交流传动电力机车的调速

交流传动电力机车应用广泛，按传动形式分为交-直-交和交-交型电力机车。

一、交-直-交型电力机车调速方法

交-直-交型电力机车采用异步牵引电动机作为牵引动力，根据异步电动机的转速表达式：

可知，异步电动机的调速方法有以下 3种：

1.改变电动机定子极对数

由式 1.15 可知在电源频率不变时，改变定子极对数P可以改变电机的转速。一般将定子绕组分成若干独立分段，改变各分段引出线的连接方式达到改变极对数的目的。变极调速会使异步电动机结构复杂，运行可靠性下降，故交流传动电力机车不采用这种调速方法。

2.改变转差率

改变转差率s 调速，也叫串级调速，是在转子回路串入电阻或附加电动势进行调速，适合绕线型异步电动机。由于目前电力牵引交流传动系统中绝大多数采用鼠笼型异步电动机作为牵引电动机，这种电机的转子绕组是“短路绕组”，因而无法在转子上采取措施。

3.改变电源频率

变频调速，就是连续改变加在异步电动机定子上的供电电源频率f1，从而改变旋转磁场的同步转速，达到平滑调节转子转速的目的。变频调速的首要条件是需要一套调节范围较大的变频电源，在一定频率范围内，能够连续改变输出频率供给牵引电动机，实现无级调速。

电力牵引交流传动系统对交流电源进行直接变频（交-交变频）不能满足机车牵引调速的要求。只能采用间接变频（交-直-交变频）的方法，首先将交流电源整流成直流电源，通过中间环节储能和滤波后，获得平直的直流电压（电流），再将其逆变为三相变压变频（VVVF）的等效正弦交流电，供给牵引电动机使用。目前，异步电动机传动的电力机车采用由四象限脉冲整流器和三相逆变器组成的牵引变流器进行调速，解决了机车功率因数和谐波干扰问题。

异步牵引电动机的变压变频（VVVF）调速特性如图1.13所示。对于不同的负载，变频调速分为恒磁通控制和恒功率控制两种。变频调速时为了使励磁电流和功率因数基本保持不变，希望磁通保持不变，电动机的过载能力也保持不变；当电源电压调到额定值或最大值后，开始进入磁场削弱状态，按照恒功率控制。

（1）恒磁通控制。

根据异步电动机每相定子感应电势 E1的表达式：

图1.13　异步牵引电机的VVVF 调速控制特性

在基频（50Hz）以下，当电源电压一定时，如果降低定子频率f1，则气隙磁通Φm将增大，使磁路过饱和，励磁电流增加，铁心损耗增加，这是不允许的，因此调频时一定要调节电势，保持感应电势与频率的比值不变，以保持气隙磁通不变。由于感应电势难以检测，当电动势较高时，可忽略定子绕组中的漏阻抗压降，用定子电压 U1代替定子电动势 E1。只要使 U1/f1＝常数，即在控制定子电压 U1的同时控制定子频率f1，使异步电动机的气隙磁通Φ∝U1/f1=C ，从而维持气隙磁通基本恒定。

机车起动阶段采用恒磁通控制，能够产生恒定的牵引力，起动过程平稳，可获得较大的起动加速度。

（2）恒功率控制。

在恒磁通控制中，随着频率和转速的上升，定子电压U1也相应提高，异步电动机的输出功率增大，但电压的提高受到电动机功率或逆变器最大电压的限制。通常调节频率大于基频（f1＞f1N）时，即当电压提高到一定数值后维持不变或不再正比于f1上升，此后电动机磁通开始减小，将进入恒功率控制方式。

二、交-交型电力机车调速方法

交-交型电力机车采用三相同步牵引电动机，其调速方法和直流电动机的调速原理相似，只要改变同步电动机的端电压就可以改变输入同步电动机的功率，从而调节同步电动机的转速，获得与直流电动机相似的调速特性。同步电动机也可以采用调节励磁磁通的方法来实现调速。在调节同步电动机端电压或磁通时，必须调节同步电动机端电压的频率，以保证该频率与绕组中产生的感应电势频率相适应。因而，具有同步牵引电动机的交-交型电力机车调速必须采用自动调频的可控硅调压变频器，同时在电机轴上装检测器，根据检测器送出的信号去控制可控硅，以保证电机同步。