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电力机车的驱动电机是交流电机还是直流电机?

2022-10-09分类:电力资讯 / 企业动态来源:百度资讯
【CPEM全国电力设备管理网】

(请勿转载)
直接回答就是,有直流,有交流,而且交流正在取代直流。 但其中的具体实现也有 之分,这种问题可以写一个简单的科普文。


————————————————引子———————————————
,作为列车的牵引动力来源,它的能量的来源又是由接触网得到的。中国的铁路牵引供电系统的制式是单项交流工频(50Hz)25kV的,这个制式由我国铁路专家,我校校友 先生制定。铁路电气化的好处首先在于电气牵引的燃料利用效率高。蒸汽机车牵引的效率只有3%—5%,而电气牵引可到16%—18%。因此,改用电气牵引可节省三分之二到四分之三的燃料。


————————————————正文—————————————
在开始采用电机投入参与生产时, 直流电机由于调速简便、 可控制性好等优点,受到广泛使用。直流电机这些优点是因为:
(1)主磁通由 的励磁绕组产生,如果电枢反应被补偿绕组削弱,该主
磁场是稳定非交变的磁场;
(2)电枢磁场与主磁场是非耦合的关系;
(3) 和电枢电流独立控制,互不影响;
(4)受控制理论、器件的发展的限制,直流电机更便于控制。
正因为如此,直流电机在控制技术较为落后的时期受到了广泛使用。
其实早在电气化铁路出现之前的时代,直流电机已经应用到列车牵引之中了。我国以东风DF系列内燃机车(解放后出现)和和谐内HXN为代表,DF系列采用 ,HXN系列采用交流传动。直流传动电能具体的传递过程为柴油直流发电机——直流牵引电机。(本文问的是电力机车,因此对内燃机车仅做介绍)
内燃机车因为含有原动机(发电机),所以输出功率收到原动机的限制。电力机车由于车上没有 ,因此它比同样重量的其他型式的机车马力要大。同时,它的功率不像其他机车那样受原动机功率的限制,由接触网取用超额的电力。电力机车逐渐投入了使用。

在电力机车开始投入使用的时候,电机技术仍旧落后,因此还是采用的直流电机,而接触网供电制式又是交流的。为什么不直接换成直流供电制式,是出于多方面考虑的,工频单相交流制要比较经济,其他方面的优点也较多。这样,接触网的交流电必须经过整流才能供给 使用。

我国的直流传动电力机车以韶山SS系列为代表,接触网上的电能由接触网经受电弓到牵引变压器,牵引变压器变压后到牵引整流器,最后直接接到直流牵引电机。示意图如下:


但是直流电机的如下缺点,限制了它在某些场合的应用:
(1)由于电刷、集电环等器件的存在、电枢绕组的复杂性,直流电机不便于维护。
(2)在同一功率级别上,直流电机的体积、重量更大,造价更高,这就造成直流电机在一些特殊的牵引状况下(如动车组运行)工作的可行性低。
(3)电机的容量和速度与换向器的性能有关,如果换向器的换向能力不强,则电机的容量和速度都会减小。 直流电机的极限容量和速度两者的乘积约为10^6kW·r/min。在很多应用场景下,制造能满足要求的直流电机非常困难。
(4)直流电机除励磁外,全部输入功率都通过换向器流入电枢,电机效率低,转子散热条件差。
而交流电机则不存在这些缺陷,在维护、造价、功率、耐用性上,交流电机的优势明显。


在克服了控制、器件上的困难之后,交流电机逐渐应用到 中。我国以和谐电HXD和和谐号动车组CRH为代表,这类机车的传动方式采用 传动。交-直-交传动电力机车的能量的传递,首先从牵引网开始,经过受电弓到牵引变压器,经变压之后通入 ,整流为直流之后,再通入 进行逆变,最后通入牵引电机中。如下图。

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