机车电传动与控制 第五章

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1、机车电传动与控制第五章交-直流传动主电路及保护黄海凤西南交通大学机械工程学院一、内燃机车交－直流传动主电路内燃机车交一直流电力传动系统中,牵引发电机是三相交流同步牵引发电机，它所发出的三相交流电，必须通过硅整流装置整流以后，才能供电给六台直流牵引电动机，所以硅整流装置就成为交一直流电力传动中主电路的一个必不可少的重要设备。西南交通大学2（一）三相桥式整流电路的工作原理内燃机车的整流电路采用的是三相桥式整流电路，整流后的电压脉动较小，在具有相同的交流发电机容量时可获得较大的输出功率。为便于由浅入深讨论问题，首iF先假定是在理

2、想情况下，即：MD1D3D51．在整流电路的直流回路中，负载iAA具有足够大的电感——电流平滑；iB2．整流二极管的管压降忽略不计；FBuFRO3．在整流电路的交流回路中，其电iC感和电阻都忽略不计；CD2D4D64．同步牵引发电机的三相电压是对N图4-3三相桥式整流电路称的，并且是正弦波形。西南交通大学3（一）三相桥式整流电路的工作原理图4-4三相桥式整流电路波形图西南交通大学4（一）三相桥式整流电路的工作原理同步牵引发电机三相绕组中产生的相电压：u=2Usin(ωt+30°)AOF～u=2Usin(ωt+150°)BO

3、F～u=2Usi(in(ωt+20270°)COF～（1）在任何瞬间，由阳极接电压最高一相与阴极接电压最低一相的二个整流管串联导通，在各相电压的交点上自然换相。（2）每一桥臂，在整个周期（ωt=2π）内各导通120°；而发电机的每相绕组各通电二次，每次120°，且导电方向相反。（3）整流后加于负载上的电压为发电机线电压所组成的包络线，在2π时间内具有6个脉动波，二极管上所承受的最大反向电压等于线电压的最大值。（4）在负载电感足够大的情况下，流过负载的电流波形应是平直的；如果负载为纯电阻，则流过负载的电流波形应和整流电压波形

4、相同。西南交通大学5（二）整流电路前、后的电压关系同步牵引发电机所发出的三相交流电压经过三相桥式整流以后（直流侧）的电压，是一个带有脉动的直流电，电压波形实质上是交流侧线电压波形的包络线。例如，A相的相电压波形表达式为：u=2Usin(ωt+30°)AOF～其中U为相电压的有效值，F～线电压u的波形表达式为：ABu=3⋅2Usin(ωt+60°)ABF～图4-5三相桥式整流电路直流侧电压波形西南交通大学6（二）整流电路前、后的电压关系直流侧的电压是以电压波形的平均值来计算的。由于在每π/3周期内，三相桥式整流后的电压波形其

5、变化规律都相同，因此可以任取一个π/3周期来计算该电压波形的平均值。1π/3U=u⋅dωtF∫AB0π/31π/3=3⋅2U⋅sin（ωt+60°）dωt∫F～π/303⋅6π/313=U（sinωt+cosωt）dωtF～∫π0223⋅6⎡1π/33π/3⎤=UF～⎢（−cosωt）+sinωt⎥π⎢⎣2020⎥⎦=2.34UF～UAB=2.34=1.35UAB3西南交通大学7(三)、整流电路前、后的电流关系在假定的理想情况下（即认为直流回路中有足够大的电感），整流以后所获得的直流电流I为平直的。同步牵引发F电机各相绕组

6、所通过的电流是交变矩形波，此矩形波的幅值即为直流侧的电流幅值I，它的周期为2π。F瞬时电流有下列关系：⎧IF0<ωt≤2/3π⎫⎪⎪⎪02/3π<ωt≤π⎪ia=⎨⎬−Iπ〈ωt≤5/3π⎪F⎪⎪⎪⎩05/3π〈ωt≤2π⎭图4-6A相绕组中的电流波形西南交通大学8(三)、整流电路前、后的电流关系交流电流的有效值为瞬时电流的均方根值，其关系为：1T2I=idtA∫aT0将瞬时电流关系式代人上式，导出在三相桥式整流电路中交流侧A相绕组中的电流有效值为：12/3ππ15/322I=Idωt+(−I)dωtA∫∫FF2π02ππ

7、=2/3I=0.816IFF当同步牵引发电机为星形接法时，相电流等于线电流，由于各相绕组中的电流有效值是相等的，即I=I=I=I，所以ABCF～可以用I来替代I，上式为：F～AI＝1221.22IFＦ～西南交通大学9二、主电路的接地保护（一）接地故障及危害在机车上，所谓“地”是指车体、车架以及和它们相连的各种导电物体，又通过轮对与钢轨直接通到大地，因此它们与大地具有同样的“地电位”。在机车上，为了安全起见，所有电机电器以及其它电气设备不带电的机壳、架子等都是接地的。如果主电路的电缆或导线发生绝缘破损，或牵引电动机发生环火、

8、电气触头发生飞弧等都会形成接地。如果发生一点接地时，尚不构成电流的通路，故并不立即导致电气损坏，但却是一个隐患。如果再有另一点也发生接地，则可能会产生很大的接地电流，烧坏牵引发电机或其它电气设备。因此，必须在主电路中只发生一点接地时就立即将它检测出来，并及时地进行保护，才能做到防患于未然。西南交通大学1