【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 觀圖電動(dòng)機(jī)有兩大部分組成：定子和轉(zhuǎn)子定子：定子是電動(dòng)機(jī)靜止不動(dòng)的部分。定子由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座三部分組成轉(zhuǎn)子：電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)部件。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成：轉(zhuǎn)子鐵心：和定子鐵心一樣，既是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，又能安放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組：有籠型和繞線型兩種。 （1）籠型繞組：導(dǎo)體用銅條或鋁條，兩頭用端環(huán)聯(lián)接。結(jié)構(gòu)可靠簡(jiǎn)單，但是轉(zhuǎn)子電阻固定。 （2）繞線型轉(zhuǎn)子：接成星型的三相繞組通過(guò)滑環(huán)與外電路聯(lián)接，便于串入電阻改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。 大功率交傳機(jī)車牽引電機(jī)常用的調(diào)速方式與功率調(diào)節(jié)方式. 大功率交流傳動(dòng)機(jī)車牽引電機(jī)常用的調(diào)速方式與功率調(diào)節(jié)方式已知異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n （11）從上式可見(jiàn)，改變供電頻率f2電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可太到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來(lái)看，不同的調(diào)速方式無(wú)非是改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對(duì)數(shù)的多速電動(dòng)機(jī)，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無(wú)換向電動(dòng)機(jī)調(diào)速等。從調(diào)速時(shí)的能耗觀點(diǎn)來(lái)看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時(shí)轉(zhuǎn)差率不變，因此無(wú)轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級(jí)調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來(lái)說(shuō)轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。1 變頻調(diào)速 在保證電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)磁通不變，該方式通過(guò)調(diào)節(jié)電源頻率實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速；變頻調(diào)速方式又分交——交與交——直——交兩大類型，而后一種類型又分為電壓源型與電流源型。2 串級(jí)調(diào)速 該方式針對(duì)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)而達(dá)到調(diào)速的目的。串級(jí)調(diào)速有電子串級(jí)和電機(jī)串級(jí)兩種方式。電子串級(jí)方式由整流器、電抗濾波器和有源濾波器組成。轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)差功率通過(guò)整流器整流、電抗濾波后，由晶閘管變換裝置裝換為工頻交流電，經(jīng)逆變變壓器饋送給電網(wǎng)，或饋送給電動(dòng)機(jī)定子變成為附加的電磁功率，此方式稱為內(nèi)反饋方式。電機(jī)串級(jí)調(diào)速方式則采用附加的直流電動(dòng)機(jī)將轉(zhuǎn)差功率變?yōu)闄C(jī)械能，饋送給主電動(dòng)機(jī)（機(jī)械串級(jí)），或通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl電饋送給電網(wǎng)，該方式目前又被內(nèi)反饋式取代的趨勢(shì)。串級(jí)調(diào)速可以將差功率收回，整體效率高。但該方式如采用開(kāi)環(huán)的方式，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性較軟，且僅適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。3 雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速 雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速就是對(duì)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的定子饋入恒壓（額定電壓）恒頻（工頻）電源、轉(zhuǎn)子饋入變壓頻電源的特殊型串級(jí)調(diào)速。該方式的容量在國(guó)內(nèi)已達(dá)到2400KW，國(guó)外已達(dá)到幾十兆瓦。該方式既可次同步調(diào)速，有可以超同步調(diào)速；但缺點(diǎn)是僅適應(yīng)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)4 變極調(diào)速 該調(diào)速方式通過(guò)改變定子繞組的接法去改變極對(duì)數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速；若對(duì)高電壓大功率電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，對(duì)所采用的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的要求比較高，一般采用油浸式或真空式開(kāi)關(guān)。5 變阻調(diào)速 該方式通過(guò)在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串入可變電阻，以改變電流，降低輸出轉(zhuǎn)柜，即加大轉(zhuǎn)差的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速。該方式調(diào)速范圍小，一般為50%~100%；為滿足大功率調(diào)速的要求，且所串電阻一般為液體電阻或調(diào)速用頻敏電阻。6 液力偶合器調(diào)速 這是一種中間環(huán)節(jié)的調(diào)速裝置，它以籠型電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，以液體（油）為工質(zhì)，由泵輪和渦輪組成。泵輪由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)工質(zhì)油旋轉(zhuǎn)，油所產(chǎn)生的動(dòng)能和壓油的動(dòng)能和壓力，從而改變泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)差，實(shí)現(xiàn)液力偶合無(wú)極調(diào)速。 液壓偶合器工作原理液力偶合器從結(jié)構(gòu)上可以分為進(jìn)口調(diào)節(jié)式、出口調(diào)節(jié)式和進(jìn)出口調(diào)節(jié)式三種類型，國(guó)內(nèi)系列化產(chǎn)生的液力偶合器功率范圍為50~6300KW，調(diào)速范圍為10%~90%，調(diào)速比為4:1或5:1，適合于3000r/min以下的大功率風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載。缺點(diǎn)是：液力偶合器使用得電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間沒(méi)有直接連接，當(dāng)液力偶合器出現(xiàn)故障時(shí)，沒(méi)法切換為工頻運(yùn)行。油、水泵系統(tǒng)維修率高額定功率的15%。表1 .1 各種調(diào)速方法的比較調(diào)速方法變頻率f改變轉(zhuǎn)差率s變極對(duì)數(shù)雙饋電動(dòng)機(jī)晶閘管串級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)子串級(jí)電阻調(diào)速液力偶合器調(diào)速電動(dòng)機(jī)類型異步電動(dòng)機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)籠型異步電動(dòng)機(jī)多速異步電動(dòng)機(jī)功率范圍/KW數(shù)千國(guó)內(nèi)已達(dá)到2400以上30~20004~數(shù)千30~數(shù)千~100調(diào)速范圍5：1~10:12:1~4:12:1~4:12:15:12:1~4:1轉(zhuǎn)速變化率小低速時(shí)大較小大大較小平滑性能好好好好好有級(jí)轉(zhuǎn)矩特性恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩或恒功率效率（%）90以上95以上80~901s1s70~90功率因數(shù)~~~~~投資費(fèi)用高較高較高低一般低適用場(chǎng)合輥道、高速傳動(dòng)及風(fēng)機(jī)水泵等分機(jī)、水泵等風(fēng)機(jī)、水泵等頻繁起動(dòng)、短時(shí)低速運(yùn)行。風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)床、化工攪拌機(jī)、起重機(jī)械、風(fēng)機(jī)、水泵等33第二章 TGA9型牽引變流器主電路分析 牽引變流器的簡(jiǎn)介電力機(jī)車交流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括各高壓設(shè)備、主變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)及相應(yīng)控制系統(tǒng)。其中，牽引變流器是電力機(jī)車傳動(dòng)級(jí)控制的核心部件，其功能是實(shí)現(xiàn)將工頻電網(wǎng)中交流電通過(guò)變頻變壓控制，變換為適合于交流電力機(jī)車運(yùn)行要求及頻率可變的交流電。是我國(guó)自行研制的交流傳動(dòng)干線貨運(yùn)機(jī)車的牽引變流器。 牽引變流器外觀圖牽引變流器參數(shù)額定輸入電壓：970/50HZ額定輸入電流：3*1390A中間電壓：DC 1800V額定輸出電壓：3AC 1375V額定輸出電流: 3*598A最大輸出電流: 3*814A控制電壓 DC 110V輔助電源：三相440/60HZ外形尺寸：（3100*1060*2000）mm質(zhì)量：2500kg該牽引變流器主電路采用交一直一交結(jié)構(gòu)，由電源側(cè)整流器和電機(jī)側(cè)逆變器兩部分組成，中間直流電路采用大容量支撐電容儲(chǔ)能的電壓型結(jié)構(gòu)，保證了兩側(cè)變流器(整流和逆變)能夠在互不干擾的情況下工作。整流器采用四象限整流器，有利于提高機(jī)車的功率因素，減少諧波電流分量。逆變器采用單軸控制，當(dāng)某一軸出現(xiàn)故障時(shí)，可以將其隔離，只損失部分牽引力，有利于機(jī)車運(yùn)用。中間直流回路連接有二次諧振電路、過(guò)壓保護(hù)電路和接地檢測(cè)電路等。此外，控制系統(tǒng)還采用了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、再生制動(dòng)技術(shù)、TCN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)的控制技術(shù)。1）主電路特點(diǎn)。 牽引變流器輸入端為三重四象限變流器（網(wǎng)側(cè)變流器），直接連接到主變壓器的 3 個(gè)牽引繞組輸出端；牽引變流器輸出端為三相逆變器（電機(jī)側(cè)變流器），直接與牽引電機(jī)連接；中間直流環(huán)節(jié)包括支撐電容器、二次諧振電路、過(guò)壓斬波電路、接地檢測(cè)電路等。開(kāi)關(guān)元件采用3 300 V/1 200 A 等級(jí) IGBT 元件，技術(shù)成熟可靠。2）控制電路特點(diǎn)。 變流器輸入端采用四象限變流器控制方式，具有中間直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定、功率因數(shù)接近于 能量可再生等優(yōu)點(diǎn)； 輸出端采用異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方式， 具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性優(yōu)良、 控制簡(jiǎn)介高效、 牽引力變化平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。 各部件采用模塊化設(shè)計(jì)，具有整體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、檢修維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。4）冷卻系統(tǒng)特點(diǎn)。 牽引變流器冷卻采用水冷卻方式， 具有冷卻效率高、 體積質(zhì)量小、 維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。 牽引變流器的主要參數(shù)。 牽引變流器的結(jié)構(gòu)牽引變流器作為一臺(tái)完整的組裝設(shè)備安裝在機(jī)械間內(nèi),由變流器模塊 、牽引控制單元 （TCU）、線路接觸器和預(yù)充電單元、接地檢測(cè)單元、諧振電容、斬波電阻、冷卻系統(tǒng)及各類監(jiān)視控制傳感器組成，各類部件可以方便地拆卸。斬波電阻布置在變流器側(cè)面，左側(cè)預(yù)留了檢修空間，檢修時(shí)可以從側(cè)面取出。諧振電容布置在變流器背部，檢修時(shí)需要將變流器吊出，但是諧振電容一般故障率較低。 其余部件均布置在變流路正面。 變流器主要電氣和結(jié)構(gòu)參數(shù)項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)四象限變流器額定輸入電壓/V額定輸入電流/A最大輸入電流/A元件開(kāi)關(guān)頻率/Hz控制方式AC 97013901544450中間直流環(huán)節(jié)中間直流電壓/V支持電容/mF二次協(xié)振電感/mH二次協(xié)振頻率/HzDC 1800100逆變器輸出電壓/V額定輸出電流/A最大輸出電流/A極薄頻率范圍/Hz控制方式三相AC 0～1 4045988140～117直接轉(zhuǎn)矩控制冷卻參數(shù)冷卻方式水和添加劑體積比散熱功率/kW強(qiáng)迫水循環(huán)冷卻44%/56%80結(jié)構(gòu)參數(shù)外觀尺寸mm*mm*mm質(zhì)量/kg31001060200（長(zhǎng)寬高）約2500 多重四象限整流電路工作原理,變流器將電機(jī)發(fā)出的電能反饋給電網(wǎng), R1 ,再生制動(dòng)工況時(shí)牽引電機(jī)發(fā)出的三相電壓經(jīng)整流,逆變后通過(guò)牽引變壓器,受電弓反饋回電網(wǎng),電抗器L1 和C3~C8 整流器輸出的二次諧波電流RCH1 為過(guò)壓斬波電阻,用于直流回路的過(guò)電壓抑制R4 為固定放電電阻袁用于將支撐電容上的電壓放至安全電壓以下；R8 R9 為直流分壓電阻、中點(diǎn)接地,用于變流器主電路接地檢。 變流器電路原理圖、四象限整流器在牽引變流器中，四象限整流器設(shè)計(jì)成變流器模塊的形式。變流器模塊(以下簡(jiǎn)稱模塊)集成了IGBT元件、水冷散熱器、溫度傳感器、門控單元、門控電源、脈沖分配單元、支撐電容器、低感母排等部件。模塊上IGBT元件之間及與支撐電容的連接使用低感母排(Busba:)，減少了線路上的雜散電感，省去了吸收電路，使電路更為簡(jiǎn)潔可靠。脈沖分配單元與門控單元間的信號(hào)傳輸通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)，解決了高壓隔離問(wèn)題，提高了模塊的抗干擾性能。 變流器模塊的外觀圖四象限整流器在牽引工況下進(jìn)行交直變換，將來(lái)自牽引變壓器的單相交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，為中間電路提供電能：在再生制動(dòng)工況時(shí)，通過(guò)中間直流電路進(jìn)行直交變換，將電能回饋電網(wǎng)。四象限整流器(4QS)這一術(shù)語(yǔ)表示的是在牽引工況以及制動(dòng)工況下，電壓和電流間的相位角完全可調(diào)節(jié)的。通過(guò)對(duì)電壓和電流間的相位角控制，能夠在全部四象限內(nèi)工作，從而實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng) 四象整流電路圖原理采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的四象限整流器，由高運(yùn)算粗粒能力的DSP產(chǎn)生PWM脈沖進(jìn)行控制。當(dāng)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，整流控制單元控制整流側(cè)IGBT的開(kāi)關(guān)和通斷。IGBT的開(kāi)通與斷開(kāi)與輸入電抗器共同作用產(chǎn)生了與輸入電壓相位一致的正彈性弦電流波形，這樣就消除了二極管整流產(chǎn)生的諧波。使功率因數(shù)高達(dá)99%，消除了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。此時(shí)能量從電網(wǎng)經(jīng)由整流回路和逆流回路向電機(jī)，變流器工作在第一，第三象限。 輸入電壓和輸出電流的波形當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)的時(shí)候，電機(jī)產(chǎn)生的能量通過(guò)逆變側(cè)的熱、二極管回饋到直流母線，當(dāng)直流母線電壓超過(guò)一定的值，整流側(cè)能量回饋控制部分啟動(dòng)，將直流逆變成交流，此時(shí)能量由電機(jī)通過(guò)逆變側(cè)、整流側(cè)流向電網(wǎng)。變流器工作在二。四象限。輸入電抗器的主要功能是電流濾波。 回饋電流和電網(wǎng)電壓的波形簡(jiǎn)單的電壓型四象限脈沖整流器的基本原理，儲(chǔ)能器與直流側(cè)負(fù)載并聯(lián)。 PWM 整流器的理想模型來(lái)說(shuō)明 PWM 變流電路的基本功能： PWM整流器，AC/DC 變流器為 PWM 整流電路的主電路，輸入部分由電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)u 和交流側(cè)電感 L 組成，輸出部分則是由負(fù)載電阻和負(fù)載電動(dòng)勢(shì)功組成(電動(dòng)勢(shì)是由負(fù)載電感產(chǎn)生)。做理想化假設(shè)，AC/DC 無(wú)損耗，則變換前后率不變，即： （21）式中： ——輸入交流側(cè)電壓和電流；——輸出直流電壓和電流。在理想情況下，輸入（交流）功率和輸出（直流）功率達(dá)到平衡，因此可以通過(guò)對(duì)輸入側(cè)的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出側(cè)的控制，由圖可以看出，輸入輸出各參量存在如下關(guān)系： (22)假設(shè)交流側(cè)輸入電流的幅值保持不變，則電感上的電壓的幅wL也保持不變。電網(wǎng)電壓、輸入電壓和電感上電壓三者構(gòu)成三角形關(guān)系，所以通過(guò)控制輸入電壓即可以實(shí)現(xiàn) PWM 整流電路的四象限運(yùn)行。216。 儲(chǔ)能器所接受的電流是正弦形的，其頻率為供電頻率的2倍，幅值恰好等于直流側(cè)負(fù)載電流。216。 另一方面，在該儲(chǔ)能器上的電壓是一個(gè)純直流電壓。216。 所以，對(duì)于這個(gè)作為儲(chǔ)能器的電抗兩端網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，加在其上的直流電壓不引起電流，而流過(guò)雙倍網(wǎng)頻的交流電流也不會(huì)在其端子上引起電壓。 一般情況下電流中有一定大小的諧波。為使?fàn)?