内燃机车电力传动5——第五章交-直-交流传动恒功率

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1、内燃机车电力传动技术讲座（五）第一节概述长期以来，机车电传动大多采用直流牵引电动机系统。这是因为直流电动机的磁场电流和电枢电流可以分别控制，其起动、调速性能和转矩控制特性比较理想，并容易获得良好的动态响应。然而，直流电动机的结构复杂，存在电刷接触式的换向器，它不仅工艺复杂，体积及重量大，耗铜，价格昂贵，而且在运行中，很容易产生换向火花甚至发生环火现象，故障率高，不便于维护。由于换向及环火这一类问题的存在，则要求电动机换向片之间的电压不能过高，因而使得直流电动机的设计容量和高速时的利用功率受到限制，单电机的设计容量也很难超过1000kw，远远不能适应机车向高速、大功率方向发展的要求。

2、2021/9/72交流传动发展的初期三相交流电动机，特别是鼠笼式异步电动机，由于其转子上既没有换向器，也没有带绝缘的绕组，根本不存在换向火花及环火等问题，因此，它的结构简单、体积小、重量轻、运行可靠，能以更高的转速运转。由于交流电动机克服了直流电动机固有的缺点，很早就引起了人们的极大注意，试图将它用作铁路机车的牵引电动机。只是限于当时的变频供电技术条件而无法实施。上世纪50年代中期，法国国铁曾在一台样车上装置旋转变频机组进行连续变频调速，但由于系统结构复杂、机组笨重庞大及效率低、成本高等原因而未能得到推广。60年代，随着电力电子技术的崛起与进步和变频调速装置的研制成功，重新唤起了人

3、们对交流调速传动的重视。进入70年代，因采用异步交流传动系统的DE-2500型内燃机车在原联邦德国研制成功，交流传动在牵引领域重新焕发出了前所未有的活力。2021/9/7380年代交流传动的发展进入80年代，随着电力电子器件和微电子技术的发展，以及现代控制理论和控制技术的应用，交流传动技术取得了突破性的进展并已日趋成熟，在各种机车、动车上获得了推广运用。在这一时期，欧洲的交流传动发展势头较猛，出现了诸如DE500系列、Di4型、ME1500型、DE6400型等典型的欧洲系列交流传动内燃机车。同时期，美国的内燃机车制造厂家们对交流传动内燃机车的投入采取了比较审慎的态度，仅在老机车改造

4、方面作了一些尝试，如GM公司的FLG型双动力源客运机车改造，装用ABB公司提供的交流传动装置及MICAS—S微机控制系统，第一批改造的该型机车10台于1990年投入运用。此外GM公司还与德国西门子公司合作对F69PH型客运机车进行改造，装用西门子提供的交流传动装置及SIBAS—16微机控制系统。2021/9/7490年代交流传动的发展进入90年代，交流传动技术成为机车技术热点、被认为是现代机车的标志而日益风靡世界。美国交流机车市场异军突起。1992年GM公司率先推出SD60MAC型交流传动内燃机车，之后又相继推出SD70MAC、SD80MAC以及SD90MAC型交流传动内燃机车。而

5、80年代一直默默无声的GE公司也不甘示弱，相继推出AC4000、AC6000型交流传动内燃机车。而且两大公司均拥有大批订货，几年来总计达千余台（据不完全统计截至1997年的定货已近1400台）。除德国、美国外，法国、意大利、西班牙、芬兰、日本等国也可以生产交流传动内燃机车，并有许多国家开始批量订购交流传动内燃机车。2021/9/75我国交流传动的发展早在70年代，国内有关科研院所、许多大专院校就开展了交流传动技术的研究工作，但由于种种原因，始终处于实验室研究阶段。进入90年代，由于我国经济、技术发展的需要，且有国外交流传动技术的成熟运用以及在研制、运用方面大量可供借鉴的经验，我国的

6、交流传动技术的研究进入了一个新时期。作为国家“八五”重点攻关项目的我国第一台AC4000型大功率交流传动电力机车（原型机），于1996年6月19日在株洲电力机车厂诞生，这标志着我国机车交流传动技术零的突破。经过机车试运行，并在西南交通大学国家牵引动力重点实验室的机车车辆滚动试验台上进行了全面的技术试验，为改进和完善交流传动机车获取了宝贵的第一手技术资料。在此基础上，又相继研制出性能更加优良的交流传动电力机车样机。“九五”期间，我国正式进入交流传动内燃机车的研制阶段。1997年，四方机车车辆厂承担了我国第一台交流传动内燃调车机车的研制任务，于1999年9月完成试制。随后各机车工厂也相

7、继开发出交流传动内燃机车样车。我国已进入发展交流传动机车的实质性阶段。2021/9/76异步交流牵引电动机的特点1、构造简单，动力学性能好异步电动机是所有电机中结构最简单的电动机，除轴承外，没有其他机械接触部分，电机转速可达到4000r/min以上，试验转速甚至可达6000r/min。这是直流电机所望尘莫及的，直流电机转速因受换向条件和机械强度的限制，只能达到2500r/min左右。由于异步电动机结构紧凑、重量轻，同时采用特殊的悬挂装置，簧下重量小，对轨面的冲击力小，