《电力牵引交流传动及其控制系统》报告——交流传动与直流传动优劣的比较
1.电力传动的发展 从十九世纪七十年代开始,人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台城市电车都在尝试直流供电牵引方式。1891年西门子试验了三相交流直接供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车, 1917年德国又试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。 1955年,水银整流器机车问世,标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。1957年,硅可控整流器( 即普通晶闸管) 的发明, 标志着电力牵引跨入了电力电子时代。大功率硅整流技术的出现，使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机)，很自然地被更优越的交-直传动(交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机)所取代。1965年,晶闸管整流器机车问世, 使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革, 全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮。随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展，20世纪70年代以后出现了交-直-交传动(交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机)，即所谓的交流传动，又很自然地取代了交-直传动。 与直流传动机车相比，交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因数高、等效干扰电流小等诸多优点，是目前我国铁路发展的必然趋势。
2．交流传动与直流传动的比较 2.1 机车工作原理的比较 2.1.1 直流传动电力机车工作原理 直流传动电力机车包括直直型电力机车和交直型整流器电力机车。 直直型电力机车是由直流电源供电，直流串励牵引电机驱动，通过串并联切换加凸轮变阻或晶闸管斩波器调阻（调压)方式进行调速和控制的机车。一般工矿用4轴电力机车串并联切换加凸轮变阻的电传动装置工作过程为:机车由受电弓从接触网取得直流电，经断路器QF，启动电阻R，向4台直流牵引电动机M1-M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所。随着4台牵引电动机接通电源即行旋转，电能转变为机械能，分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮实现牵引运行。 交直型整流器电力机车的能量传递是将接触网供给的单相工频交流电，经机车内部的牵引变压器降压，再经整流装置将交流转换为直流，然后向直流（脉流）牵引电动机供电，从而产生牵引力牵引列车运行。如图所示。
毕业设计任务书 一、课题名称： 电力机车交流传动系统分析 二、指导老师： 三、设计内容与要求： 1、课题概述: 早期电力机车常采用直流电机来实现牵引系统，随着电力电子技术的进步，VVVF逆变器控制的异步电机牵引系统得到了广泛的应用，替代了直流电机牵引系统。采用交流传动技术的电力机车具有性能好、可靠性高、驱动功率大、维护工作量小等直流传动无法比拟的优越性。因此，电力牵引交流传动已经取代了直流电机牵引系统，成为轨道交通实现高速和重载的唯一选择和发展方向。 本课题主要分析电力机车交流传动系统的组成结构和常见的主电路拓扑结构，交流传动系统各主要部件的功能和原理，以及各种交流传动控制技术的对比分析。 2、设计内容与要求： 1)设计内容 a)电力机车交流传动系统的发展现状分析 b)电力机车交流传动系统组成和各种主电路拓扑结构分析 c)电力机车交流传动系统各主要部件功能和原理分析 d)各种交流传动控制技术的对比和分析 e)结论 2)要求 a)通过检索文献或其他方式，深入了解设计内容所需要的各种信息； b)能够灵活运用《电力电子技术》、《交流调速技术》、《电力机车总体》 等基础和专业课程的知识来分析电力机车交流传动系统。 c)要求学生有一定的电力电子，轨道交通专业基础。 四、设计参考书 1、《现代变流技术与电气传动》 2、《HXD1型电力机车》
3、《HXD2型电力机车》 4、《HXD3型电力机车》 5、《电力牵引交流传动与控制》 五、设计说明书内容 1、封面 2、目录 3、内容摘要(200-400字左右，中英文) 4、引言 5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、分析、论证，设计结果的说 明及特点） 6、结束语 7、附录(参考文献、图纸、材料清单等) 六、设计进程安排 第1周：资料准备与借阅，了解课题思路。 第2-3周: 设计要求说明及课题内容辅导。 第4－7周：进行毕业设计，完成初稿。 第7-10周：第一次检查，了解设计完成情况。 第11周：第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。 第12周：毕业答辩与综合成绩评定。 七、毕业设计答辩及论文要求 1、毕业设计答辩要求 1)答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报 告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。 2)学生答辩时，自述部分内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的 原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。 3)答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知 识、设计方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新 能力。 2、毕业设计论文要求 文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。 3、图纸要求: 按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接
机车电传动及控制实验指导书 2006、12－27
交流调速SPWM变频电路及电压频率控制输出特性 「、实验目的 1、了解单相全桥逆变电路的工作原理及正弦波脉宽调制（SPWM调频、调压的工作原理 2、了解单相异步电动机变频调速的原理及异步电动机变频调速的基本参数、V/F曲线 3、掌握三相异步电动机交流调速（SPWM的基本原理和实现方法 1、实验设备 1、电力电子实验台（主机） 2、RTDJ41单相电容运转电动机（挂箱） 3、RTDJ10可调电阻器（挂箱） 4、RTDL17单相异步电动机SPW变频调节箱（挂箱） 5、RTDL14-2A三相异步电机变频调速系统（挂箱） 6、R TDJ37线绕式异步电机转子专用箱； 7、RTDJ36三相线绕式异步电机（△接法）； 8、测试转接盒； 9、根据自己的方案需要的实验设备。 10、双踪示波器 11 、万用表 三、实验原理 3E -弋 *
图2、三相SPWM 变频调速 图1和图2所示分别为单相和三相 SPWI 变频调速的主电路。单相异步电动机变频调速原理与三 相异步电动机基本相同，下面以三相异步电动机的调速原理来说明，由电机学可知，电机的转速表 达式为： 60 f , n - （1 一 s ） = n 。（1 一 s ） P 其中fi 为定子供电频率；P 为电机的磁极对数；S 为转差率，由上式可知改变定子供电频率 fl 可以改变电机的同步转速，从而实现了在转差率 S 保持不变情况下的转速调节，为了保持电机的最 大转矩不变，必须维持电机气隙磁通恒定，因而要求定子供电电压也随频率作相应调整。即 E^4.44f 1N 1K N1 ESN E 图3、异步电动机变频调速的控制特性 四、实验内容 1、 构建交流调速SPW M ：频电路，研究SPW 碉制的发生原理，测定与SPW 碉制有关的各种波形; 2、 研究比较在不同的 U/f 1比值下系统的特性。 五、实验方法 1按下实验台主电源电路面板上的启动按钮，打开 RTDL17挂箱的电源开关，通过频率设定按钮 在忽略定子阻抗压降的情况下, E 1 U 1，所以 其中, 1 c = 4.44N 1K N 为常数。 为使气隙磁通恒定，在改变定子频率的同时必须同时改变电压 似的恒磁通调速。 U ,即5二const 。从而实现近 f 1 在额定频率以上调速时， 定子电压不可能再与频率成正比地升高， 只能保持在额定值，即U=U N , 此时气隙磁通0随着频率f 1的升高反而比例下降，这一段可看作近似恒功率调速。 U 1 f 1N f 1
机车交流传动技术 一、简要的历史回顾 人所共知，机车发展按其动力来分，最早出现的是蒸汽机车，以后由蒸汽机车发展到内燃机车和电力机车。在电传动内燃机车和电力机车中，开始是直-直传动，尔后是交-直传动，70年代以后又出现要交-直-交传动，即所谓的交流传动。这种传动型式被认为是现代机车的标志，日益风靡世界。这样的发展道路是由客观规律所决定的，是历史发展的必然，是机车由低级向高级逐渐演变的必然结果。每种机车的出现和存在都是与当时的技术发展相适应的。比如随着大功率硅整流技术的出现，直-直传动很必然地被更优越的交-直传动所取代。同样，随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管（GTO）的出现和微机控制技术等的发展，交直传动很自然地被交-直-交传动所取代。 二、交流传动技术的特点和优点 人们很早地认识到交流传动的优越性。交流传动技术是一门综合技术，但其本质的特点是牵引电动机采用了交流异步电动机，其一系列的优点都是由此而表现出来的。交流传动机车所以成为现代机车发展的方向，正是由异步电动机的特点和优点所决定的。和传统的串激直流电动机驱动系统相比，交流异步电动机驱动系统的优越之处表现在机械、绝缘、耐热、耐潮、粘着、维修、效率、重量尺寸等诸多方面。 1、构造简单 异步电动机是所有电机中结构最简单的电动机，除轴承外，没有其他机械接触部分。串激直流电动机则不然，结构复杂。定子、转子都有绝缘要求很高的绕组，有换向器装置和电刷机构，磨擦部分多，接线复杂，机械转速受换向条件和机械强度的限制，只能达到2500r/min左右。而交流异步电动机转速可达4000r/min 以上，试验转速甚至可达6000r/min，这是直流电机所忘尘莫急的。 2、粘着性能好 （1）异步电动机有很硬的机械特性，所以当某电机发生空转时，随着转速的升高，转矩很快降低，具有很强的恢复粘着的能力。空转发生时，转速上升值不大，即使是同步转速，与原工作点的转速差不会超出5%以上。串激电动机则不然，转矩变化一点，转速就有很大的变化。 （2）异步电动机的工作点可以很方便地进行平滑调节，以实现最大可能的粘着利用，不会出现粘着中断情况。根据检测有关粘着控制的信号，准确、迅速地改变逆变器输出的电压和频率，寻求最佳工作点，使驱动系统既不能发生空转，又能充分发挥最大的牵引力。 （3）可实现各轴单独控制。当某台电机发生空转时，可调节该台电机，这样能充分利用机车的粘着性能。在交—直传动系统中，某轴空转时，需要使所有各轴电机卸载，这样就大大降低了机车的牵引能力。 由于上述特性和良好的控制功能，交—直流传动系统的粘着系数可以利用得很高。1992年美国铁路协会（AAR）在向四家机车制造厂提出的26台交流传动机车投标建议书中提出的粘着指标是：起动粘着系数45%，全天候牵引粘着系数是32%（GE公司在交—直传动机车上，采用“SENTRY”粘着控制装置后，全天候粘着系数是0.25~0.30）。如此之高的粘着利用，正是针对交流机传动机车所具有的良好的粘着控制而提出的，这对于交—直传动系统是不可想象的。德国四轴120型机车，可满足以往六轴机车的全部要求。 3、功率大，牵引力大 这个概念是指在其它条件大致相同的前提下，在机车结构所提供的空间条件下，可以装更大功率的异步电动机。如加拿大改造的CP4744号机车，在给定的设计空间条件下，直流电动机的功率大约被限制在600~700kW/轴。装用BBC6FRA40B异步牵引电动机，其功率可达1492kW/轴以上。正因如此，才可使机车的牵引功率大大提高。牵引功率大导致牵引力大，而又由于粘着性能好，大的牵引力能充分发挥其牵引能力。我们可以比较一下ND5型交直流传动机车和SD60MAC交流传动机车的牵引力情况：ND5机车的柴油机的标定功率为2940kW，起动牵引力为533.6kN，持续速度为22.2km/h时的持续牵引力为359.8kN；SD60MAC机车的柴油
中国南车集团株洲电力机车有限公司 设计文件 HXD1B型大功率交流传动电力机车 总体说明书 更改单编号 版本0.1 编 制 日 期 审 核 日 期 批 准 日 期
大功率交流传动9600kW六轴货运电力机车总体说明书 1 概述 大功率交流传动HX D1B型六轴9600kW交流传动电力机车在引进、消化、吸收HX D1型机车基础上进行自主再创新的成果，该型机车研制时紧紧围绕机车九大关键技术和十项主要配套技术，遵循先进、成熟、经济、适用、可靠的技术原则，按照模块化、标准化、系列化的要求，优化设计和制造，研制的适应铁路运输需要的六轴交流传动7200kW干线电力机车。机车设计、制造和试验等采用的技术标准是IEC、UIC、EN、DIN、GB及TB等相关标准。该型机车设计使用寿命30年。机车主要特点是： 采用模块化、标准化、通用化设计，并充分考虑噪音、防火、安全及维护等设计要素。 主电路：机车设有2个水冷牵引变流器，每个变流器包含2个四象限整流器以及3个为相应3台牵引电动机供电的主逆变器和1个为辅助设备供电的辅助逆 变器。整流器和逆变器均采用 6.5kV/600A IGBT。逆变器电机控制上采用单轴 控制技术，粘着利用率高；轴牵引功率1600kW，电制动采用再生制动。 辅助电路：机车辅助采用主辅一体化设计，辅助逆变器供电（集成在主逆变器中），可实现在过分相时不间断供电。辅助变流器分别由恒频恒压变流器（CVCF）与变频变压变流器（VVVF）两个模块构成，实现100%故障冗余。辅机采用无级 闭环控制，效率高，节能降噪。 控制网络：机车采用SIBAS 32微机控制系统，实现网络化、模块化，使机车控制系统具有控制、诊断、监测、传输、显示和存储功能，控制网络应符合IEC 61375 的标准要求。机车内部的通讯通过MVB总线实现，机车间的通讯通过WTB总线 实现，通过WTB总线进行多机(最多三台)重联控制及显示功能，CCU采用双套 热备冗余，具有当代机车微机网络控制的先进性； 设备布置：机车总体结构为双司机室、机械间设备按斜对称原则布置、中间走廊、采用预布线和预布管设计。 通风方式：机车采用独立通风方式，具有先进的冬夏季转换功能，保证机车内部清洁的环境和良好的通风效果。 车体：车体采用整体承载结构型式，全部由钢板及钢板压型件组焊而成的全钢焊接结构，车体纵向压缩载荷取3000kN，纵向拉伸载荷取2500kN。以中央纵梁 作为主要传递牵引力的构件，具有高强度低重量的优点，适合重载牵引。
摘要：近年来, 为了适应“提速、重载”的要求, 功率大、性能技术先进的新型国产内燃、电力机车的投人运用, 成为我国铁路运输的主要牵引动力。自1995年以来, 我国铁路机车迅速更新换代, 不仅蒸汽机车迅速退出历史舞台, 而且国产第一代内燃机车和第二代内燃机车的早期产品也批量报废, 国产第一代电力机车早期产品已开始批量报废, 第二代国产电力机车正通过大修改造为第三代相控电力机车。近年来, 大批量生产的是适应“提速、重载”的第三代内燃、电力机车, 并在积极研制第四代新型内燃、电力机车。本文简要介绍了机车电力传动形式的转变历程，回顾了交流传动的发展历史，揭示出电力电子技术与电传动技术的密切关系，重点阐述了我国电力牵引技术的发展与现状，并展望了以交流传动技术为方向的我国铁路机车车辆装备制造业的发展前景。 关键词：电力机车传动，控制技术，发展与现状。
目录 1.电力传动形式的转变 (3) 2.交流传动技术 (4) 2.1 交流传动技术的发展 (4) 2.2交流传动技术的原理简介 (6) 3.我国机车电传动技术的发展 (6) 3.1 第一代电力机车控制技术 (6) 3.2 第二代电力机车控制技术 (7) 3.3 第三代电力机车控制技术 (8) 4.展望 (10) 参考文献： (11)
1.电力传动形式的转变 从很早的年代开始,人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台城市电车都在尝试直流供电牵引方式。1891年西门子试验了三相交流直接供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车, 1917年德国又试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。 1955年,水银整流器机车问世,标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。1957年,硅可控整流器( 即普通晶闸管) 的发明, 标志着电力牵引跨入了电力电子时代。大功率硅整流技术的出现，使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机)，很自然地被更优越的交-直传动(交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机)所取代。1965年,晶闸管整流器机车问世, 使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革, 全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮。随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展，20世纪70年代以后出现了交-直-交传动(交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机)，即所谓的交流传动，又很自然地取代了交-直传动。
第一章 机车总体 1. 概述 以在中国国内的主干线上进行大型货运为目的，设计并制造了HX D3型交流大功率电力机车。 此机车采用PWM矢量控制技术等最新技术的同时，尽量考虑对环境保护，减少维修工作量。另外，考虑能够在中国全境范围内运行为前提，在满足环境温度在-40℃ ～ +40℃，海拔高度在2500m以下的条件的同时，最大考虑到4组机车重联控制运行。 2. 机车主要特点 2.1 轴式为C 0-C ，电传动系统为交直交传动，采用IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩 异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。 2.2 辅助电气系统采用2组辅助变流器，能分别提供VVVF和CVCF三相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。 2.3 采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能，而且实现了机车的网络重联功能。 2.4 总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧；采用了规范化司机室，有利于机车的安全运行。 2.5 采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高车体的强度和刚度。 2.6 转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧；采用整体轴箱、推挽式低位牵引杆等技术。 2.7 采用下悬式安装方式的一体化多绕组（全去耦）变压器，具有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。 2.8 采用独立通风冷却技术。牵引电机采用由顶盖百叶窗进风的独立通风冷却方式；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器，由车顶直接进风冷却；辅助变流器也采用车外进风冷却的方式；另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。 2.9 采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。机械制动采用轮盘制动。 2.10 采用了新型的模式空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。
《机车车辆传动与控制》作业参考答案 一、名词解释： 1.加馈电阻制动: 为了改善电阻制动在低速时的制动特性，须维持制动电流不随机车速度降低而下 降。要维持制动电流不变，必须要有外部电源对制动回路补充供电，以使制动电流（电枢电流）不变，实现低速恒制动力特性，这种方法称为“加馈电阻制动”。 在电力机车电阻制动中，加馈电源由主变压器和主整流桥相控输出整流电压U d提供，对制动回路实施电流加馈，以维持制动电流不变，即达到恒制动力特性。 Z a d Z R E U I + =，要维持制动电流不变，加馈电压必须要与发电机感应电势同步反向变化，即 发电机输出电压减小多少就由U d补偿多少，直至加馈整流桥输出电压达到最大值为止，加馈制动功率达到最大值，加馈制动过程结束。此后，电力机车将按照最大励磁电流特性进行制动。 2.电阻制动：电阻制动属动力制动，是利用电机的可逆原理，将牵引电动机改为他励发动机运行， 将列车的惯性能量转化为电能的一种非摩擦制动方式，在动力轴上产生与列车运行方向相反的阻力性转矩，阻碍列车运行，对列车实施制动。 电阻制动将发电机输出的电能消耗在制动电阻上，以热能的形式散失掉。 3.牵引特性：机车牵引特性是指机车轮周牵引力F与机车速度v之间的关系，即F=f(v)， 它是表征机车性能的重要指标，是列车运行牵引计算的依据。 4.（相控电力机车）特性控制: 特性控制是目前广泛用于国产机车上的一种控制方式。它是恒流控 制和准恒速控制的结合，即机车牵引特性具有恒流启动和准恒速运行的双重性能。 二、简答题： 1.简述列车电力传动系统的基本组成及其功能。 答：列车电力传动系统一般由能源供给单元、变换单元、动力输出单元和控制单元等部分组成。 列车电力传动系统的基本组成如下图所示。 能源供给单元：系统提供适当的工作能源，一般有一次能源石油和二次能源电能。一次能源主要为柴油，二次能源电能通过接触网线提供； 变换单元是将工作能源通过相应的装备变换成动力输出单元（负载）所需要的电能，提供给动力输出单元。柴油机将一次能源柴油转换为机械能，拖动牵引发电机组工作产生电能。 接触网线上的二次能源电能通过车载受电装置引入车内，经变流环节变换为合适的电能，供 给动力输出单元； 动力输出单元主要由牵引电动机、传动装置和转向架轮对组成，牵引电动机接受电能并将其转换为机械能从转轴上输出，通过传动机构带动车轮旋转，在轮轨之间产生牵引力，牵 引列车运行； 控制单元是电力传动系 统的中枢神经部分，承担着整 个系统各单元内部及相互间 的控制和通信任务。 列车电力传动系统基本组成框图
交流传动电力机车司机室设计规范 1范围 1.1本规范规定了交流传动电力机车司机室布置的简统化模式和原则，该设计规范以运装技验[2004]177号文批准的《机车、动车组司机室设计规范》为基础，根据交流传动机车的技术特点和近年来铁道部的各项新规定，结合近几年铁路牵引设备行业技术的发展，进行了相应的调整和更新。 1.2本规范仅适用于交流传动电力机车。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误内容)或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版适用于本规范。 UIC651 OR-2002机车、有轨电车、动车组、驱动拖车的司机室布置 GB/T 3317 电力机车通用技术条件 GB 5914.1 机车司机室了望条件 GB 5914.2 机车司机室前窗、侧窗和其他窗的配置 GB/T 6769 机车司机室布置规则 GB 6770 机车司机室特殊安全规则 GB 6771 电力机车防火和消防措施的规程 GB 10000 中国成年人人体尺寸 GJB 2873-1997 军事装备和设施的人机工程设计准则 TB/T 1736 内燃、电力机车车型及车号编制规则 TB/T 2868 机车、动车司机室布置规则 TB/T 2961 机车司机室座椅 3司机室 3.1概述 司机室的设计必须给司乘人员提供良好的人机界面、便利的操作空间、充分的瞭望条件。同时也应设置基本的辅助设施，为司乘人员提供安全、可靠、舒适的工作环境。室内设备的布置应符合人机工程原理且必须满足单司机操作的要求。每台机车具有两个相同操作功能的司机室，分别设在机车两端。 3.2司机室总体要求 a) 司机室设计必须符合该设计规范； b) 司机室布置必须保证当司机坐着和驾驶时应面向前方线路,且司机可以站立操作， 符合GB/T 6769中相关的要求； c) 司机室内实际有效空气容量不小于10m3，如果司机室有充足的通风或空气调节， 则此值可以适当降低。司机室空间的其他控制尺寸应符合GB/T 6769中第3.2.1
《机车车辆传动与控制》课程复习资料 一、名词解释： 1.电阻制动 2.(相控电力机车)恒压控制 3.(相控电力机车)速度控制 4.(相控电力机车)中央控制单元 5.(相控电力机车)传动控制单元 6.(相控电力机车)逻辑控制单元 7.电压型牵引变流器 8.电流型牵引变流器 9.两电平式逆变器 10.(异步牵引电动机)恒磁通调速 11.(异步牵引电动机)恒功率调速 12.间接矢量控制 二、简答题： 1.试分析并联运行时串励牵引电动机、并励牵引电动机的负载分配情况。 2.简述直流牵引电动机的调速方式。 3.分析相控电力机车传动系统电气线路的类型及作用。 4.电力机车的相控调压方式选择原则是什么？ 5.电阻制动受哪些因素影响？ 6.什么是加馈制动？简述加馈电阻制动的作用与过程。 7.简述影响相控电力机车牵引特性的主要因素及牵引特性的工作范围。 8.简述我国干线相控电力机车主电路的基本技术特征。 9.简述相控电力机车辅助电路的组成及其功能。 10.简述电力牵引交流传动技术组成。 11.简述交流传动列车牵引特性及控制策略。 12.简述牵引变流器的类型及特点。 13.简述四象限脉冲整流器的基本工作原理。 14.简述电压型四象限脉冲整流器的特征。 15.简述三电平式脉冲整流器PWM控制原理。 16.简述牵引变流器中间直流储能环节的的作用和组成。 17.分析矢量控制的基本思想。 18.分析转子磁链电压模型的基本工作原理及优缺点。 19.分析直接转矩控制的基本思想及控制方法。 20.直接转矩控制(DTC)与矢量控制(VC)在控制方法上有何异同？ 三、综合分析题： 1.试分析SS8型电力机车整流调压电路工作方式、调压过程及其磁场削弱电路的工作过程。 2.试分析电动车组(EMU)的牵引特性与控制策略。
电力机车调速 电力机车调速 电力机车调速电力机车牵引列车运行中，根据运行条件对机车的运行速度进行控制和调节的技术.电力机车调速的目的是充分发挥机车的功率，提高运抽能力，完成运输任务。列车在线路上由于线路状态、坡度、曲线和牵引重量不同，及遇有临时线路施工、进出站等需要急行或停车的情况，速度变化范围较大，要求电力机车具备良好的调速性能，以满足运行需要。对调速的基本要求:①在调速过程中不能中断主电路供电，由一个速度级转换到另一速度级应平稳过渡，避免牵引力突变引起列车冲动。②不因调速引起倾外能量损耗。③调速方法应力求简便、可靠。调速原理电力机车调速实质是牵引电动机(电力机车电机电器)的调速问题。电力机车是以牵引电动机通过齿轮等传动装置驱动机车运行的。电力机车中应用较多的是直流串励电动机(见直流电动机)，这种电动机有调速简单，调节范围广，起动力矩大等优点。直流串励电动机的转速公式为 U.一I.R. C巾，r/min 式中U.为牵引电动机端电压，V;1.为电枢电流，A;凡为牵引电动机电路中总电阻，n;巾为励磁磁通，Wb， c.为电动机结构常数。从公式可知，改变U.、凡以及巾，均可改变电动机的转速，达到调速目的。分类电力机车的调速分为直流电力机车调速、交流电力机车调速、交流一直流一交流传动系统变频调速。直流电力机车调速又可分为变阻调速、变压调速、变磁调速(磁场削弱〕、斩波调速。前三种为有级调速，最后一种为无级平滑调速。变阻调速:其基本工作原理是改变串接在牵引电动机电路中的电阻值以调节机车的速度. 按运行要求，改变可调电阻R的数值，即可改变牵引电动机的端电压，从而使机车的速度变化。变阻调速的值再进一步提速，可充分发挥高速运行时牵引电动机的功率。此时通过采用主极绕组上并联分路电阻(R、与 RZ并联)来减少牵引电动机主极磁通必(一般称为磁场削弱)，从而使电机电流一部分流经分路电阻，减少励磁电流，即相应减少磁通。这种调速方法简单、方便.利用改变分路电阻值的方法，即可得到几个不同的磁场削弱强度.斩波调速:在直流接触网电压电源与直流牵引电动机之间接人可控晶闸管直流斩波器，通过调节可控晶闸管每一周期内导通时间(即改变导通比)，可以改变牵引电动机的端电压，从而调节机车的运行速度. 这种斩波调速方法，不仅损耗小而且可以无级平滑调速。在地下铁道、动车及城市无执电车上广泛采用斩波调速。(见斩波控制直流调速) 交流电力机车调速在交流电力机车中，以整流器式电力机车用的最多。它由单相高压交流接触网供电，经过机车的牵引变压器降压和整流装t整流后以低压直流(实为脉流)形式供给直流牵引电动机.由于这种电力机车上装有牵引变压器、整流器，可以采用多种调压方式。这些调压方式既可用改变牵引变压器输出电压方法来调节牵引电动机的端电压，也可用直接改变整流装置的整流电压方法来调节牵引电动机的端电压，以达到电力机车调速的目的。利用牵引变压器调压方法进行机车调速的优点是:调压电路简单，调速范围广，经济运行级多，调节方便，功率因数和效率比较高。采用直接改变整流电压调速方法，即晶闸管相位控制调压，则可实现平滑无级调速，即每级均可长期运行，都是经济运行级。 (l)牵引变压器调压方法分为高压侧调压及低压侧调压两种，使用较多的是低压侧调压。 1)高压侧调压:改变牵引变压器的高压侧绕组 (即一次绕组)抽头，调节其输出电压，从而达到机车调速目的。高压侧调压的基本原理如图4所示。变压器的基本关系式为竺_丛.0._。坠 uZw:’一‘一’wz 式中WI为高压绕组匝数;WZ为低压绕组匝数;“，为牵引变压器输入电压;uZ
HXD3型交流传动电力机车转向架 庞杨（车辆工程13级-2班） 摘要：转向架是机车的走行部分，除了支承车体上部的重量和传递牵引力、制动力外，它对机车动力学性能、牵引性能和安全性能起着重要的作用。保证轮轨间必要的粘着，使轮轨接触处产生必要的轮轨力保证机车正常的牵引和制动。缓和线路对机车的冲击，保证机车运行的平稳性和稳定性。保证机车顺利通过曲线和侧线。HXD3型机车作为重载货运牵引的电力机车，转向架设计在满足各项基本性能要求前提下，着重考虑的是机车粘着重量利用率、构架和牵引装置的强度。 关键词：转向架、车轴、车轮、制动装置、支撑装置
目录 1.总论 (3) 2.转向架的受力及传递 (3) 2.1纵向力 (4) 2.2横向力 (4) 2.3垂向力 (4) 3.转向架主要技术参数 (4) 4. 构架 (5) 4.1构架简介 (5) 5. 轮对及驱动装置 (6) 5.1轮对及驱动装置简介 (6) 6. 驱动装置 (7) 6.1驱动装置简介 (7) 6.2驱动装置的主要技术参数 (7) 7. 轴箱装配 (8) 7.1轴箱装配简介 (8) 7.2油脂及加脂方式 (9) 8. 基础制动装置 (10) 8.1基础制动装置简介 (10) 9.支承装置 (11) 9.1支承装置简介 (11) 10.牵引装置 (12) 10.1牵引装置简介 (12)
11.附属装置 (13) 11.1附属装置简介 (13) 11.2转向架的配属管路 (13) 11.3轮缘润滑装置 (13) 11.4踏面清扫器PX6 (13) 11.5扫石器 (14) 11.6撒砂装置 (14) 11.7撒砂管加热器 (14) 参考文献 (14) 1.总论 转向架是机车的走行部分，除了支承车体上部的重量和传递牵引力、制动力外，它对机车动力学性能、牵引性能和安全性能起着重要的作用。保证轮轨间必要的粘着，使轮轨接触处产生必要的轮轨力保证机车正常的牵引和制动。缓和线路对机车的冲击，保证机车运行的平稳性和稳定性。保证机车顺利通过曲线和侧线。HXD3型机车作为重载货运牵引的电力机车，转向架设计在满足各项基本性能要求前提下，着重考虑的是机车粘着重量利用率、构架和牵引装置的强度。 本车的前、后两个三轴转向架的结构相同。转向架主要由构架、轮对装配、轴箱、电动机悬挂装置、基础制动装置、支承装配、牵引装置和附件装配等组成。 2.转向架的受力及传递 转向架在运行中主要承受三种力:纵向力,横向力和垂向力。
《电力牵引交流传动及其控制系统》报告 交流传动与直流传动优劣的比较
1.电力传动的发展 从十九世纪七十年代开始，人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台城市电车都在尝试直流供电牵引方式。1891年西门子试验了三相交流直接供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车,1917年德国又试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素，未能成为牵引动力的适用模式。 1955年，水银整流器机车问世，标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。1957年，硅可控整流器（即普通晶闸管）的发明，标志着电力牵引跨入了电力电子时代。大功率硅整流技术的出现，使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动（直流发电机或直流供电-直流电动机），很自然地被更优越的交-直传动（交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机）所取代。1965年，晶闸管整流器机车问世，使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革，全球兴起了单相 工频交流电网电气化的高潮。随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管（GTO）的出现和微机控制技术等的发展，20世纪70年代以后出现了交-直-交传动（交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机），即所谓的交流传动，又很自然地取代了交-直传动。 与直流传动机车相比，交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因数高、等效干扰电流小等诸多优点，是目前我国铁路发展的必然趋势。
2 .交流传动与直流传动的比较 2.1机车工作原理的比较 2.1.1直流传动电力机车工作原理 直流传动电力机车包括直直型电力机车和交直型整流器电 力机车。 直直型电力机车是由直流电源供电，直流串励牵引电机驱动，通过串并联切换加凸轮变阻或晶闸管斩波器调阻（调压）方式进行调速 和控制的机车。一般工矿用4轴电力机车串并联切换加凸轮变阻的电传动装置工作过程为：机车由受电弓从接触网取得直流电，经断路器QF启动电阻R,向4台直流牵引电动机M1-M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所。随着4台牵引电动机接通电源即行旋转，电能转变为机械能，分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮实现牵引运行。 交直型整流器电力机车的能量传递是将接触网供给的单相工频交流电，经机车内部的牵引变压器降压，再经整流装置将交流转换为直流，然后向直流（脉流）牵引电动机供电，从而产生牵引力牵引列车运行。如图所示
一．概述： 随着现代电力电子器件、智能功率集成模块问世，控制理论及微电子技术的发展使异步电动机的调压变频调速得以顺利实现，从而使交流变频传动广泛应用于国民经济各部门，并正在逐步取代直流传动系统，同时随着大功率自关断器件的日趋完善和以微处理器件为核心的数字控制技术的发展更促进了交流变频传动系统在城市交通车辆中的应用。 二．变频传动技术在国外的应用情况 城市轨道机车在国外发展已有100多年的历史，随着现代技术的应用及发展，其电力传动系统有了很大的变化，其驱动与调速系统由最初的变阻调速发展到斩波器调速，进而发展到应用交流三相异步牵引电动机采用调压变频调速（VVVF）的传动技术。由于这种变频传动技术的优良性，因此目前世界上德、日等发达国家近来研制的地铁和轻轨车辆几乎全部采用交流电传动变频调速技术。而且随着能源、环保与人类的关系越来越密切，采用这种调速技术的机车将会被更广阔的市场及社会所接受。 例，根据有关资料记载的德国采用BR120型交流变频传动电力机车试验的结果表明这种性能的机车比直流传动车辆具有以下显著的优点： ①.在相同粘重时,牵引力提高30%; ②.功率因素高(COSφ可达到1),电网利用率提高30%; ③.由于它采用电力电子器件取代了有触点器件,维修费可降低50%; ④.无故障运行超过40万KM; ⑤.节能显著,采用GTO变频器的交流电传动装置比相同容量使用斩波调速的直流传动装置效率可提 高6～7%。据有关资料介绍，一辆5600KW的机车每小时可节电392度,若按年运行3000 小时,则每年节电可达117.6万度。其显著的节能效果，将会带来显著的社会经济效益。 目前国际上，在交流电传动车辆处于领先水平的日本和德国基本都是采用PWM（交-直-交）型GTO-VVV逆变器（简称GTO变频器）和异步牵引电动机配套组成变频传动系统。 日本在1990年后生产的GTO变频器容量就达到了4500V、3000A。日本于1991年11月统计公布的所有日本交流变频调速车的主要参数。其本上都是采用由日立、东芝、三菱电机、富士电机和东洋电公司制造的GTO变频器。东洋公司从1986年到1990年底止，就已为23种车型提供的GTO变频器。据有关资料介绍，1 9 9 4年日本生产的1 0 0 KW以下的中小功率变频器已达1 00万台。除日本外，欧美等发达国家目前已形成了较完整的变频器技术产业体系。 目前，世界上德、日等发达国家近年来新研制的地铁和轻轨列车，几乎全部采用交流变频传动技术；而三点式逆变器用于交流传动系统，在德国和日本则已有应用，在1993年德国就已经有成千台用此方案构成的IGBT三点式逆变器用于轻轨电车上。 三．变频传动技术在我国城市交通车辆上应用的特点及效益 1）.交流变频调速传动的车辆的优点： 交流变频传动系统一般由三相交流异步电动机、变频器及其控制装置组成。它与直流传动系统相比其显著的优点如下： 异步电动机比直流电动机结构简单，没有换向器，运行可靠，重量轻，效率较高而且价格低廉。其机械特性较硬,具有优异的牵引性能。而用其控制电路比直流传动系统简单，维护十分容易。 2）目前，我国使用新型的变频节能无轨电车的节能情况： 如广州本田公司将200台变频电车取代152台电阻式控制的旧电车和48台斩波控制车。在实际的营运路线上，他们分别对各种电车进行了耗电量测定，他们测量的结果表明，新型车
第三节交流传动机车的控制系统 对于铁路牵引，要求传动系统按照一定的控制方式（如恒力矩和恒功率）运行，同时又要不断地进行加速或减速。为了保证机车牵引系统有较高的静态控制精度和动态稳定性，机车上通常采用闭环控制系统 在任何一个传动系统中，速度和转矩值通常被认为是两个重要的被调量。控制转矩，有两种方法：一种是由相关联的其它物理量作为给定信号，并检测这些量的实际值作为反馈信号（如电压、定子电流和转差频率），来有效地控制电机的转矩；另一种是利用检测的或计算的转矩作为反馈信号，与给定的转矩作比较，产生转矩调节器的输入信号，来直接控制传动系统的转矩。前者已广泛的应用在各种交流传动机车和动车组上；后者也称为直接力矩控制，它是迄今为止最佳的控制方法，已经在机车上采用。 交直交变频调速系统经过近十多年来的发展，出现了许多形式，例如，电压、频率协调控制的变频调速系统，转差频率控制的变频调速系统，谐振型变频调速系统，矢量控制的变频调速系统和直接转矩控制的变频调速系统等。 一、转差频率控制的交流传动系统 目前，在铁路牵引的交流传动系统中，大都采用脉宽调制（PwM）逆变器，这种逆变器的特点在于：当控制系统给定电压***和频率***时，PWM信号生成单元控制逆变器的输出总能保证电动机气隙磁通******接近恒值，这就满足了关于恒磁通控制的要求。 根据****，转矩T 只取决**的值，如果系统能合适的控制**以及**随**的变化规律，就能使电动机按照要求的运行方式控制力矩。 如图***所示的系统控制结构，是已经在一些机车和动车组上采用的实例。从基本特征来看，它是一种由电压型逆变器供电并具有电流反馈的转差闭环的双闭环控制系统。从司机室送出的给定转矩**信号，一路通过**函数发生器产生给定的转差频率**，它与反馈的转速信号**相加得********（牵引）或想减得******（再生制动），确定了逆变器输出电压频率。考虑到恒转矩对磁通****的要求，系统中设置了一个电压函数发生器，其函数关系为，***是考虑零速度附近对定子绕组压降的补偿。给定转矩信号**的另一路经过电流函数发生器转换成电流给定信号***，与实际测得的电流比较后，经电流调节器得偏信号***，和***合成后得电压控制信号**。 取*****，其中**反映电流反馈控制的影响。当实际电流给定电流，使**增加；反之，**减小。在**的组成中，**所占的比重大，可以保证电压和频率按线性关系调节。 转差频率控制除应用于电压源逆变器传动系统外，还较多地用于电流源逆变器传动系统。电流源转差频率控制的运行方式与电压源相同，即：从零速度到额定速度为恒转矩运行区；在额定速度以上，电机端电压保持恒定，进入恒功运行区，当电动机以恒转矩运行时，其先决条件是磁通恒定，或者说需要激磁电流Im恒定。但Im不是一个独立变量，它与定子电流11与转差频率**之间存在一定函数关系。 图***所示是采用转差闭环控制的电流控制的电流源异步电机传动系统。在该系统中，由于电流反馈取自中间直流回路，又因为***与***成正比，所以**和***之间存在与***和***之间类似的函数关系。 在系统结构图中，转速偏差信号经速度调节器和绝对值电路处理，产生电流给定信号。电流反馈信号，一路追踪，并经电流调节器后去控制系统电流；另一路由人函数发生器得出转差频率绝对值，由***加转速反馈信号，得频率控制信号****。另外，当转速偏差信号为正时，转差频率有正符号，系统处于牵引状态；反之，转差频率为负符号，系统处于制动状态
《机车车辆传动与控制》作业参考答案 （0-2章） 一、名词解释： 1.加馈电阻制动：为了改善电阻制动在低速时的制动特性，须维持制动电流不随机车速度降低而下降。要 维持制动电流不变，必须要有外部电源对制动回路补充供电，以使制动电流（电枢电流）不变，实现低速恒制动力特性，这种方法称为“加馈电阻制动”。 在电力机车电阻制动中，加馈电源由主变压器和主整流桥相控输出整流电压U d提供，对制动回路实施电流加馈，以维持制动电流不变，即达到恒制动力特性。 Z a d Z R E U I + =，要维持制动电流不变，加馈电压必须要与发电机感应电势同步反向变化，即发电机输出电压减小多少就由U d补偿多少，直至加馈整流桥输出电压达到最大值为止，加馈制动功率达到最大值，加馈制动过程结束。此后，电力机车将按照最大励磁电流特性进行制动。 2.电阻制动：电阻制动属动力制动，是利用电机的可逆原理，将牵引电动机改为他励发动机运行，将列车 的惯性能量转化为电能的一种非摩擦制动方式，在动力轴上产生与列车运行方向相反的阻力性转矩，阻碍列车运行，对列车实施制动。 电阻制动将发电机输出的电能消耗在制动电阻上，以热能的形式散失掉。 3.牵引特性：机车牵引特性是指机车轮周牵引力F与机车速度v之间的关系，即F=f(v)，它是表征机车性 能的重要指标，是列车运行牵引计算的依据。 4.（相控电力机车）特性控制：特性控制是目前广泛用于国产机车上的一种控制方式。它是恒流控制和准 恒速控制的结合，即机车牵引特性具有恒流启动和准恒速运行的双重性能。 二、简答题： 1.简述列车电力传动系统的基本组成及其功能。 答：列车电力传动系统一般由能源供给单元、变换单元、动力输出单元和控制单元等部分组成。列车电力传动系统的基本组成如下图所示。 能源供给单元：系统提供适当的工作能源，一般有一次能源石油和二次能源电能。一次能源主要为柴油，二次能源电能通过接触网线提供； 变换单元是将工作能源通过相应的装备变换成动力输出单元（负载）所需要的电能，提供给动力输出单元。柴油机将一次能源柴油转换为机械能，拖动牵引发电机组工作产生电能。接触网线上的二次能源电能通过车载受电装置引入车内，经变流环节变换为合适的电能，供给动力输出单元； 动力输出单元主要由牵引电动机、传动装置和转向架轮对组成，牵引电动机接受电能并将其转换为机械能从转轴上输出，通过传动机构带动车轮旋转，在轮轨之间产生牵引力，牵引列车运行； 控制单元是电力传动系统的 中枢神经部分，承担着整个系统 各单元内部及相互间的控制和通 信任务。 列车电力传动系统基本组成框图