机车传动的发展方向——交流传动

2006-12-30 11:01:58  中国铁路网  675位铁路人已阅读  字号:[大][中][小]  参与评论(已有8条)
  人们很早地认识到交流传动的优越性。其本质的特点是牵引电动机采用了交流异步电动机,其一系列的优点都是由此而表现出来的。交流传动机车所以成为现代机车发展的方向,正是由异步电动机的特点和优点所决定的。和传统的串激直流电动机驱动系统相比,交流异步电动机驱动系统的优越之处表现在机械、绝缘、耐热、耐潮、粘着、维修、效率、重量尺寸等诸多方面。
  构造简单。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。串激直流电动机则不然,结构复杂。定子、转子都有绝缘要求很高的绕组,有换向器装置和电刷机构,磨擦部分多,接线复杂,机械转速受换向条件和机械强度的限制,只能达到2500r/min左右。而交流异步电动机转速可达4000r/min以上,试验转速甚至可达6000r/min,这是直流电机所忘尘莫急的。
  粘着性能好。异步电动机有很硬的机械特性,所以当某电机发生空转时,随着转速的升高,转矩很快降低,具有很强的恢复粘着的能力。空转发生时,转速上升值不大,即使是同步转速,与原工作点的转速差不会超出5%以上。串激电动机则不然,转矩变化一点,转速就有很大的变化。异步电动机的工作点可以很方便地进行平滑调节,以实现最大可能的粘着利用,不会出现粘着中断情况。根据检测有关粘着控制的信号,准确、迅速地改变逆变器输出的电压和频率,寻求最佳工作点,使驱动系统既不能发生空转,又能充分发挥最大的牵引力。)可实现各轴单独控制。当某台电机发生空转时,可调节该台电机,这样能充分利用机车的粘着性能。在交—直传动系统中,某轴空转时,需要使所有各轴电机卸载,这样就大大降低了机车的牵引能力。由于上述特性和良好的控制功能,交—直流传动系统的粘着系数可以利用得很高。1992年美国铁路协会(AAR)在向四家机车制造厂提出的26台交流传动机车投标建议书中提出的粘着指标是:起动粘着系数45%,全天候牵引粘着系数是32%(GE公司在交—直传动机车上,采用“SENTRY”粘着控制装置后,全天候粘着系数是0.25~0.30)。如此之高的粘着利用,正是针对交流机传动机车所具有的良好的粘着控制而提出的,这对于交—直传动系统是不可想象的。德国四轴120型机车,可满足以往六轴机车的全部要求。
  功率大,牵引力大。这个概念是指在其它条件大致相同的前提下,在机车结构所提供的空间条件下,可以装更大功率的异步电动机。如加拿大改造的CP4744号机车,在给定的设计空间条件下,直流电动机的功率大约被限制在600~700kW/轴。装用BBC6FRA40B异步牵引电动机,其功率可达1492kW/轴以上。正因如此,才可使机车的牵引功率大大提高。牵引功率大导致牵引力大,而又由于粘着性能好,大的牵引力能充分发挥其牵引能力。我们可以比较一下ND5型交直流传动机车和SD60MAC交流传动机车的牵引力情况:ND5机车的柴油机的标定功率为2940kW,起动牵引力为533.6kN,持续速度为22.2km/h时的持续牵引力为359.8kN;SD60MAC机车的柴油机的标定功率为2835kW,起动牵引力为781kN,持续速度为20.5km/h时的持续牵引力为521kN。后者与前者相比,不论起动牵引力和持续牵引力都高出45%。目前,从国外统计资料来看,不同类型电机其单位重量功率可达到的比值为:直流电动机为0.33kW/kg,同步电动机为0.5kW/kg,异步电动机为0.68kW/kg。随着科技的发展,异步电动机的单位重量功率将越来越高。如日本新干线300系列原型试验车,所采用的交流异步牵引电动机其功率达到300kW,而其重量不足400kg,单位重量功率可达0.75kW/kg。这一经济技术指标,对世界各国正在大力发展的重载和高速机车尤为有利。
  可靠性高,维修简便。交流异步电动机无换向器、无电刷装置;除轴承外无磨擦部件,密封性好,防潮、防尘、防雪性能好;全部电气部件均是绝缘的,且所用绝缘材料均为H级或F级,绝缘性能好,耐热性能好。因此故障率低,可靠性高。控制装置是模块结构,故障率也很低,驱动系统的全部运行过程和控制过程均由无触点电子元件完成,所以不存在传统系统中经常发生的触点磨损、粘连、接触不良、机械卡滞等问题。CP4744型机车的运用实践表明:只发生过极少的故障,而这些故障无一件与逆变器或牵引电动机一类的主要硬件有关。MaK公司制造的交流牵引电动机连续工作7年没有发生过一件烧损事故。据美国伯灵顿北方铁路介绍,该公司直流电动机的大修期一般在4万公里至48万公里之间,而交流牵引电动机的大修期可高达120~160万公里。另外交流传动机车有完备的微机监视系统和故障诊断系统,可随时监视系统的技术状态,进行故障诊断。综上所述,可知交流传动系统的可靠性是很高的,维修量很小,且检修简便,维修费用大大降低。加拿大CP4744型交流传动机车的应用实践表明:不仅延长了计划修间隔,而且减少了计划外修理次数,每台机车每年可减少计划外修6次。
  效率高,利用率高、使用灵活性强。交流传动系统的总效率约为0.90,而交直流传动系统的总效率约为0.86。E120交流传动机车在长期应用对比中发现,客运作业时可节能3~6%,货运作业时可节能8~10%。由可靠性、耐久性和易于维修的结合,使交流传动机车的利用率显著提高。与直流传动机车相比,BBC交流传动机车的利用率提高了10%。对铁路运营管理来说,在计算所需数量时,机车利用率起着重要作用,对所需投资有决定性的影响。交流传动机车有很强的使用灵活性,它既可满足货运的大的起动牵引力的要求,又可满足客运高速度的要求。
  动力性能好、制动性能好。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,有较高的曲线通过能力,对轨面的冲击力小。可在广阔的速度范围内实行电制动,甚至可以制动到零,制动功率大。一部分电制动的能量可用于其它辅助设备。


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铁路编辑:老铁路
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