺逆變器供電的多臺電動機并聯運行的電力機車，電機特性或輪徑不同，都將使電機負載分配不均，特性或輪徑偏差愈大，負載不均勻狀態也愈趨嚴重，有的電機電流很大，而有的電機電流則很小。

　　這不僅容易使個別電動機過熱，出現空轉，還會使機車的平均輸出轉矩顯著減少。因此，在實際應用中，除了要使同轉向架下的電機特性相同外，還要考慮輪徑偏差引起的轉矩不平衡因素，應選擇好電動機的額定轉差率。