电力机车工作原理

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1、电力机车按供电电流制——传动型式分为四类，即直流供电——直流牵引电动机的直直型电力机车；交流供电——直（脉）流牵引电动机的交直型电力机车；交流供电——变流器环节——三相交流异步电动机的交直交型电力机车和交流供电——变频环节——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

2、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１－１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直流电力机车工作原理二、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～30

3、00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

4、已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ｎ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Fk，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=f(Ia)。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

5、V与电机转速n有下面关系：(m/s)（1-1）电机转速公式：(r/min)（1-2）由式（1-1）、（1-2）得出机车速度特性计算式：V=(km/h)（1-3）式中：C——机车速度常数，CV=Ce1000µc/60πD；D——机车动轮直径(m)；µc——机车齿轮传动比；UD——牵引电动机端电压(V)；Ia——牵引电动机电枢电流(A)；ΣR——牵引电动机回路总电阻(Ω)；Φ——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／60a。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

6、电流的关系，称为机车的牵引力特性，即FK=f（Ia）。机车牵引力特性计算公式推导如下：牵引电动机的功率：（KW）（1-4）机车的轮周功率：（KN）（1-5）根据功能原理：（1-6）故由（1-4）、（1-5）、（1-6）得出机车牵引力特性计算公式为：（KN）（1-7）或根据电动机功率方程式：，将（1-7）表示成：（KN）（1-8）式中：V——机车速度；M——牵引电动机轴输出转矩；ηd——牵引电动机效率；ηc——传动装置效率；——牵引电动机轴速度（rad/s）;m——机车配用电动机数目，对于个别传动机车为机车动轴数；Fk——机车轮周牵引

7、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道，机车的速度特性和牵引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.

8、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FK=f(V)。机车牵引特性的计算公式仍为：（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