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1、第二章 电力牵引与电气计算,本章主要内容,牵引特性牵引计算馈线电流牵引网电压,2.1 概述,牵引供电系统是通过电力机车将电能转化成机械能来牵引列车运动的。电车机车的型号：国产SS1、SS3、SS4、SS7、SS8、SS9等进口前苏联6G、日本6K、法国8K交直交机车CRH系列动车组,电力机车由于受运行图及牵引重量、线路状况、司机操作情况等因素的影响，使牵引过程包括了启动、减速、惰性、正常牵引、制动等多种工况。其从牵引网的取流也在较大范围内变化，加上线路上列车的密度及种类的变化，使得馈线负荷的变化具有随机性。,进行牵引负荷及电气量的精确计算是复杂而困难的。,图,2.2 电力机车牵引特性,交直（A
2、C/DC)型电力机车：实现这一转变过程的是机车主电路，以SS1为例。,SS1型电力机车主电路,25kV,机车主变压器,平波电抗器,直流牵引电机，串励机,整流机组,700kW,机车功率4200kW,电力机车的工作过程,牵引变电所输出的高压交流电送到接触网以后，由机车受电弓和接触线接触而引入机车，机车电流经主断路器、高压电流互感器，到机车变压器高压绕组，再经过低压电流互感器、车体、接地电刷、轮轴、车轮到轨道，然后经轨道、大地等流回牵引变电所。,电力机车的工作过程,机车主变压器将高压交流电变为低压交流电，再经过整流器组整流后变为直流，供给牵引电动机，牵引电动机得电旋转，其转轴输出的机械功率通过齿轮传
3、动装置传送给轮对，轮对作用于轨道，轨道以大小相等、方向相反的力作用于轮对，从而形成牵引力，牵引列车运行。,电力机车简况及其牵引特性,交流电力机车因主电动机和种类而异。a.接受交流电后变换为直流利用直流电动机运行b.直接将交流降压后利用交流整流子电动机运行目前多采用的是将交流变换为直流后利用直流串励电动机运行。,1.电力机车特性的要求：电力机车出发时，速度为零，需要很大的力；要求起动加速力大。充分利用牵引电动机容量；列车轻载时，运行速度高；重载时，运行速度低。2.直流串励电动机特性：起动转矩大，过载能力强。当负载转矩增加时，电动机转速会自动下降。即低速时所需转矩大，高速时所需转矩小。,2.3 牵
4、引计算,牵引计算是根据机车类型、牵引重量及必要的线路条件等原始数据，为电气化铁路设计提供必要的结果的过程。牵引计算需要的原始数据主要有：1.机车参数，包括机车类型及其牵引特性，机车重量；2.上、下行单列牵引重量；3.线路情况，如区段总长度，最小曲线半径，上、下行坡道等。,要求提供的主要结果有：1.区间运行时分及带电运行时分；2.区间上、下行能耗；3.列车运行曲线(速度-距离、时间-距离、取流-距离等）牵引计算中获得列车运行曲线是问题的关键！,列车运行曲线,列车电流曲线与列车运行的状况有关。通过司机操作，机车可在启动、正常牵引、惰行、制动等多种状态下运行。惰行：机车断电运行，靠惯性行驶。制动：对
5、列车加制动力，使列车减速或停止前进。,机械制动通过司机操纵，启动车辆制动阀来实现；电能制动（电气制动）将电动机转换为他励发电机，从而将制动中的机械能转化为电能。电阻制动（能耗制动）将制动产生的电能消耗在电阻器上，变成热能散发；再生反馈制动将电能反送到牵引网，供其他处于牵引状态的机车使用或返回电力系统。,a.列车运行速度v与列车走行距离的关系，v=f(l)可由原始资料中获得；b.列车走行时间t与列车走行距离的关系，t=f(l)在v=f(l)曲线基础上得到；c.列车取用电流i与列车走行距离的关系，i=f(l)在带电牵引区段，结合机车网上电流特性i=f(v)曲线得到；d.列车取用电流i与列车走行时间
6、的关系，i=f(t)由t=f(l)、i=f(l)曲线作出。,列车电流曲线和列车能耗,列车能耗：将列车电流曲线积分，乘上牵引网电压。,将时间0，划分为m等份t(分钟)，对应电流i0，i1，i2，im则供电分区总走行时分=mt,列车能耗（使用 曲线）,能耗的计算,其中U 25kV，取牵引网平均值；t 单位为分钟。,牵引电流的平均值I 为,列车在供电分区内走行时间总能耗,列车用电平均功率：,小结,电力机车的牵引特性牵引计算(列车运行曲线、区间上行和下行能耗、区间运行时分及带电运行时分以及牵引平均电流）列车电流曲线(i-t曲线)a.实测 需运行后才能获得。b.牵引计算 图解法得到列车电流及列车能耗,列
7、车取流i与距离l曲线,机车电流与走行时间曲线,列车运行速度v与走行公里l曲线,列车运行时分t与走行公里l曲线,牵引计算,小结,1、牵引负荷的特点：波动性、间断性列车以变化的速度沿区间运行，因而牵引负荷是运动的；负荷的大小是随时间而变化的，线路上列车密集负荷大，反之则小以至为零；列车可以在供电区段上任意布置，即负荷在供电区段上任意分布。,2.4 馈线电流,2、馈线电流的数字特征 牵引负荷的特点，使得供电计算复杂，对馈线电流的计算主要用三个量值来描述：馈线平均电流：馈线电流一昼夜间的平均值用途：估计变压器容量利用率，确定接触网的分相以及供电分区，求算出一次供电系统中牵引负荷所造成的负序大小等。馈线
8、有效电流：馈线电流一昼夜间的均方根值用途：电器设备的温升由电流的有效值决定，用以计算变压器的容量和接触网导线的发热。,馈线电流的最大值：最大瞬时工作电流、最大短时工作电流用途：最大瞬时工作电流用于整定继电保护装置，过电流保护的整定值必须大于工作电流的可能最大值，并小于故障电流的可能最小值；最大短时工作电流用于电气设备的选择如变压器容量的选择等。,列车瞬时电流:指列车电流的即时有效值(h=1,2,n,h为供电臂内运行的列车数)。列车平均电流:指列车在计算区段运行时间内，列车瞬时电流 的平均值；即：列车用电平均电流:指列车在计算区段内运行时，在用电运行时间内，列车瞬时电流的平均值；,列车电流,1.
9、列车平均电流为：2.列车取电平均电流为：,考虑列车正常运行时自用电7A的情况下，列车取电平均电流为：,3.列车取电走行时间内的有效电流：令，为机车取流有效系数一般 通常取即：列车在供电分区带电运行时的有效电流等于其平均电流与有效系数的乘积。,馈线电流是确定主设备容量的主要数据定义：牵引变电所牵引侧母线经由馈电线送到牵引网中的电流，即牵引变电所的负荷电流。牵引变电所馈线电流大小等于供电分区各运行列车的电流之和。计算方法：1.负荷过程法 2.同型列车法 3.概率统计法,馈线电流,列车运行图：,馈线电流的计算(1)原始数据：,(2)馈线日平均电流 IF由已知的原始数据：所以，我们可由上、下行的牵引能
10、耗、上下行的带电运行时间；或由上下行的即时有效电流、总运行时分、带电运行时分计算得到列车上下行带电平均电流。,对全日T=24h=1440min来说，上行有N列，下行有N列，则上、下行平均电流为：所以日平均馈线电流(单、复线不影响此计算方法),当N对列车运行情况相同时(同型号机车，同重，同速)。即P(N对列车作用时)馈线全天带电概率Ig每列车通过全区的全日平均带电电流tg每列车通过全区带电时间(min),(3)馈线电流有效值,假定：1.各区间日带电平均电流相同，即：Ig(k)=Ig 2.各区间日带电时分相同，即：Tg(k)=Tg那么：各区间日带电概率也相同，即：,P为馈线日带电概率，P(k)=P
11、Z为区间日带电概率,馈线电流有效值为,2.5 牵引网电压,2.5.1 牵引网的额定电压,铁道部发布的行业标注：干线电力牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为27.5kV；自耦变压器供电方式为227.5kV；电力机车、电动车组受电弓和接触网的额定电压为25kV，最高电压为29kV；电力机车、电动车组受电弓上最低电压为20kV;电力机车、电动车组在供电系统非正常情况下（检修或事故）运行时，受电弓上的电压不得低于19kV。,2.5.2 电压波动对牵引过程的影响,表2.4 电力牵引标称电压值及接触网允许电压波动限值,U11F1Id1,U21F2Id2,U23F3Id3,小结,馈线电流的数字特征列车电流的计算馈线电流的计算牵引网电压水平的规定,本章小结,电力机车的牵引特性牵引计算(列车运行曲线和能耗）馈线电流的数字特征列车电流馈线电流牵引网电压,
