1.2　动车组牵引特性及控制策略

1.2.1　动车组牵引特性

图1.5和图1.6分别为两种牵引特性曲线，它们代表了两种不同的设计思想。其中图1.5的牵引特性曲线具有一定的普遍意义。当速度低于92km/h时，机车输出准恒力矩；当速度高于92km/h后，进入恒功区。由于在92km/h速度点，变流器输出满电压，因此机车的颠覆力矩设定在最高速度点，实际上属于大牵引电机小变流器方式。具有这种牵引性能的机车或动车组在整个速度范围内其牵引力较大，加速性能较好，不仅适合于客运，同时也适合货运。相比较而言，图1.6的牵引特性曲线就显得有些不一般。该曲线共分成4段：①低速起动时有较大的牵引力；②23～115km/h之间输出力矩随速度的增加而迅速下降；③115～200km/h之间保持较平的力矩特性；④200～300km/h之间输出恒功率。这种牵引特性具有如下一些特点：①启动力矩大，但由于时间较短，牵引电机不容易过热。因此短时的大起动力对牵引电机的设计要求没有提高。②力矩随速度迅速下降，牵引电机的电流也迅速下降。由于具有该特性的牵引动力车是为高速客运设计，因此在中速区不需要太大的牵引力。③电动机的颠覆力矩按最高速度设计，虽然牵引电机的功率较大，但由于恒功区较窄，电动机的用铁量较少，因此有别于一般的大电机小变流器方案，牵引电机质量反而大大减小。该动力牵引车的最大输出轴功率为1100kW，轴重维持在17t左右。④动力牵引车进入恒功区前，需通过改变变流器的输出电压才能达到控制电机输出特性的目的，因此在恒功区前运行时，变流器开关损耗增大，但由于负载电流的下降，导通损耗下降，总的损耗不会增加太大。

通过上面的分析可知，该动力牵引车在高速时既保持一定的牵引力，又能使牵引电机的体积、质量减小。从变流器的输出特性看，通过改变VVVF终点速度的位置，可使系统的匹配更加经济。

动力牵引车的牵引特性曲线通常被分成恒力矩区和恒功区。恒力矩是通过控制变流器的输出u/f实现的；恒功通常是调频不调压，牵引电机工作在磁场削弱状态。在恒力矩区与恒功区的交点，变流器输出为满电压，即为VVVF的终点。

假定恒转矩区的终点速度为v1，恒功区的终点速度为v2，当VVVF终点速度时，牵引电机的质量最小，如图1.7所示。终点速度的设定直接影响电力机车的牵引性能以及变流器、牵引电机和控制装置的设计。一般终点速度取大于v1时，可以减少牵引电机的最大磁通，从而减少铁芯的尺寸和质量，使牵引电机的质量更小；但启动电流相对增大，对变流器所使用器件的性能和冷却要求就越高，变流器的质量会增加，有可能导致主电路系统的质量增加。因此，综合考虑牵引电机和变流器后，VVVF的终点最好设定在v1与v2之间，具体的大小应结合动力牵引车的系统性能、负载要求等因素一起考虑。