DJ_1交流传动电力机车并联电机功率偏差的研究

2017-04-11 11:53:06 大云网　点击量：评论 (0)

核心提示：　　功率不均匀度=葛兴来（1979-）男，山西太原人，硕士生（：2003― 1前言目前交流传动技术已经在机车牵引领域得到了广泛的应用，交流传动电力机车常用驱动控制方式可分为架控和轴控。架控指同一转向

核心提示：　　功率不均匀度=葛兴来（1979-）男，山西太原人，硕士生（：2003― 1前言目前交流传动技术已经在机车牵引领域得到了广泛的应用，交流传动电力机车常用驱动控制方式可分为架控和轴控。架控指同一转向架

　　功率不均匀度=葛兴来（1979-）男，山西太原人，硕士生（：2003― 1前言目前交流传动技术已经在机车牵引领域得到了广泛的应用，交流传动电力机车常用驱动控制方式可分为架控和轴控。架控指同一转向架上的牵引电机由一台逆变器供电；轴控指不同的牵引电机由不同的逆变器供电。轴控可根据各牵引电机的转矩一转速特性，实现独立控制，控制性能最优，但由于所需变流器较多，而变流器价格较高，应用也有所限制，目前较多采用的是架控方式。架控时，一台逆变器向多台并联的异步牵引电动机供电。理想情况下，牵引电机负载分配相同，各电机的功率亦应相同，但实际工程应用中，并联电机功率偏差的情况经常出现，故分析其出现的原因，对我国新型交流传动机车的研制及机车维护都有极其重要的意义。

　　2问题的提出为了具体实现铁路跨越式的发展，铁道部提出了大秦线将率先在2005年实现2亿吨货运的目标，并于2003年7月21日至27日在大秦线进行了万吨列车牵引及制动试验。笔者参与了机车牵引性能测试的工作，试验采用两台DJi交流传动电力机车重联运行，牵引120辆煤车。在测试过程中，发现同转向架并联运行的两台电机功率分配存在不平衡的现象，尤其是重联机车的B节机车1、2电机功率分配存在较大差异。具体情况为牵引时电机1的功率小于电机2的功率；而再生制动时，电机1的功率大于电机2的功率；在平直道或略有下坡度的线路上运行时，机车负载较小，此时，出现了同转向架电机一个处于牵引工况，一个处于再生工况。

　　所示为电机1、2在整个线路运行过程中的总有功功率图，从中可以明显地发现上述问题。分析有功功率图发现在整个过程中，功率变化的总趋势基本相同，牵引时，电机2的功率比电机1大25 %左右；再生制动时，电机2的功率比电机1小25%左右，由此说明电机特性基本相同。

　　DJi重联机车B端1、2电机功率不均匀度图为机车从静止起动运行到速度为75km/h时的-段功率偏差散点图，计算方法为电机1功率一电机2功率电机1功率+电机十功率/的负向转差率偏小应其电磁转稼也偏为同步角速度；f，为转子的功率因数；为转子电流折算值。

　　很小，X此时，X.项和（Rr/S）项相比较可从中亦可看出进入恒功区后，两电机功率偏差在25%左右。综合以上数据处理结果，考虑功率偏差可能是由机车轮径偏差引起。

　　表1所示为试验过程中所测机车轮径数值，测试方法为各车轮行走10圈，求取平均值。

　　表1车轮轮径表车轮轮径/mm本务机车B端重联机车B端3理论分析31从电机特性考虑轮径偏差的影响由于异步牵引电动机的设计是以机车特有的强烈变化的负载状态为基本前提的，故将机车的运行图变换为电机的转矩一转速特性来考虑。

　　交流异步牵引电机转速一转矩特性所示为异步牵引电机转矩一转差率特性曲线，图中，S在（0，1）区间时，电机处于牵引工况；S< 0时，电机处于再生发电工况。取同一转向架上两电机为电机1和电机2其轮径分别为和乃2，电机转速为《1和《2.由所测数据可知Dl　　3.2平均转矩偏差与轮径的关系交流异步牵引电机等值电路由异步电机的等值电路图（）可知，通过空气隙传入转子的电磁功率为为极对数；J（Rr/S）2十⑴2以在交流传动牵引控制系统中，由于转差率S―般以忽略，因而，cosT2叫，转矩公式可以写为同样对于转子电流/2而言，当S很小时，可以忽略（w）2项，于是如果认为UiEi，则转矩与频率的关系可表示为Ui*电动机定子端电压；*异步电机转差频率；fs异步电机定子频率。

　　如果同转向架电机特性一致，只考虑轮径偏差，由于机车车轮线速度一样，可得表2不同转差率对应的平均转矩偏差表转差率平均转矩偏差/%变换形式为定义1=（：+：/2，为平均转矩偏差。

　　由式（8）可以看出，知道两动轮轮径及其中一牵引电机的转差率就可以求出平均转矩偏差。

　　现已知Di=机的效率为95%，电机转差率未知，现分别按转差率带入式（8）进行计算如表2.观察可知，功率不均匀度大约为25 %左右，故猜测DJi交流传动电力机车的牵引异步电机转差率大约在1.2%左右。

　　因为同步角速度相同，功率不平衡等同于转矩不平衡，由表2可知，随着转差率的增加，轮径偏差引起的转矩分配不均可以得到缓解，但过大的转差率使转子铜耗跟着增加，转子温升增大，并降低电机的效率，从减少损耗或提高电动机的热利用率来说，希望减小转差率，因此，电机额定转差率应根据各种情况综合考虑。

　　3结论对于由一台逆变器供电的多台电动机并联运行的电力机车，电机特性或轮径不同，都将使电机负载分配不均，特性或轮径偏差愈大，负载不均匀状态也愈趋严重，有的电机电流很大，而有的电机电流则很小。

　　这不仅容易使个别电动机过热，出现空转，还会使机车的平均输出转矩显著减少。因此，在实际应用中，除了要使同转向架下的电机特性相同外，还要考虑轮径偏差引起的转矩不平衡因素，应选择好电动机的额定转差率。