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动车组牵引传动系统设计
摘要
本文简述了我国动车组牵引传动系统的特点及发展现状，阐述了动车传动系统的设计思路，并讲解了动车组牵引传动系统分析仿真模型理论知识。论述了动车组牵引传动系统设计中包括传动系统功率的分析，牵引功率、黏着牵引力、启动加速度、平均加速度、列车运行最高速度等进行列
车牵引特性的设计。
通过动车组牵引传动系统的设计过程分析得到了设计过程中的规律讨论了在设计过程中遇到的问题，总结了设计时应注意的问题。
关键词：牵引传动系统、分析仿真模型，牵引功率，黏着牵引力，启动加速度
第一章CRH3型动车组的牵引传动系统的简介1.1 CRH3型动车组的牵引传动系统的简介
CRH3型动车组为8辆编组的动力分散交流传动电动车组，4动4拖，其中相邻的两辆动车为一个基本动力单元，每个动力单元具有独立的牵引传动系统，如图l所示，主要由1台主变压器、2台牵引变流器和8台牵引电机等组成。牵引变压器原边额定电压为单相交流25 kV／50 Hz，副边为l 550 V／50 Hz。牵引变流器输入侧为四象限脉冲整流器(4QC)，2个4QC并联为一个共同的DC连接供电，中间电容区部分存储能量，输出平滑的直流电压。输出端为一个PWM逆变器，将DC连接电压转换成牵引系统所要求的变压变频i相电源驱动4个并联的异步牵引电机。本研究采用DTC系统来控制逆变和电机驱动部分，并对整个牵引传动系统进行建模研究。
1.2 CRH3型动车组的牵引传动系统的特点
CRH3型动车组在不同的速度时刻根据牵引／制动曲线输出所需的牵引力，使动车组顺利完成牵引或制动过程。
牵引工况时，牵引力和速度的数学关系为：
再生制动时，制动力和速度的数学关系为：
1.3.我国机车电传动技术的发展与现状
1 交-直传动技术的发展
1958年底，我国试制出第1台干线电力机车，即6Y1型电力机车。6Y1型电力机车是以前苏联H60型干线交直流传动电力机车为样板，按照中国铁路规范进行研制的。由于当时大功率电力电子器件尚未成熟，可用的整流器件是引燃管。6Y1型电力机车经铁科院环形铁道运行试验后，于1962年前后共试制了5台样车投入宝凤线试运行。但是，由于一些重要设备(调压开关、牵引电机等)一直存在技术和质量问题，尤其是引燃管整流器难以达到实际运用要求，因此6Y1型电力机车未能投人批量生产。随着我国电力电子工业的发展，大功率整流二极管开始进入到工程实用阶段，为机车电传动技术的发展提供了必要条件。正是在这样的技术背景下，在6Y1型电力机车基础上，我国第1代有级调压、交-直传动电力机车——SSl型电力机车于1968年试制成功，1969年开始批量生产，到1988年止，共生产826台，使我国机车电传动技术进入到交-直传动时期。
可控型器件——晶闸管的出现，使机车电传动技术跨上了一个新台阶。SS3型电力机车正是作为我国机车电传动技术由二极管整流有级调压到相控无级调压的第2代交-直传动客货用电力机车。1978年底，由株洲电力机车厂和株洲电力机车研究所共同研制成功。SS3型电力机车主电路采用牵引变压器低压侧调压开关分级与晶闸管级间相控调压相结合的平滑调压调速技术，使机车获得良好的调速性能。
随着大功率晶闸管性能的提高，相控技术成熟应用到机车电传动领域，其代表车型为SS4型电力机车。SS4型机车是1985年开发的相控无级调压、交-直传动8轴重载货运电力机车，是我国相控机车的“代表作”，与后续开发的SS5、SS6、SS7、SS8及SS9型电力机车一起，构成我国晶闸管相控调压、交-直传动的系列产品。该型机车由2节完全相同的4轴电力机车通过内重联环节连接组成，每节车为一个完整系统，经过实际应用和吸收消化国外8K、6K、8G型等机车的先进技术，做过几次重大改进，使机车性能和质量得到显著提高，成为我国干线货运主型机车。
2 交流传动技术的发展
为追踪世界新型“交-直-交”电力机车新技术，更为了满足社会经济发展的要求, 推动轨道交通装备技术进步, 我国研究、应用交流传动技术, 经历了技术探索( 理论认识与基础开发)、引进应用( X2000动车组)、合作研制(“蓝箭”动车组和NJ1内燃调车等)、自主开发几个阶段。上世纪70年代,我国开始研究交流电传动系统的基础技术；80年代完成了中等功率交流电传动系统的试验研究；90年代初研制了1Mw大功率变流系统并促进A C4000原型机车的研制与组装；90年代中期相继启动高性能交流传动控制技术、大功率GTO牵引变流器工程化、中大功率IGBT牵引变流器、大功率异步牵引电机等一系列核心技术的攻关工程, 取得了丰硕成果, 并于本世纪初开始装车应用。
2001年9月我国自行研制成功200km/h“奥星”交流传动电力机车，同年10月时速200km/h的“蓝箭”号在广深线投入使用；2001年又研制成功采用交流传动技术的200km/h的“先锋”号及160km/h的“中原之星”动力分散型电动车组。从2006年开始，我国分别从日本、德国、法国等国引进先进技术，并消化吸收及国产化，成为“具有我国自主知识产权”的动车组产品系列-CRH 系列动车组，它们均属于强动力分散系动车组，这些均预示着机车性能的深刻变革，因而成为今后我国电力机车的发展方向。
我国自主研发的交流传动产品还有：国防科技大学磁浮列车、DF8BJ型“西部之光”内燃机车、DJJ2型“中华之星”高速动车组、DJ7CJ型内燃机车、“天梭”电力机车、KZ4A型哈萨克斯坦电力机车、国产化地铁列车、自主知识产权北京地铁客车等,共计50多台套。
1.4 CRH3型动车组的牵引传动系统的现状
牵引技术的现状可从以下五个方面来看：
（1）牵引传动制式。牵引传动制式分为直流传动制式和交流传动制式。目前我国干线铁路使用的电力机车仍以直流传动制式为主，交流传动机车虽然已经有了运用，但在电力牵引动力中所占的比重很小。由于交流传动机车性能的优越性，国外的主要机车生产商早已停止了直流传动机车的生产，基本上都是采用交流传动方式的牵引技术。我国铁路牵引的交流传动技术应用才刚刚开始，技术上远未达到成熟的程度。
（2）动力配置方式。按牵引动力配置方式可以分为动力集中方式和动力分散方式。动力集中方式就是传统的机车牵引方式，这是我国目前电力牵引的主要模式，也是我国铁路运用比较成熟的牵引模式。动力分散型动车组是日本首创的，动力分散方式是城市地铁牵引模式的进化和发展，是一种发展迅速的牵引模式。欧洲国家近年来也纷纷采用动力分散型动车组的模式。目前我国也已经有了这种牵引模式的动车组，如“中原之星”动车组,“先锋”号动车组以及CRH系列动车组，但无论在技术上还是在运用管理上都只是刚刚起步。
（3）运行速度等级。我国已经有了120km／h及以下等级、160km／h等级、200km／h等级、250km／h等级以及300km／h的电力机车或动力分散型动车组。160km／h及其以下等级的机车在技术上已经比较成熟，也有了较为成熟的运用和管理经验；但对于250km／h及其以上等级机车的应用才刚刚开始，技术上也还不够成熟。
（4）车载牵引功率。车载功率可以从总功率和单轴功率两个方面来看：我国直流传动机车的车载总功率最大为6400kW(SS4型机车)，单轴功率最大为900kW(SS8型机车)；交流传动机车的车载总功率最大为7200kw(SSJ3型机车)，单轴功率最大为1200kW(“中华之星”动车组)。作为单轴1200kW的交流传动机车来说，已经达到了较高的水平，只是在技术上还不够成熟。
（5）牵引控制系统。我国铁路机车已经普遍采用微机作为牵引控制系统，但在直流传动机车上仍有相当数量的模拟电子控制系统。动车组上已经开始使用列车和车厢的通信网络实现控制和信息交换，初步形成了分布式控制的雏形。但目前还没有我们自己的、成熟可靠的微机控制系统产品，控制网络的应用尚待完善。
以上诸方面的关系是相互交叉和相容的。根据上述分析，可以说我国铁路在牵引的技术方面已经基本达到或接近国际先进水平，只是在技术的成熟度和产品的可靠性方面需要进一步提高。总的来说目前在牵引系统方面，“中华之星”和“先锋”号动车组的技术含量相当高，已经试验运行了50多万km，有很多经验
可以借鉴，而作为中国铁路第六次大提速上线运行的动车组——和谐号动车组的技术，可以作为我国牵引动力技术最高水平的代表。
第二章CRH3动车组牵引传动系统分析仿真模型
2.1 CRH3动车组牵引传动系统仿真分析
根据各部分的工作原理搭建了cRH3型动车组牵引传动系统的Manab/imulink 仿真模型，主电路如图8所示。变压器由25 kV变到两个1 550 V，接两个4QC进行整流，经中间直流环节和逆变器输出三相电压驱动电机运转。
(1)仿真结果及分析
本研究对采用DTC控制方式的CRH3型动车组牵引传动系统进行仿真，得到了在不同运行工况下机车的电压、电流等波形，并对得到的波形进行了分析。本研究采用的CRH3型动车组牵引电机的具体参数如表l所示。
(2)仿真的速度和转矩跟踪响应
给定速度由0 km／h一300 km／h～50 km／h变化模拟动车组的牵引一再生制动工况。速度和转矩跟踪曲线如图9和图10所示。
从图中可以看出，在DTC控制方式下，系统表现了良好的速度和转矩跟踪响应，其中在转矩跟踪方面，因为D代通过二点式调节器(band如and控制)产生PwM信号，在加快了力矩响应的同时也必然增加了转
矩的脉动。
(3)电机定子电流
系统仿真的牵引电机定子电流波形如图11所示，由图可以看出机车在DTc系统控制下运行在不同工况时，牵引电机电流没有出现大的波动，运行正常。
2.2各种典型工况时的谐波分析
牵引工况和再生制动工况时，变压器一次侧电流的谐波频谱图如图12、图13所示。
从牵引和制动这两种典型工况的谐波分析中可以看出，在DTC系统下，CRH3型动车组运行时电流畸变率较小，奇次谐波百分比比较大，符合实际情况。
2.3变压器二次侧电压、电流相位差分析
牵引工况时变压器二次侧电压、电流波形如图14所示，从图中可以看到两者相位差基本为0。，保持同相，表明机车在吸收功率运行在牵引工况下。
再生制动工况时，变压器二次侧电压、电流波形如图15所示，可以看到两者相位差基本为180。，保持反相，机车运行在制动工况下将能量反馈给电网，实现能量再生。
2.4功率因数分析
12 s仿真时间内的功率因数曲线如图16所示，在DTC系统控制下，牵引传动系统的功率因数在牵引工况时基本接近l，在再生制动工况时接近一1，且曲线变化平滑，系统性能良好。
2.5网压波动时动车组恒速仿真
在仿真时间为5 s时，变压器一次侧电压由25 kV变到19 kv，变压器二次侧电压、电流波形如图17所示。模拟动车组在网压波动下的速度变化曲线如图18所示，由图可以看到在网压波动时，DTC系统控制
下的CRH3型动车组速度能恒定在300 kln／h，没有出现大的速度波动。
第三章牵引传动系统的设计
3.1牵引传动系统的设计
1牵引传动系统的设计思路
对于高速列车的牵引传动系统的设计，首先对列车牵引功率进行设计；其次根据牵引功率、黏着牵引力、启动加速度、平均加速度、列车运行最高速度等进行列车牵引特性设计；最后根据列车的动拖比计算牵引电动机的容量、牵引变流器的容量及牵引变压器的容量。
3.2 列车牵引功率设计
列车牵引功率设计列车牵引功率主要与列车最高运行速度、列车质量、最高速度时的列车运行阻力和剩余加速度有关，其运算公式如式3-9所示
Pk= 3-9
式中------列车牵引功率（）
------列车运行最高时速时的单位基本阻力）
-----剩余加速度（m/）
-----逆风速度（Km/h）
------列车最高运行速度
根据列车牵引功率、齿轮传动效率、牵引电动机效率、可以计算出牵引电动机的总功率，如式3-10所示
PM= 3-10
式中PM------牵引电动机的总功率
------齿轮传动效率
牵引电动机效率
根据牵引电动机总功率设计列车的动拖比，计算出动轴数或电动机台数N，每台电动机的功率为：
PMN=PM/N
式中PMN-----每台电动机的功率；
为保证列车安全运行必须满足上述条件的要求。在确定牵引功率时还必须考虑传动效率、最大坡道上的最低运行速度、故障运行时的要求等多种因素的综合影响，在确定牵引功率时一般要略高于上述技术条件的规定。
3.3，牵引特性设计
牵引特性的技算是设计列车牵引制动性能的基础，是进行列车设计必须进行的最基础的工作，是进行列车运输组织、确定列车运输时间间隔和运输时刻表的重要基础数据，也是列车运用部门和列车乘务员操作列车的指导依据。计算牵引特性一般分为以下几个步骤：
1,确定最高速度时的列车牵引力
将确定后的列车牵引功率、最高运行速度代入式3-9，即可求出最高运行速度时的牵引力
FK= (KN)
2,确定列车启动牵引力
根据列车启动最大加速度和启动平均加速度的要求确定启动牵引力。3,确定恒牵引力、恒功率运行的转折点
根据启动牵引力与恒功率曲线，求出其相交点即为恒牵引力、恒功率运行的转折点。
4,牵引特性仿真计算
根据初步计算出的牵引特性，针对相应的线路，根据列车运行方程式进行列车运行模拟仿真，得到运行区段的列车速度—距离曲线，运行时间，减速度/加速度—时间曲线，能耗曲线，牵引力曲线，坡道最低运行速度，不同线路坡度的加速距离和制动距离，故障模拟运行结果等牵引计算要求的所有参数与曲线。5,牵引特性校验
将其计算结果与列车牵引运行的技术要求进行对比分析，并进行必要的修正直至完全满足牵引需求，最终设计出列车的牵引/制动特性曲线。
需要验证的主要技术参数包括：
（1）满功率平直轨道最高速度运行时的剩余加速度验算；
（2）启动时的加速度和平均加速验算
（3）故障运行时的牵引能力验算
（4）不同坡道上的爬坡能力验算
（5）最大坡度运行满功率运行时的最低速度验算
（6）加速距离和制动距离的验算
列车动力制动特性的计算与牵引特性的相仿。
综上所述，高速列车牵引特性的特点可归纳为以下几点：
（1）低速区牵引力恒定或随速度升高而略有下降，应与高速列车的黏着特性随速度的变化趋势相适应。
（2）由于高速列车大都采用轻量化技术，牵引力比大功率机车的牵引力明显减小。
（3）高速区为恒功率曲线，牵引力随速度升高而呈双曲线关系下降。这一点与普通热燃，电力机车的恒功牵引特性曲线是相似的，但恒功范围小，一般是恒功范围起始点速度的2~3倍，且向高速区移动；对于最高运行速度350km/h的动车组，恒功范围起始点多在100km/h以上；
（4）因采用动力分散牵引模式，在正常轨面状态下，启动时及低速范围的牵引力低于黏着限制曲线较多，因此，在动车组的牵引特性曲线图中，黏着特性曲线通常是不画出来的。
（5）在动车组的牵引特性曲线上通常不标注最低持续温度，因为在全功率下，即便在20‰以上甚至接近30‰的坡道上，列车的速度仍能在恒功区范围内，牵引电动机的散热能力在允许的范围内，换言之，在正线运行时(坡道12‰)不会出现全功率低速持续运行的情况。
3.4，列车牵引传动系统容量设计
牵引系统中牵引变压器、牵引变流器、牵引电动机的容量计算是非常重要的设计依据。首先应根据列车的牵引特性、再生制动特性的最大值求解出列车轮缘根据牵引传动系统中各部件的效率，功率因数等，按牵引电动机的输出功率P
k，
----牵引变流器-----牵引变压器的顺序求得每个部件的最大功率。功率因数和效率与列车所处的运行工况密切相关，随速度的变化而变化，特别是低速运行时效率比较低。由于效率特性很难用精确地数学模型描述，因此在通常的运行条件
下，在容量的计算中功率因数与效率假定为常数，常采用额定值进行近似计算。在特殊的运行条件或线路条件下，需要另外进行运行试验加以验证和确定。3.5，新一代高速动车组设计计算算例
根据上述设计思路，按照京沪高速对高速动车组实施方案的要求，采用CHR2--300高速列车组的主要参数，可以设计计算出其牵引功率，牵引功率与阻力的优化匹配、牵引系统与机械传动比的匹配以及牵引系统的配置。
1,以CHR2—300型动车组参数为例进行设计
CHR2—300型动车组设计计算基本运行阻力曲线公式如下：
Wj=0.88+0.00744+0.0001242（N/KN）
根据CHR2—300型动车组8编组的已知参数、基本运行阻力等可以计算出满足380Km/h运行速度要求的最小牵引功率为10400Kw, 380Km/Hs时的剩余加速度为0.0163m/、350Km/h时的剩余加速度为0.05736m/。平均加速度与传动比密切相关，选择合理的传动比即可达到0~200Km/h大于0.4 m/的要求。若为16编组，满足380Km/h运行时速要求的最小牵引功率为20500kw，80km/h时的剩余加速度为0.0158 m/350Km/h时的剩余加速度为0.05621 m/。
3.6，新一代高速动车组牵引传动系统设计
根据新一代高速列车技术性能要求，以下结合CHR2—300型动车组牵引系统设计计算、实验结果以及运行情况，研究新一代高速列车牵引系统的提升侧略和实施方案。
（1）牵引功率与阻力的优化匹配如新一代高速列车以16辆编组计算阻力公式校核，以CHR2—300牵引电动机功率342kw为基础，即使使用14动2托的动力配置方案，速度350Km/h 时剩余加速度要求，牵引功率与阻力配比值如下：
1、牵引电动机功率由342kw提升至365kw
2、各部件减小阻力分配值
新一代高速列车阻力目标值w x=0.53+0.0039+0.0001142 （N/KN）
(2)牵引系统与机械传动的匹配
牵引系统与机械传动系统的接口主要是牵引电动机与齿轮箱的接口关系，关系到齿轮传动比与电动机转速以及电动机扭矩发挥的匹配
的关系。
表3-2新一代高速列车齿轮传动比与列车最高运行速度匹配关系
牵引电动机持续最高转速6120r/min
由表3-1可见，为满足新一代高速列车从0加速至200km/h的平均加速度大于0.4 m/s2的要求，齿轮传动比应大于2.2来匹配。由表3-2可见，齿轮传动比越小，列车最高运行速度值越高，为满足新一代高速列车最高运行速度380km/h的要求，需按照全磨耗状态进行校核，这样齿轮传动比须小于2.4。
从齿轮传动比与启动速度段的平均加速度的匹配关系以及与列车最高持续速度的匹配关系可以看出，新一代高速列车齿轮传动比应在2.2----2.4间进行匹配，方能同时满足最高运行速度和启动平均速度的要求。
（3）牵引传动系统设计
影响动车组牵引性能的主要原因是牵引功率和运行阻力，提升牵引能力的关键是在列车运行阻力可预测的条件下提升牵引功率（牵引电动机、牵引变压器及牵引变流器功率相应提升）。针对速度提升后牵引电动机轴承面临的问题，通过改变齿轮传动比以提高相同电动机转速下轮轴的输出转速，从而降低所需要的牵引电动机轴承转速。
根据新一代高速列车总体技术条件关于平直道350km/h列车剩余加速度不
小于0.06 m/s2，380km/h时列车剩余加速度不小于0.02 m/s2 的牵引性能要求，基于CRH2牵引系统的可靠性，CRH2—300平台为基础，列车质量为890t，齿轮传动比为2.37、单位阻力公式为w=0.53+0.0039+0.0001142（N/KN）通过上述设计计算公式可以计数出新一代高速16辆编组动车组论轴输出总功率不小于19382KW。在轮轴牵引功率19382kw的条件下，350km/h时列车剩余加速度为0.062 m/s2，380km/h时列车剩余加速度为0.023 m/s2，0—200km/h 平直道列车均启动加速度为0.42 m/s2，加速度到350km/h所需时间约为420s，加速度为27.5km；从350km/h加速到380km/h所需时间为210s加速度距离为21.5km。
（4）牵引系统配置
16辆编组动车组牵引电传动系统设7个牵引单元，每个牵引单元设1台牵引变压器、2台牵引变流器8台牵引电动机。
1、牵引电动机容量
列车速度提升到380km/h，牵引电动机功率为365kw，齿轮箱传动比为2.37.牵引电动机的技术参数方案见表3-23
2、牵引变压器
根据对牵引系统牵引能力提升的要求，牵引变压器具体技术参数如表3-4所示
表3-4牵引变压器技术参数
3、牵引变流器
牵变流器设计能力的分析，牵引变流器可在尺寸基本保持不变的情况下进行容量的提升，由于单台牵引电动机的轴输出功率要求提高到365kw，故相应计算牵引变流器整流器容量由1513kV·A提高至约1617kV·A，逆变器容量由1670kV·A 提高至约1785kV·A。
第四章我国牵引传动技术的展望
我国机车电传动技术已走过50余年的发展里程，取得了巨大进步，铁路运输从速度和功率已被用到技术极限的交-直传动迈入速度更快、功率更高的交流传动的阶段，但这项技术的创新和开拓是永无止境的，它必将随着相关技术的发展而不断提高到更新的水平上。通过贯彻“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”的总体要求进行技术引进和合作，我国机车车辆制造业的骨干企业开始批量生产交流传动电力、内燃机车和电动车组。在技术引进的基础上，进行消化吸收和再创新研究，轨道交通装备核心、关键技术的相关平台和体系初步形成，在满足国内铁路运输市场需求的同时，促进铁路机车车辆制造行业走向成熟，实现交流传动机车车辆的国内开发和制造，彻底解决铁路运力不能满足改革开放以来国民经济日益发展要求的矛盾，为我国的社会主义现代化建设做出贡献，进而走向世界，在高速、重载铁路牵引设备领域与世界先进企业同台竞争。
五．总结
通过对动车牵引传动系统的设计思路的分析，牵引传动系统的特点、牵引传动系统的简介、动车组牵引传动系统分析、列车牵引传动系统容量设计、列车牵引特性设计、列车牵引功率设计等过程，其中最主要的是理论设计过程部分，其中拟定了列车牵引功率设计计算的方法公式，进行了列车牵引特性仿真计算和牵引特性校验、牵引系统的配置等，在加设计过程中中为了保证设计过程满足实际要求，对设计过程要求较高。具体总结如下：
设计举例：多以CHR3型动车组为例
列车牵引功率：
P k=
最高时速的列车牵引力:F K（V max）= P k*3.6/V max (KN)
列车运行阻力曲线公式：w x=0.53+0.0039v+0.000114v2 （N/KN）
牵引传动系统分析
包括动车组牵引传动系统仿真分析
各种典型工况时的谐波分析
网压波动时动车组恒速仿真
功率因数分析
变压器二次侧电压、电流相位差分析
牵引传动系统的特点简介和发展历程
根据牵引传动系统的特点简介和发展历程分析，可以说我国铁路在牵引的技术方面已经基本达到或接近国际先进水平，只是在技术的成熟度和产品的可靠性方面需要进一步提高。
致谢
本论文是在指导教师赵利颇老师的悉心指导下完成的，从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血，赵利颇老师严谨治学的态度给我树立了榜样，不紧授我以文，而且教我做人做事，给以我终生受益无穷之道。对赵利颇老师的感激之情是无法用言语来表达的。在此特意向指导教师的关心和帮助表示诚挚的敬意和衷心的感谢！同时也对曾经给予过我帮助的同学表示感谢。
参考文献
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09动检《动车组牵引控制系统》复习资料 1、CRH2导线线号的定义 1～99：控制指令回路 100～199：DC100V系统 500～599：主变换回路 900～906：主回路接地、主回路过电流检测 MF＋3位号码：光缆的线号 M＋3位号码：车辆信息控制装置的输出输入线号 J＋3位号码：LKJ2000的线号 2、CRH2电气设备图形符号与电器类型的对应关系（给出图能说类型，给出类型会画图）继电器、接触器、计时继电器、按钮式开关、按钮式自返回开关 3、CRH2电气设备代号定义 5SR：5km/h速度继电器 B运非R：制动控制手柄（运转-快速）定位继电器 B1非R：制动控制手柄（1N-快速）定位继电器 B2非R：制动控制手柄（2N-快速）定位继电器 B3非R：制动控制手柄（3N-快速）定位继电器 CSR：恒速继电器 EGSR：紧急接地开关继电器 GS：接地开关 MCR：主控制器继电器 PANDS：受电弓降弓开关 PANDWR：受电弓降弓继电器 PANUR：受电弓升弓继电器 PANUS：受电弓升弓开关 PANUV：受电弓升弓阀 4、一个CRH2动车组单元中，主电路的基本部件有哪些？在列车中是如何分布的？ 一个CRH2动车组单元中，主电路的由：受电弓（1台）、VCB（主断路器）（1台）、牵引变压器（1台），牵引变流器（2台）、牵引电机（8台）构成。 在列车中，受电弓位于4、6车，VCB位于2、6车，牵引变压器位于2、6车，牵引变流器位于2、3、6、7车，牵引电机在2、3、6、7车各有4台。 5、写出CRH2的25kV特高压电路？ 电源是25kV、50Hz单相交流电，使用搭载在4号车、6号车的受电弓的其中一个（2个受电弓的1个通常处于下降状态）从接触网上受电，2号车与6号车之间用25kV特高压电缆贯通连接。 M2车上搭载有牵引变压器，通过特高压电缆而贯通连接在各车的25kV特高电源，经由各车的特高压接头、主断路器VCB，连接到牵引变压器原边绕组上。 6、写出CRH2的原边电流回路？ CRH2的原边电流回路经过的路径是：接触网、受电弓、特高压电缆、电流互感器、主断路器VCB、主变压器原边绕组、接地装置、车轮、钢轨、牵引变电所。
动车组牵引变流器冷却系统冷却方式研究 文章介绍了动车组牵引变流器冷却系统构成和原理，对影响功率器件IGBT 的散热特性进行了分析，对自然冷却、强迫风冷、液体冷却、相变冷却几种冷却方式特点做了一一分析，说明采用相变冷却方式的优点，即高效率，均匀热表面温度，无局部过热点，可靠安全，适用于动车组牵引变流器的冷却。 标签：牵引变流器；冷却系统；冷却方式；相变冷却 1 概述 随着功率器件小型化、紧凑型发展要求，其功率密度不断增加，散热问题已就成为影响功率器可靠運行的主要因素。在动车中，牵引变流器是牵引系统关键部件，主要实现电能与机械能转换。而牵引变流器主要功率元件是IGBT。IGBT 是高频的开、关功率元件，工作时要消耗电能，把电能转化为热能的形式。通常流过IGBT的电流较大，IGBT的开、关频率也较高，故器件的发热量较大。若产生的热量不能及时有效散掉，IGBT器件内部的结温将会超过允许值，IGBT 就可能损坏。有关资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6，因此只有快速、及时的将产生的热量散走，才能保证IGBT的正常运行。实践经验表明，牵引变流器冷却系统散热能力的好坏，直接影响到变流器性能和牵引系统安全稳定的工作。 由牛顿冷却公式[1]有： tw=+tf 其中，Q-IGBT的热量；h-表面传热系数；S-IGBT与冷却散热基板接触的表面积；tw-IGBT与冷却散热基板接触的壁温；tf-冷却液体的温度。 当热量Q的下降时会引起tw的下降，但在IGBT产生的热量不会下降太多，所以使tw下降的方法在应用上有限。 表面积S的增加可以引起tw的下降，但是由于实际产品的重量和体积要求等限制，以及动车牵引系统自身需求使得表面积的S增大有限，使tw下降的空间被限制。 冷却液体的温度tf的降低可以引起tw的下降，但是冷却液体的温度tf的降低也受外界一些因素的影响。 表面传热系数h的提高可以引起tw的下降，一般不受其他条件的限制，可以有效的降低tw。因此，解决问题的关键是如何获得冷却散热基板最大的表面传热系数h，这也是研究的目的。
2 CRH3型动车组牵引与控制特性分析 2.1 CRH3动车组牵引系统组成部分 在CRH3动车组上装有四个完全相同且互相独立的动力单元。每一个动力单元有一个牵引变流器和一个控制单元，四个并联的牵引电动机以及一个制动电阻器单元。牵引零部件辅助设备所需的3相AC 440V60Hz 电流由动车组的辅助变流器单元提供。每个基本的动力单元主要包含以下关键器件： 1. 主变压器。主变压器设计成单制式的变压器，额定电压为单相AC 25kV 50Hz。变压器被布置在动车组没有驱动的变压器车车底，并且每一个变压器的附近都布置有一套冷却系统。主变压器箱体是由钢板焊接的，主变压器箱安装在车下，主变压器采用强迫导向油循环风冷方式。主变压器的次级绕组为牵引变流器提供电能。它使用一个电气差动保护、冷却液流量计和电子温度计对主变压器进行监控和保护。 2. 牵引变流器。牵引变流器采用结构紧凑，易于运用和检修的模块化结构。在运用现场通过更换模块可方便更换和维修。牵引变流器由多重四象限变流器、直流电压中间环节和逆变器组成，牵引变流器的模块具有互换性。 3. 牵引电机。动车组总共由16个牵引电机驱动，位于动力转向架上。牵引电机按高速列车的特殊要求而设计。具有坚固的结构，优化重量，低噪音排放，高效率和紧凑设计的特征。四极三相异步牵引电机按绝缘等级200 制造。牵引电机是强迫风冷式。牵引电机使用的是牵引变流器的电压源逆变器供电，变频变压( VVVF) 调速运行方式。 4. 其他部件。动车组其他牵引系统部件还包括牵引电机通风机、过压限制电阻等。某些零部件被设计成即使出现故障也能在小幅度减少或不减少性能的情况下运行。 CRH3型动车组采用交-直-交传动方式。以交流异步感应电动机作为牵引电机的高速动车组适宜采用再生制动方式。制动时它将交流电动机做为发电机使用，从而产生制动力矩，并将其所发出的电能反馈回电网。在所有的制动方式中，再生制动是唯一向电网反馈能量的制动方式，同电阻制动相比，减少了庞大而笨重的制动电阻，同时免去了一整套通风冷却装置。目前国外大多数动车均采用了
第四章牵引传动系统 第一节动车组牵引传动方式 CRH2C型动车组采用交流传动系统，动车组由受电弓从接触网获得AC25kV/50Hz电源，通过牵引变压器、牵引变流器向牵引电机提供电压频率均可调节的三相交流电源（如图4-1所示）。 图4-1 牵引传动系统简图 一、牵引工况：受电弓将接触网AC25kV单相工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器，牵引变压器降压输出1500V单相交流电供给牵引变流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将DC2600~3000V的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压/频率可调的三相交流电源（电压：0~2300V；频率：0～220Hz）驱动牵引电机，牵引电机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行（如图4-2所示）。 图4-2 牵引工况传动简图
二、再生制动：一方面，通过控制牵引逆变器使牵引电机处于发电状态，牵引逆变器工作于整流状态，牵引电机发出的三相交流电被整定为直流电并对中间直流环节进行充电，使中间直流环节电压上升；另一方面，脉冲整流器工作于逆变状态，中间直流回路直流电源被逆变为单相交流电，该交流电通过真空断路器、受电弓等高压设备反馈给接触网，从而实现能量再生（如图4-3所示）。 图4-3 再生制动工况传动简图 三、牵引电机采用三相鼠笼式牵引电机，其轴端设置速度传感器，实时检测电机转速（转子频率），对牵引和制动进行实时控制。 M1车和M2车传动系统独立控制，某动车故障时，故障动车将被隔离，无故障动车可以继续为列车提供动力；当某个基本单元故障时，可通过VCB 切除故障单元，而不会影响其它单元工作。图4-4 为牵引系统主电路原理图。
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 动车组牵引传动系统设计 摘要 本文简述了我国动车组牵引传动系统的特点及发展现状，阐述了动车传动系统的设计思路，并讲解了动车组牵引传动系统分析仿真模型理论知识。论述了动车组牵引传动系统设计中包括传动系统功率的分析，牵引功率、黏着牵引力、启动加速度、平均加速度、列车运行最高速度等进行列 车牵引特性的设计。 通过动车组牵引传动系统的设计过程分析得到了设计过程中的规律讨论了在设计过程中遇到的问题，总结了设计时应注意的问题。 关键词：牵引传动系统、分析仿真模型，牵引功率，黏着牵引力，启动加速度
第一章CRH3型动车组的牵引传动系统的简介1.1 CRH3型动车组的牵引传动系统的简介 CRH3型动车组为8辆编组的动力分散交流传动电动车组，4动4拖，其中相邻的两辆动车为一个基本动力单元，每个动力单元具有独立的牵引传动系统，如图l所示，主要由1台主变压器、2台牵引变流器和8台牵引电机等组成。牵引变压器原边额定电压为单相交流25 kV／50 Hz，副边为l 550 V／50 Hz。牵引变流器输入侧为四象限脉冲整流器(4QC)，2个4QC并联为一个共同的DC连接供电，中间电容区部分存储能量，输出平滑的直流电压。输出端为一个PWM逆变器，将DC连接电压转换成牵引系统所要求的变压变频i相电源驱动4个并联的异步牵引电机。本研究采用DTC系统来控制逆变和电机驱动部分，并对整个牵引传动系统进行建模研究。 1.2 CRH3型动车组的牵引传动系统的特点 CRH3型动车组在不同的速度时刻根据牵引／制动曲线输出所需的牵引力，使动车组顺利完成牵引或制动过程。 牵引工况时，牵引力和速度的数学关系为：
动车组牵引传动与控制技术1 三、主观题(共4道小题) 9.什么叫异步电机的可逆运行特性？ 参考答案： 异步电机的可逆运行特性是指异步电机既可工作于电动机状态来实施牵引，又可工作于发电机状态或电磁制动器状态来实施电气制动。当发电机的电能反馈电网时，称为再生制动。 10.异步牵引电动机为什么要进行恒磁通恒转矩的控制？ 参考答案： 异步牵引电动机保持恒磁通就可以保持磁路的一定饱和程度，这样可以充分利用电机的铁磁材料，充分发挥电机转矩的能力。在恒磁通下进行恒转矩的控制，可以使动车组获得足够的起动牵引力，起动加速快且平稳。 11.简述牵引变流器牵引工况的工作过程 参考答案： 四象限脉冲整流器将牵引变压器二次侧的交流电整流成直流电，同时保证较高的功率因数（cosφ=1，电流波形接近正弦波）。逆变器把中间回路直流电压变换成幅值和频率可调的三相交流电压，供给异步牵引电机。在起动低速范围内，逆变器按SPWM模式进行控制；当速度达到规定值时，转入方波（六阶波）模式。 12.简述CRH1型动车组的编组形式、牵引传动主电路构成及其特点。 参考答案： CRH1型动车组采用8辆编组，5动3拖，由两个2动1拖单元和一个1动1拖单元组成；8辆车共有20个驱动轴，占车轴总数的5/8。 CRH1动车组牵引传动主回路主要由2个受电弓、5个主断路器、3台主变压器、5台牵引变流器及20台三相异步牵引电动机构成。 每台牵引变流器向4台异步牵引电机供电。每台牵引变流器包括：网侧变流器LCM，为两重四象限脉冲整流电路，带有直流环节滤波电容；2个电机变流器MCM，为三相桥式逆变器，带有直流滤波电容器和过电压斩波器，2个电机变流器分别向两个转向架的各2台牵引电机供电，这种供电方式称架控式。 一个变流器箱的网侧变流器除了向两个电机变流器供电外，还向一个辅助逆变器和一个蓄电池充电器供电。 动车组牵引传动与控制技术2 三、主观题(共4道小题) 9. 电压型脉冲整流器主电路一般结构如图1所示，简要说明正弦脉宽调制（SPWM）的原理，绘出正弦脉宽调制波形。
CHR2型动车组牵引传动系统工作原理及控制 CRH2型动车组牵引传动系统设备配置及工作原理 概论 牵引传动系统是CRH2型高速动车组的动力来源。整个系统动力均匀分布于整列动车组的四个基本单元之中，形成了一个完整的组合的动力源。巨有牵引功率大、启动平稳、快速快捷、有效抑制空转和滑行保护到位等特性，并与多个系统连锁控制，实现运行平稳，多级调速和准确停车。 一、牵引传动系统的组成 CRH2型高速动车组以四动四托为编组，其中2，3，6，7号车为动车，1，4，5，8号车是拖车，配备两个牵引系统，首尾两车各设有司机室可双向行驶。正常情况下两个牵引系统均工作，当某一系统发生故障时可自动切断故障源继续行驶。 CRH2型高速动车组采用动力分散交流传动模式，主要有受电弓，牵引变压器，脉冲整流器，中间环节，牵引变流器，牵引电动机，齿轮传动等组成。
二、牵引传动系统的主要设备配置 2.1：车顶设备配置 各车辆间的主电路均采用高压电缆和高压电缆连接器连接。高压电缆连接器分为直线型，5度倾斜型，T型等几种，通过这些高压电缆连接器接通高压电缆。供电设备配置在4，6号车前部车顶，主要有受电弓和接地保护开关等。 2.2：车底设备配置 动车组牵引传动系统车底设备主要有网侧高压电气设备，牵引变压器，牵引变流器，牵引电动机等设备组成。全列共计2台牵引变压器，4台牵引变流器，16台牵引电动机。牵引变压器位于2，6号车底，牵引变流器和牵引电动机皆配置在2，3，6，7号车底。 三、动车组牵引传动系统主要设备 3.1：受电弓 动车组受电弓是从接触网获得电能的主要设备，也是动车组主电路的高压设备之一。受电弓主要通过列车运行时压缩空气进入升弓装置气囊升起受电弓，使受电弓滑板与接触线接触而获电；绛弓时排出 3.2
动车组网络控制系统复习题 一、填空题 1.主断使能控制的计算机主要有CCU 和TCU 2.请翻译下列几个和MVB组件相关的单词MVB repeater 中继器Gateway网关 3.CRH380BL动车组高压急断回路（Emergency off loop）的功能是紧急情况下切断车组来 自接触网的高压电。 4.制动系统中继器位于T2车，网关位于TP和TPB车。制动系统中继器位于T2车，网关位 于TP和TPB车。 5.在主界面的自动状态时，车内显示器将滚动地显示列车的运行信息和实时的速度、车内外 温度等内容 6.受电弓不能正常升起的原因：蓄电池电压不足、总风压力不足、（网络系统通讯不良）、受 电弓本身故障、3车或6车（17XMB2N）负线端子排及短连片松动。 7.警报蜂鸣器用于检测系统，热轴箱预警和警报检测系统，抗蛇形检测系统，乘客紧急警报， 非转动车轴检测 8.M VB总线传输的三类数据是过程数据、消息数据和（监督）数据。 9.CRH5A动车组辅助变流器控制空气开关为17Q08。 10.CRH380A动车车辆信息控制装置采用贯穿列车的总线来传送信息，从而减轻了列车的重 量 11.CRH380A动车组在头、尾车司机室内各有二台显示器，能实时显示车辆运行过程中的相 关数据以及记录相应的运行数据。
12.传输线有光纤传输线和自我诊断信息传输线2种。 13.CRH380BL型车线电压互感器监测接触网电压，传送给车组的CCU 和TCU 控制单元 14.CRH5型动车组车内照明控制主要包括：全灯控制、半灯控制、灯光关闭控制，每节车 或整列车命令开关 15.牵引/制动手柄最小牵引力位的角度为10 ° 16.CRH5A动车组辅助变流器控制空气开关为17Q08。 17.CRH5A动车组速度设定手柄LV有4 个位置。 18.DJ回路是一个三级硬线回路，由通过自动车构的列车级电线和一个本地车辆级电线构成。 二、选择题 1.下列哪种情况下CRH380BL动车组从CCU会接替主CCU（A ） A.主ccu相应的网关故障 B.某个TCU故障 C.某个KLIP站故障 D.某个BCU 故障 2.对于CRH380BL型动车组HMI说法不正确的是（C） A.全车共8个HMI，3个CCU柜HMI，1个乘务员HMI，4个司机室HMI B.HMI通过MVB与列车进行数据交换 C.司机室的2个HMI相互之间无通讯 3..CRH5型动车组制动系统的复位操作，可通过（C ）操作来实现。 A、TCMS的大复位 B、小复位 C、断蓄电池 D、断开安全环路 4.CRH5型动车组网络系统中，MVB总线分为几种（B ） A、2； B、3； C、4； D、5 5.CRH5型动车组TCU无法完成功能是（D ）。 A、控制电机牵引/制动转矩； B、制设备发送的牵引/制动命令； C、电力设备的保护； D、
C R H A型动车组和 C R H A型动车组列车网络控制系统的技术特点集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
CRH2A型动车组和CRH1A型动车组列车网络控制系统的技术特点 一、CRH2A型动车组网络控制系统： 1、网络控制概述： CRH2动车组列车网络控制系统采用贯穿全车的总线来传送信息，从而减轻了列车的重量，并且通过对列车运行以及车载设备动作的运行信息进行集中管理，可以有效地实现对司机和乘务员的辅助作用，加强对设备的保养和提高对乘客的服务质量。 2、网络控制系统的组成： CRH2动车组列车网络控制系统由监控器和控制传输部分两部分组成。硬件一体化装置，但各自独立构成网络，系统为自律分散型。 控制传输部分为双重系统，确保系统的冗余性。通信采用ARCNET网络标准。头车设置的中央装置为双重系统构成，确保其可靠性。前后中心的控制单元采用母线仲裁。 CRH动车组网络控制系统中引用额车载信息装置和类车信息终端装置构成，同时还有监控显示器以及显示控制器、车内信息显示器、IC读卡器等附属设施。 3、网络控制系统的功能： 1）牵引、制动指令传输； 2）设备启动、关闭指令的传输；3）显示灯/蜂鸣器控制指令传输；4）乘务员支持信息传输；5）服务设备控制信息传输；6）数据记录功能；7）车上试验；8）自我诊断传送线；9）远程装载功能；10）列车信息装置的自我诊断功能；11）信息显示功能。 4、网络控制系统的拓扑结构：
CRH2动车组网络控制系统采用列车和车辆两级网络结构。列车网络为连接编组各车辆的通信网络，以列车运行控制为目的，以光纤和双绞线为传输介质，连接各中央装置和终端装置，采用双重环结构。车辆级网络结构为连接车厢内设备的通信网络，主要传输介质为光纤和电流环传输线。 1）列车总线 列车总线有两种类型：其一为列车信息传输线，以光纤为传输介质，连接所有中央装置和终端装置，采用ARCNET协议，传送速度为 2.5Mb/s;其二为自我诊断传输网，以双绞线作为传输介质，连接中央装置和终端装置，采用HLC作为通信协议。 列车总线的设备由中央装置、终端装置、显示器、显示控制装置、IC卡架以及车内信息显示器构成。在光纤网中，中央装置和终端装置由双重环形构成的光纤连接，采用不易发生故障的双向环形网络方式。它具有向左和向右两条线路，是一种分散型的系统。如果在一个方向的环绕中检测到没有应答的情况，就向另一个方向的环绕传送，即使在2处以上的线路发生故障，环路网络断开时，也可以继续有其他连接着的正常线路进行传送，避开故障部位。 2)车辆总线： 车辆总线是指中央装置/终端装置与车辆内设备之间信息交换通道。各车的中央/终端装置与车辆设备之间的接口以光传送、电流环传送，DIO等形式传送，他们构成信息网络节点与车载设备的联系通道，车
动车组牵引传动系统设计 摘要 本文简述了我国动车组牵引传动系统的特点及发展现状，阐述了动车传动系统的设计思路，并讲解了动车组牵引传动系统分析仿真模型理论知识。论述了动车组牵引传动系统设计中包括传动系统功率的分析，牵引功率、黏着牵引力、启动加速度、平均加速度、列车运行最高速度等进行列 车牵引特性的设计。 通过动车组牵引传动系统的设计过程分析得到了设计过程中的规律讨论了在设计过程中遇到的问题，总结了设计时应注意的问题。 关键词：牵引传动系统、分析仿真模型，牵引功率，黏着牵引力，启动加速度
第一章 CRH3型动车组的牵引传动系统的简介1.1 CRH3型动车组的牵引传动系统的简介 CRH3型动车组为8辆编组的动力分散交流传动电动车组，4动4拖，其中相邻的两辆动车为一个基本动力单元，每个动力单元具有独立的牵引传动系统，如图l所示，主要由1台主变压器、2台牵引变流器和8台牵引电机等组成。牵引变压器原边额定电压为单相交流25 kV／50 Hz，副边为l 550 V／50 Hz。牵引变流器输入侧为四象限脉冲整流器(4QC)，2个4QC并联为一个共同的DC连接供电，中间电容区部分存储能量，输出平滑的直流电压。输出端为一个PWM逆变器，将DC连接电压转换成牵引系统所要求的变压变频i相电源驱动4个并联的异步牵引电机。本研究采用DTC系统来控制逆变和电机驱动部分，并对整个牵引传动系统进行建模研究。 1.2 CRH3型动车组的牵引传动系统的特点 CRH3型动车组在不同的速度时刻根据牵引／制动曲线输出所需的牵引力，使动车组顺利完成牵引或制动过程。
牵引工况时，牵引力和速度的数学关系为： 再生制动时，制动力和速度的数学关系为：
CRH5型动车组牵引传动系统 发表时间：2018-05-16T17:14:41.190Z 来源：《基层建设》2018年第3期作者：苏丹[导读] 摘要：随着近几年我国高速铁路的投入运营和快速发展，人们出行变得方便快捷。 中国铁路哈尔滨局集团有限公司调度所黑龙江哈尔滨 150006 摘要：随着近几年我国高速铁路的投入运营和快速发展，人们出行变得方便快捷。动车组安全运用与维修的问题就变得更加突出。结合CRH5型动车组多年的运用经验积累，对CRH5型动车组的牵引传动系统的特点及原理进行深入研究、探讨，为 CRH5型动车组现场作业人员对牵引传动系统的知识学习及应急故障处理提供指导。 关键词：CRH5动车组牵引传动系统 1 牵引传动系统原理 1.1 CRH5型动车组牵引传动系统简介 牵引传动系统相当于动车组的心脏，将电能从接触网吸收下来，传输到各个电气设备，使之正常工作。如果牵引传动系统故障，列车可能会影响运行速度，旅客服务品质，甚至无法开动，更严重会造成救援等后果。 CRH5型动车组牵引系统使用交-直-交传动方式，主要由受电弓、主断路器、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。受电弓通过电网接入25kV的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1770V的交流电。降压后的交流电再输入牵引变流器，逆变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机牵引整个列车。 牵引基本动力单元由1台牵引变压器、2台牵引变流器、8台牵引电机构成，1台牵引变流器驱动4台牵引电机。四台牵引电机并联使用。四台牵引电机特性差异控制在±5％以内，以便电流负荷分配均匀。 CRH5型动车组有两个相对独立的主牵引动力单元。正常情况下，两个牵引单元均工作。当设备故障时，M1车和M2车可分别使用。另外，整个基本单元可使用VCB（断路器）切除，不会影响其它单元工作。 1.2CRH5型动车组牵引传动系统布置 主牵引系统布置：3、6号车车下各设一台牵引变压器，而1号车、2号车（M1）、4号车（M2）、7号车（M1s）、8号车的车底下均悬挂一台牵引变流器，及车下转向架分别安装4台牵引电机。 其中3号车和6号车车顶均设受电弓、保护接地开关EGS、故障隔离开关一套，3、4号车之间和5、6号车之间的车顶上设置高压电缆连接器，4、5号车之间的车顶上，设置了高压电缆用倾斜型电缆连接器。 1.3CRH5型动车组牵引传动系统单元构成 CRH5型动车组牵引传动系统每个动力单元的牵引设备都由下列设备组成： 1．一个高压单元，具有受电设备、保护装置和主变压器，安装在TTP和TTPB车上。 2．一个主变压器，采用强制油冷却，安装在TTP和TTPB车上。 3．第一牵引动力单元具有3个牵引/辅助变流器，第二牵引动力单元具有2个牵引/辅助变流器，每台牵引/辅助变流器驱动2台牵引电机。牵引/辅助变流器获得可调节的直流电压，并驱动异步牵引电机的牵引和再生制动。在过电分相时由于再生制动短时停止工作，过渡的制动电阻器投入使用。每辆动车配置2台异步牵引电动机，底架悬挂，单台电机设计持续功率可达到550kW，并且车轮的直径差（在相同车轴上）接近3mm时也能够提供500kW的负载。 2 牵引传动系统受电弓 受电弓系统的概述及工作原理压缩空气通过电控阀经过滤器进入精密调压阀,精密调压阀用于调节受电弓接触压力，输出压力恒定的压缩空气，其精度偏差为±0.002 Mpa。因为气压每变化0.01Mpa(0.1kgf/c㎡)会使接触压力变化10N。 注:精密调压阀调压阀在工作过程中，为保证输出压力穏定，溢流孔和主排气孔始终有压缩空气间歇性排出，属正常现象。 压力表显示值仅作为参考,应以实测接触压力为准。单向节流阀用于调节升弓时间，单向节流阀用于调节降弓时间。如果精密调压阀出现故障，安全阀会起到保护气路的作用。 注：精密调压阀运用中不得随意改变其调整值，为保证各种控制阀正常使用，应严格防止水和其它杂质渗入。 3 CRH5型动车组牵引变流器 牵引变流器的概述及控制原理牵引/辅助变流器系阿尔斯通技术引进经国产化后用于CRH5型动车组的变流装置，内部分别有两组四象限整流器（4QC）和逆变器，同时还有一组辅助逆变器，每一组逆变器控制一台568kW 牵引电机，辅助逆变器向车载三相400V/50Hz用电设备供电。变流器的主要功能是将25KV/50Hz的单相交流电压通过牵引变压器降压后，输出单相AC1770V/50Hz的电压，经四象限整流得到3600V的中间直流电压，再经逆变器输出电压频率可调的0～2808V的三相交流电压来控制每台电机；同时辅助逆变器从中间回路输入直流3600V电压经斩波降压逆变后输出三相400V/50Hz的交流电压，为辅助系统的设备供电。变流器由8个组件平台构成，它们分别是两个辅助组件平台，两个牵引模块组件平台，两个用户组件平台，一个冷却系统平台，一个电阻组件平台，8 个平台通过中央线槽连接形成一个整体。 牵引/辅助变流器主要由两组四象限整流器（4QC）、牵引逆变器和一组辅助逆变器组成。每一组牵引逆变器控制一台568KW牵引电机，辅助逆变器向车载三相400V/50HZ用电设备供电。变流器的主要功能是将牵引变压器降压后输出单相AC1770V/50HZ的电压，经四象限整流得到3600V的中间直流电压，再经牵引逆变器输出电压频率可调的0～2808V的三相交流电压来控制每台电机；同时辅助逆变器从中间回路输入直流3600V电压经斩波降压逆变后输出三相400V/50HZ的交流电压，为辅助系统的设备供电。 4 CRH5型动车组牵引电机 牵引电机概述及控制原理列车上使用的电机是一种三相异步、六电极、强迫通风型电机，带有定子开启式分层，不带机壳。每节动车装有2个牵引电机。每个牵引电机由一个牵引逆变器提供能源8 车编组的每列列车上有1 0个电机。6FJA3257A 牵引电机是一个交流鼠笼式电机，敞开式的并且是强制风冷的。
动车组牵引系统常见故障浅析 摘要牵引系统是动车组电气系统的重要组成部分，其主要负责动车组的动力输出，决定了动车组运行的高效性及稳定性。随着高速动车组的发展，不断提升的列车运行速度对牵引系统的稳定性要求提出了更高的挑战。本文基于目前动车组牵引系统的常见故障进行分析，提出针对不同故障的应急方法，為动车组牵引系统故障排除提供参考。 关键词动车组；牵引系统；故障分析 前言 随着高速动车组的发展，人们对动车组运行速度的要求越来越高。牵引系统作为动车组的驱动系统，其稳定性与高效性直接决定了动车组的运行速度。但是由于动车组运行里程较长，经过的线路环境不一，高速运行的振动较大导致牵引系统在运行过程中难免发生一些故障。本文基于目前运行的动车组的常见牵引系统故障进行分析，提出针对不同情况的故障的应急方法，为动车组牵引系统安全、稳定、高速运行提供帮助。 1 牵引系统简介 我国运行的动车组列车往往采用的是8编组模式，对称的两个牵引单元组成。牵引系统主要元器件有受电弓，真空断路器、牵引交流器、牵引变压器、逆变器、牵引电机等，牵引系统主电路简图如图1所示[1]。 2 常见故障分析 2.1 受电弓故障 动车组利用受电弓采集接触网上的25KV交流电，利用压缩空气驱动装置实现受电弓的上升与下降，受电弓上臂支撑的碳滑板与接触网相连接，具体结构如图2所示。 受电弓运行状态下最常见的故障为受电弓自动降弓，导致列车无法与接触网连接，电流供给受阻。由于受电弓与接触网距离太小，在运行线路上不建议进行检查，受电弓问题需返库处理。返库后确认受电弓气动系统是否正常，是否可以满足要求；确认手电弓碳滑板是否由于磨损超限导致受电弓自动降弓；确认受电弓整体是否被异物击伤，表面是否有损伤[2]。 2.2 牵引变压器故障 牵引变压器主边绕组通过高压电器与接触网连接，副边绕组接入牵引变流器中，整体采用水冷方式冷却。牵引变压器主要故障存在两个方面，第一个方面是
CRH380B动车组牵引传动系统 本章主要介绍动车组牵引传动系统工作原理及主要组成部件牵引变压器、变流器、牵引电机及限压电阻等电气设备结构、性能特点。 第一节动车组牵引传动方式 CRH380B动车组整列为一个高压单元，由两个对称的牵引单元组成（每四辆车为一个牵引单元），牵引单元间由车顶高压线缆连接。CRH380BL动车组由两个独立的高压单元组成（前、后八辆分别为一个高压单元），每个高压单元由两个对称的牵引单元组成（每四辆车为一个牵引单元），牵引单元间由车顶高压线缆连接。如图4-1所示 图4-1 CRH380BL动车组高压单元 CRH380B和CRH380BL动车组高压供电系统组成、工作原理基本相同：接触网高压电经受电弓进入动车组，经主断路器(MCB)等高压部件，一路直接进入本牵引单元、另一路经隔离开关(RLDS)、车顶高压电缆进入另一牵引单元。 CRH380B动车组牵引传动系统采用4动4拖的动力配置，01、03、06、08车为动车，02、04、05、07车为拖车，全列由2个牵引单元组成，每个牵引单元由1台变压器、两台变流器和2个动车的8台牵引电机组成，全车共计16台牵引电动机；CRH380BL动车组牵引传动系统采用8动8拖的动力配置，01、03、06、08、09、11、14、16车为动车，02、04、05、07、10、12、13、15车为拖车，全列由四个牵引单元组成，每个牵引单元由一台变压器、两台变流器和2个动车的8台牵引电机组成，全车共计32台牵引电动机。
第二节牵引系统构成及工作原理 一、原理及基本组成 CRH380B动车组整列为一个高压单元，由两个对称的牵引单元组成（每四辆车为一个牵引单元,如图4-2），牵引单元间由车顶高压线缆连接。 CRH380BL动车组由两个独立的高压单元组成（前、后八辆分别为一个高压单元），每个高压单元由两个对称的牵引单元组成（每四辆车为一个牵引单元），牵引单元间由车顶高压线缆连接。 图4-2 牵引单元 CRH380B(L)动车组高压供电系统组成、工作原理基本相同。接触网高压电经受电弓进入动车组，经主断路器(MCB)等高压部件，一路直接进入本牵引单元，接连接到牵引变压器的原边绕组，另一路经隔离开关(RLDS)、车顶高压电缆进入另一牵引单元。 牵引单元主要由主变压器、牵引变流器和牵引电机等组成。动车组高压设备安装在变压器车02、07、10（CRH380BL）、15（CRH380BL）车顶上，每个变压器车安装1架受电弓，正常运行时，每个高压单元仅升起1架受电弓，另一架受电弓备用，处于折叠状态。本高压单元高压部件或牵引单元发生故障时，可将故障受电弓或牵引单元隔离，不影响另一个动力单
CRH2型动车组牵引控制 牵引控制指牵引系统中的主要设备(受电弓、主断路器等)的管理及控制。 9.5.1受电弓管理 受电弓设置在T2-4车和M2-6车上，动车组只能由1个受电弓供电，当一个受电弓升起时，通过继电器(PanIR)联锁，另一个受电弓上升指令将不能发出。受电弓的升降可通过设置在操纵台和司机背面配电盘上的升/降开关进行控制或通过信息显示器触摸键进行切除和升弓操作。 (1)T2-4车和M2-6车上的联锁装置 如图9.45所示，在T2-4车、M2-6车上均设置升弓联锁继电器PanIR。当T2-4(M2-6)车的受电弓升起后，该 T2-4(M2-6)车的升弓联锁继电器PanIR励磁，通过联锁电路断开M2-6(T2-4)车的升弓电路，这样，在T2-4(M2-6)车的受电弓升起后，即使对M2-6(T2-4)车的受电弓进行升弓操作，也不会升起M2-6(T2-4)车的受电弓。 (2)升起受电弓控制
在接地保护开关(EGS)和主断器(VCB)断开时，接地保护开关EGSR和主断器辅助VCBRR得电，对应的触点闭合。如图9.46所示，升受电弓开关(PanUS)闭合后，升受电弓指令通过MCR、EGSR和VCBRR使106X线或者106Y线得电。106X 线得电是控制M2-6车上的受电弓升弓，106Y线是控制T2-4车上的受电弓升弓，升起哪个车的受电弓，由受电弓的切换开关(PanCGS)进行选择。如106Y线得电，PanUR得电励磁，PanUR的触点闭合。这时如果没有下降受电弓的指令，受电弓下降继电器(PanDWR)处于非励磁状态，受电弓上升电磁阀PanUV得电励磁，受电弓上升。 如果通过监控显示器输入升起受电弓的指令，单元指令继电器(UR04)切换到监控装置侧，监控装置通过UR04对PanUR励磁，实现升弓控制。 升弓状态被输入到终端装置并在信息显示器画面上显示。 (3)降下受电弓的指令 图9.46中VCB处于断开状态，主断路继电器(VCBRR)处于励磁状态，对应的触点闭合，受电弓下降开关(PanDS)闭合时，电源通过VCBRR和PanDS使107得电，107线被加压，受电弓下降继电器(PanDWR)被励磁，PanDWR常闭触点断开，PanUV成为非磁状态，受电弓下降。在受电弓下降开关合上时，同时给VCB断开指令的8线得电，控制VCB断开，以防
第六章 CRH2 型动车组牵引传动系统 第一节概述 一、CRH2 牵引传动系统基本组成 CRH2 动车组牵引传动系统主要由受电弓（包括高压电器设备）、牵引变压器、四象限变流器、牵引逆变器和牵引电机组成。1．高压电器设备高压电器主要作用是完成从接触网到牵引变压器的供电。主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。 CRH2 动车组采用 DSA250 型受电弓。该受电弓为单臂型结构，额定电压/电流为 25kV/1000A，接触压力 70±5N,弓头宽度约 1950mm，具有自动降弓功能，适应接触网高度为 5300～6500mm，列车运行速度 250km/h。 CRH2 动车组采用 CB201C-G3 型主断路器。主断路器为真空型，额定开断容量为 100MVA，额定电流 AC200A，额定断路电流 3400A，额定开断时间小于 0.06s，采用电磁控制空气操作。 CRH2 动车组采用 LA204 或 LA205 型避雷器。额定电压为 AC42kV （RMS），动作电压为 AC57kV 以下（V1mA，DC），限制电压为107kV。由氧化锌（ZnO）为主的金属氧化物组成,是非线性高电阻体的无间隙避雷器。 CRH2 动车组采用 TH-2 型高压电流互感器。变流比为 200/5A，用于检测牵引变压器原边电流值。CRH2 动车组 SH2052C 型接地保护开关。额定瞬时电流为 6000A（15 周），电磁控制空气操作，具有安全连锁。 2．牵引变压器 CRH2 动车组采用的是 TM210 型牵引变压器，
一个基本动力单元 1 个，全列共计 2 个。采用壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷方式。具有 1 个原边绕组 （25kV,3060kVA）、 2 个牵引绕组（1500V，2×1285kVA），一个辅助绕组（400V，490kVA）。 3．牵引变流器 CRH2 动车组采用的是 CI11 型牵引变流器，一个基本动力单元 2 个，全列共计 4 个。采用车下吊挂、液体沸腾冷却方式。主电路结构为电压型 3 电平式，由脉冲整流器、中间直流电路、逆变器构成，不设 2 次谐振滤波装置和网侧谐波滤波器，采用 PWM 方式控制。中间直流电压为 2600V～3000V（随起牵引电机输出功率进行调整）。1 个牵引变流器采用矢量控制原理控制 4 台并联的牵引电机。 4．牵引电机 CRH2 动车组采用的是 MT205 型牵引电机，每节动力车 4 个（并联），一个基本动力单元 8 个，全列共计 16 个。牵引电机为 4 极三相鼠笼式异步电机，采用架悬、强迫风冷方式，通过弹性齿型联轴节连接传动齿轮。 、CRH2 牵引传动系统工作原理 CRH2 动车组采用交流传动系统，主要由受电弓（包括高压电器设备）、牵引变压器、四象限变流器、中间环节、牵引逆变器、牵引电机、齿轮传动系统等组成。动车组受电弓从接触网获得AC25000/50Hz 电源，为了满足动车组牵引特性的要求，牵引电机需要电压频率均可调节的三相交流电源。 CRH2 动车组牵引传动系统组成原理如图 6－1 所示。受电弓将接触网的 AC25kV
第四章 动车组牵引传动系统 将司机发出的牵引指令按要求将电能转化为机械能，确保动车组实现动车组高速稳定的运行。这就需要牵引传动系统要有高度的可靠性和高效的转化能力。本章主要介绍CRH5型动车组牵引系统及辅助供电工作原理和功能。 第一节 动车组牵引传动方式 一、交流传动系统的基本组成 CRH5型动车组牵引系统使用交直交传动方式，主要由受电弓、主断路器、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。受电弓通过电网接入25kV 的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1770V 的交流电。降压后的交流电再输入牵引变流器，逆变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机牵引整个列车。 二、交流传动工作原理及技术特点 牵引传动系统工作原理示意图如4-1所示： 图4-1 牵引传动系统工作原理示意图 CRH5型动车组牵引系统主变压器使用油冷方式。异步牵引电机的功率为550kW ，采用体悬方式，由万向轴传递牵引力。动车组有两个相对独立的主牵引系统，每个牵引单元配备一个完整的集电、牵引及辅助系统，以实现所需的牵引和辅助电路冗余，其中一个单元由3辆动车加1辆拖车构成（M-M-T-M ），另一个单元由2辆动车加2辆拖车构成（T-T-M-M ）。见图4-2。 图4-2 牵引传动系统设备布置示意图 （一）每个动力单元带有一个主变压器和受电弓。在正常运行中，每列车只启用1个受 变压器 变流器 牵引电机 接触网 受电弓 高压电缆
电弓。每个牵引动力单元的牵引设备都由下列设备组成: 1.一个高压单元，带受电弓和保护装置； 2.一个主变压器； 3.两套或三套IGBT水冷技术的主牵引套件； 4.四台或六台异步牵引电机，底架悬挂，最大设计负载550kW（轮缘处功率）。由于每台电机是由一个独立的牵引逆变器驱动的，在同一车辆内轮对间轮径差最大为15mm的情况下，无需减小负载。每节动车装有两台牵引电机。 正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵引系统发生故障时，可以自动切断故障源，继续运行。 （二）图4-3为第一牵引单元原理示意图，4-4为第二牵引单元原理示意图，第二牵引单元与第一牵引单元及其相似，唯一的区别是仅配备一个辅助变流器（在正常运行条件下，对于整列车来说仅需要两个辅助变流器，第三个仅作备用，随时替换出现故障的辅助变流器）。 图4-3 第一动力牵引系统电路示意图
一、填空题 1．直流电机由定子与转子两大部分构成，两者之间存在气隙。 2．电枢是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。 3．单迭绕组的连接规律是，所有相邻的元件依次串联，同时每个元件的出线端依次连接到相邻的换向片上，最后形成一个闭合回路。 4.电枢磁动势对励磁磁场的产生的影响称为电枢反应。 5. 表征电动机输出机械性能的主要数据是转矩和转速。 6．对电动机启动的基本要求是：启动转矩要大，启动电流要小，启动设备简单、经济、可靠。 7．容许输出是指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。 8．电枢串电阻调速和降压调速方式属于恒转矩调速，弱磁调速属于恒功率调速方式。 9．直流电动机的制动方式有：能耗制动、反接制动、再生制动。 10．三相异步电动机转动的一般原理是基于法拉第电磁感应定律和载流导体在磁场中受到电磁力的作用这两个基本因素。 二、判断题 1．在实际应用的异步电动机中，是使用一个旋转的永久磁铁来产生旋转磁场的。（×） 2．异步电动机的转速低于旋转磁场的转速（√） 3．从三相异步电动机的工作原理可知，定子三相绕组是建立旋转磁场，进行能量转换的核心部件。（√） 4．异步电动机通过电磁感应把原边的电功率转换成副边的机械功率。（×） 5．由于旋转磁场是旋转的，对于转子上的每相绕组的导体来说，旋转磁场的北极和南极都能扫过他们，所以在绕组上产生的感应电动势应当是直流电动
势。（√） 6．随着负载的增加，转速下降，转子电流增大，定子电流减小。（×） 7.三相异步电动机的效率曲线和功率曲线都是在额定负载附近达到最高，选用电动机容量时，应注意与负载相匹配。（√） 8.当异步电动机启动时，转子绕组感应电动势最低，因而产生的感应电流也是最小的。（×） 9.直接启动的优点是操作简单，无需很多的附属设备；主要缺点是启动电流较大。（√） 10.三相异步电动机的转子回路中并入启动电阻后获得了比较大的启动转矩，但电动机的机械特性也变“软”了。（√） 三、简答题 1、直流电机由哪些主要部件组成？其作用如何？ 答：直流电机由定子与转子两大部分构成，两者之间存在气隙。定子主要用来建立主磁场，并作为电机的机械支撑，包括主磁极、换向极、机座(磁轭)、端盖和电刷装置等部件。 转子主要包括电枢铁芯、电枢绕组和换向器等部件，用来产生感应电动势、流通电流、产生电磁转矩，从而实现机电能量转换。 2、换向元件在换向过程中可能出现哪些电动势？是什么原因引起的？对换向各有什么影响？ 答:电抗电动势re：它是由于换向元件中电流变化时，由自感与互感作用所引起的感应电动势。它起阻碍换向的作用。电枢反应电动势ae：它是由于换向元件切割电枢磁场，而在其中产生一种旋转电动势，它也起着阻碍换向的作用。 3、造成换向不良的主要电磁原因是什么？采取什么措施来改善换向？ 答：直流电机产生换向火花的主要原因是；一、不在中性线上，二是、整流子磨损，云母高于整流子产生火花，三、电枢电流过大，四、励磁过校改善直流电机的换向；主要是将云母控制在规定范围内。二是调好中性，调好电枢电流和励磁电流。 4、比较鼠笼式电动机与绕线型电动机的特点？ 答：鼠笼型电机和绕线型电机的区别： 1.鼠笼式电机：转子绕组不是由绝缘导线绕制而成，而是铝条或铜条与短路环焊接而成或铸造而成。 2.绕线型电机：转子是铜线绕制的线圈，线圈末端是通过滑环引到启动控制设备上，因此绕线型电机具有启动电流小、并可以控制，启动转矩大等特性。 鼠笼型电机和绕线型电机的优缺点如下：