呼和浩特职业学院教案首页 课题 电力机车工作原理 授课时间 授课对象 授课学时 会分析电力机车的工作原理， 2、掌握交直型、交直交型电力机车的特点， 3、熟记电力机车的基本特性。 教学目的 直流电力机车的特点和基本特性 教学重点 直流电力机车的基本特性 教学难点 启发式，引导文，多媒体演示，视频演示 教学方法 一、基本工作原理 直流电力机车的特点 三，直流电力机车的基本特性 教学步骤 四、交直型整流器电力机车工作原理 及 五、交直交型电力机车工作原理 内容提要 本项目讨论了直流电力机车，交直型和交直交型电力机车的特点和基本特性 备注
第一章电力机车工作原理 电力机车按供电电流制一一传动型式分为四类，即直流供电一一直流牵引电动 机的直直型电力机车：交流供电一一直（脉）流牵引电动机的交直型电力机车：交流 供电一一变流器环节一一三相交流异步电动机的交直交型电力机车和交流供电一 变频环节一 三相交流同步电动机的交交型电力机车。本章着重分析前三种电力机车 的工作原理及工作特点，并推导电力机车的基本特性，通过学习所要达到的目标： 1、会分析电力机车的工作原理， 2、掌握交直型、交直交型电力机车的特点； 3、熟记电力机车的基本特性。 第一节直直型电力机车工作原理 一、基本工作原理 直流电力机车是现代电力机车中最为简单的一种。它使用的是直流电源和直流 串励牵引电动机，其工作原理如图1一1所示。目前有些工矿电力机车、地铁电动车 组和城市无轨电车仍采用这种型式。 图1-1所示为一般工矿用四轴电力机车的电传动装置示意图。工作过程为：机 车由受电弓从接触网取得直流电，经断路器QD,启动电阻R向四台直流幸引电动机 M1~M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所.当四台牵引电动机接通电源后即行旋转， 把电能转变为机械能，再分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮牵引列车运行。 四m 二、直流电力机车的特点 通过分析直流电力机车的工作原理，可以得出直流电力机车具有以下特点： 1、机车结构简单，造价低，经济性好： 2、采用适合于牵引的直流串励电动机，牵引性能好，调速方便： 3、控制简单，运行可靠：
4、供电效率低。由于受牵引电动机端电压的限制，接触网电压一般为1500伏~ 3000伏。传输一定功率时电流较大，接触网导线损耗量较大，因此供电效率低。 5、基建投资大。为了减少接触网上的压降，电气化区段的牵引变电所数量较 多，造成基建投资大。 6、效率低，有级调速。由于机车使用调压电阻进行启动、调速，因此调节过 程中有能量损耗使效率很低，同时也难以实现连续、平滑地调节。随着电力电子技术 的发展，应用斩波器技术进行调速，可以对牵引电动机端电压进行连续、平滑地调节， 从而实现无级调速。 综上所述，直流电力机车由于受牵引电动机端电压的限制，网压不可能太高 从而限制了机车功率的进一步提高。随着现代铁路运输事业的发展，直流电力机车 显然己不适应干线大功率的要求。一般应用于工矿及城市交通运输。 三、直流电力机车的基本特性 直流电力机车的基本特性包括机车的速度特性、牵引力特性、牵引特性。 在《电力机车电机》课程中，我们已经了解了直流串励电动机的转速特性、转 矩特性和效率特性。在研究电力机车的运行行为时，需将电机的转速换算为机车动 轮轮周的线速度V,电机的转矩M换算为机车动轮轮周的牵引力F:,从而得到机车 的速度特性、牵引力特性和牵引特性。 1.速度特性 机车运行速度与牵引电动机电枢电流的关系，称为机车速度特性，即V=1a)。 机车速度特性计算公式的推导过程如下： 机车动轮轮周线速度V与电机转速n有下面关系： V= πD (1-1) 604 n (m/s) 电机转速公式： n=U。-L∑R (r/min) (1-2) C. 由式(1-1)、(1-2)得出机车速度特性计算式： V=60D.-ΣR_U。-1R (km/h) (1-3) 10004。 C. C.o 式中：Cy一一机车速度常数，Cv=C。1000r60rD: D一一机车动轮直径(m): 4。—一机车齿轮传动比： _牵引电动机端电压(V):
Ia一一牵引电动机电枢电流(A): ΣR一一牵引电动机回路总电阻(2) Φ一一牵引电动机每极磁通(Wb): Ce- 牵引电动机结构常数，其值为Ce=PN/6Oa 2.牵引力特性 机车牵引力等于各动轮轮周牵引力的总和，机车牵引力与牵引电动机电枢电流 的关系，称为机车的牵引力特性，即Fx=f(Ia)。机车牵引力特性计算公式推导如下： 电时的功卡：p品刀， (1-4) 机车的轮周功率：P,=F,V(KN) (1-5) 根据功能原理：P,=mP门。 (1-6】 故由(1-4)、(1-5)、(1-6)得出机车牵引力特性计算公式为： F.-ron (KN) (1-7) 或根据电动机功率方程式：乙UnI门，=E,I,=M2,将(1-7)表示成： 2mncle M F.=1000D (KN) (1-8) 式中： V一一机车速度： M一一牵引电动机轴输出转矩： 一牵引电动机效率： n。一一传动装置效率： 2一一牵引电动机轴速度(rad/s) m一一机车配用电动机数目，对于个别传动机车为机车动轴数： F—机车轮周牵引力KN. 公式(1-8)的物理含义很明显，就是机车的牵引力与牵引电动机轴输出转矩有 关。实际上由于牵引电动机特性的差异，运用中环境条件的差异，机车每个动轮所能 发挥的牵引力是不同的，因此试验测得的数据往往低于按一台电动机平均计算公式计 算的结果。 从上面的分析我们知首，机车的速度特性和牵力特性均是从牵引电动机的特 性归算至轮周的特性，所以机车的速度特性曲线和牵引力特性曲线与牵引电动机的转 4
速特性曲线、转矩特性曲线具有相同的趋势。在对机车作定性分析时，只要改变牵引 电动机特性曲线上的坐标和比例，就可以得到机车的速度特性曲线和牵引力特性曲 线。 3.牵引特性 机车牵引力与机车速度的关系，称为机车的牵引特性。即Fx=V)。机车牵引特 性的计算公式仍为： F,=1000V .(KN) 机车牵引特性曲线一般由机车型式试验测出。或在已知机车速度特性曲线和牵 引力特性曲线后，给定一电机电枢电流Ia值，求出机车牵引特性的一组Fk-V值，根 据不同负载下的数组FKV值，绘出机车牵引特性曲线。 第二节交直型整流器电力机车工作原理 整流器电力机车系交直型电力机车，其能量传递是将接触网供给的单相工颜交 流电，经机车内部的牵引变压器降压，再经整流装置将交流转换为直流，然后向直流 (脉流)牵引电动机供电，从而产生牵引力牵引列车运行。因为牵引电动机取得的电能是 经降压、整流获得的，故牵引电动机的端电压受牵引变压器、整流线路的影响，其机 车特性区别于直流电力机车。本节以不可控整流线路为例，分别介绍具有中点抽头式 全波整流电路和桥式全波整流电路电力机车的工作原理和特点，并推导出具有普遍意 义的机车基本特性。 5