.. . … 目录 1. 概述 (1) 1.1 电力牵引的特点 (1) 2. 电力机车的传动方式 (2) 2.1 直-直流传动 (2) 2.2 交-直流传动 (3) 2.3 直-交流传动 (3) 2.4 交-直-交流传动 (3) 3. 我国机车电传动技术的发展与现状 (4) 3.1 交-直传动技术的发展 (4) 3.2 交流传动技术的发展 (5) 4. 动车组的牵引传动系统的现状 (6) 5. 电力牵引传动系统网侧原理图 (8)
1.概述 1.1电力牵引的特点 电力机车属非自带能源式机车，电力牵引具有一系列燃牵引所不及的优越性，表现在以下几方面： 1、电力机车的功率大 燃机车功率受到柴油机本身容量、尺寸和重量的限制，故机车功率不能过大。而电力机车不受上述条件的限制，机车功率（或单位重量功率）要大得多，目前轴功率已达1000kW（若交流牵引电动机可达1600kW）。一台电力机车的牵引能力相当于1.5台（或更多一些）燃机车的牵引能力。由于电力机车功率大、起动快、允许速度高，所以能够多拉快跑，极提高了线路的通过能力和输送能力。 2、电力机车的效率高 由于电力牵引所需的电能是由发电厂（或电站）集中产生，因此燃料的利用率要比燃牵引高得多。由火电厂供电的电力牵引的效率高达35%，由水电站供电的电力牵引则更高，可达60%以上。而燃牵引的效率约为25%左右，而且柴油价格较贵，有燃烧排放污染。 3、电力机车的过载能力强 机车在起动列车或牵引列车通过限制坡道时，其过载能力具有很大的意义。由于电力机车的过载能力不会受到能源供给的限制，而牵引电动机的短时过载能力总是比较大。因此，电力机车所需的起动加速时间一般约为燃机车的1/2，从而能够提高列车速度。 4、电力机车的运营费用较低
国内外电力牵引传动与控制技术的现状与发展 交通设备1003班叶文斌宋文强卢志文康杨 摘要： 始于上世纪70年代初的交流电传动技术已经从晶闸管技术发展到GTO技术。交流电传动技术的不断成熟，使其真正成为所有新机车动车的标准。在最近几年中实现了IGBT取代GTO晶闸管的重要技术转型。作为最新进步，该技术转型现在还涵盖了大功率应用范围。德国铁路公司新型的BR189 四电流制电力机车最早将该项革新技术应用于极限功率范围。我国电力牵引技术在不断引进和消化吸收国外先进技术的同时，自主创新，也取得了长足的进步。 关键词：电力牵引传动晶闸管 GTO技术 IGBT技术 IGCT技术直直传动交 直传动交直交传动 Abstract: Starting at beginning of the seventies of the last century the three-phase ac drive technology was developed from Thyristor Technology to GTO technology .With its high maturity three-phase ac drive technology has become the standard for practically all new vehicles .During the last years the replacement of GTO-Thyristors by IGBTs (insulated gate bipolar transistor) was carried out as another important technology change. Now as the last step this technology change also covers the high power applications. The new class 189 four-systems locomotive of German Rail (DB AG) forms the leading application for this innovation in the high power range. Electric traction technologies in China continue to introduce and absorb advanced foreign technology, independent innovation, have also made great progress. Key words:Electric traction drive thyristor GTO technology IGBT technology IGCT technology DC-DC drive technology AC-DC drive technology AC-DC-AC drive technology 引言 铁道牵引电传动技术是牵引动力设备的核心技术，其发展目标一直是致力于改善机车牵引和电制动性能，提高运用可靠性和能源的有效利用率，减少对环境的影响，降低运营成本，更好地满足铁路运输市场的需求。自上世纪50年代末，我国第1台干线电力机车问世至今，我国机车电传动技术随着电力电子和功率电力电子器件技术的发展和应用，经历了从第1代SS 1型电力机车的低压侧调压开关调幅式的有级调压调速技术，到第2代的SS3型电力机车调压开关分级与级间晶闸管相控平滑调压相结合的调压调速技术，再到第3代的SS4～SS9型电力机车的多段桥晶闸管相控无级平滑调压调速技术，直到全新一代的“和谐”型交流传动机车的跨越式发展历程。电传动技术与功率电力电子器件技术紧密相关。一代功率电力电子器件，产生一代牵引设备。只有在GTO、IGBT等全控型大功率电力电子器件及先进的控制技术出现后，才真正确立了现代交流传动技术的优势，使机车电传动技术发生了根本变革，由直流传动向交流传动转变。 国外技术发展 现代电力电子技术的迅猛发展，新型电力电子器件不断问世为交流传动奠定
电力牵引控制系统1 15. 主电路设计时要考虑（）五方面的因素 参考答案：电机连接与激磁方式、电机的供电方式、整流线路、调速方式、电气制动方式16. 机车牵引特性是指（）与（）关系曲线 参考答案： 机车牵引力、机车速度 17. 要改变电机励磁绕组电流实现磁场削弱调速主要有（）、（）两种方法 参考答案： 电阻分路法、晶闸管分路法 18. 机车制动特性是指（）与（）关系曲线 参考答案： 制动力、速度 19. 机车牵引限制包括（）、（）、（）、（） 参考答案： 最大速度限制、电机的安全换向限制、粘着限制、电机最大电枢电流限制 20. 机车制动限制包括（）、（）、（）、（）、（） 参考答案： 最大速度限制、电机的安全换向限制、粘着限制、电机最大制动电流限制、最大励磁电流限制 21. 电阻制动在低速时，制动力直线下降。为提高制动力，可采用（）、（）两种方法 参考答案： 加馈电阻制动、分级电阻制动 22. 机车主电路保护主要有（）、（）、（）和（）保护 参考答案： 短路、过载、接地、过压 23. 机车辅助电路主要分（）辅助电路和（）辅助电路两大类 参考答案：直流、交流 24. 主电路设计时要考虑那几方面的因素？ 参考答案： 五个方面的考虑 ①电机连接与激磁方式； ②电机的供电方式； ③整流线路； ④调速方式； ⑤电气制动方式 25. 交直型电力机车采用最是那种励磁方式?串联还是并联? 参考答案： 交直机车多采用串励励磁方式，也有机车采用复励励磁方式。 与并励电机相比，串励电机起动力矩大、恒功性能好，但是其防空转较差； 电机多采用并联方式，只有8K机车采用电机串联方式。 电机并联与串联相比有更好的防空转能力，且一个电机故障时对牵引力影响较小，但是其电器线路设备较为复杂，且因轮径差和性能差引起的负载分配不均匀较大。
电力牵引传动与控制第一章电力牵引传动与控制系统概述 一、系统组成与功用 1.①内燃机车电力传动与控制系统组成 ②电力机车电力传动与控制系统组成 2.机车理想牵引特性曲线 图1.2 牛马特性 理想特性要求：机车在运行时能经常利用其动力装置的额定功率.即：F·V=3.6η·N=const.
3.电传动装置的功用？ 图1.3 柴油机功率特性和扭矩特性 ①充分利用和发挥机车动力装置的功率； ②扩大机车牵引力F与速度V的调节范围； ③提高机车过载能力，解决列车起动问题； ④改善机车牵引控制性能。 Why要电传动：柴油机通过机械直接传动不能适应机车起动、过载、恒功等要求 二、系统分类 1.直-直电力传动系统 内燃或电力机车采用直流牵引发电机或直流电网直接向数台直流牵引电动机供电的传动方式。 特点： ①调速性能优良，系统简洁。 ②直流牵引电机造价较高，但可靠性、维护性相对较差。 ③受直流电机换向条件和机车限界、轴重等限制，主发电机单机功率受到限制。一般在2200KW以下。 ④车型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等
2.交-直电力传动系统 内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流网及变压器，通过整流器向数台直流牵引电动机供电的传动方式。 特点： ①采用三相交流同步发电机，结构简单，可靠性高，重量轻，造价较低。 ②适用于大功率机车。 ③车型：DF4，DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。 3.交-直-交电力传动系统 内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流电网及变压器，经整流器将交流电变换成直流，再通过逆变器将直流电变换成频率和幅值按列车运行控制要求变化的交流电，向数台交流牵引电动机供电的传动方式。 特点： ①采用交流牵引电机，彻底克服了直-直系统的不足，重量轻，造价低，可靠性及维修性好 ②良好的粘着性能 ③适用于大功率 ④控制系统复杂 ⑤车型：DF4DAC,NJ1; DJ,DJ2,DJJ1,DJ4; HX、CRH系列等 三、发展历史与现状 1.大功率（内然）机车电力传动与液力传动两种主要传动方式的演变与发展 主要趋势：电力传动 2.电力传动形式的发展：直-直→交-直→交-直-交 发展趋势：大功率、电力牵引、交流传动
《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。
目录 1. 概述 (1) 1.1 电力牵引的特点 (1) 2. 电力机车的传动方式 (2) 2.1 直-直流传动 (2) 2.2 交-直流传动 (3) 2.3 直-交流传动 (3) 2.4 交-直-交流传动 (4) 3. 我国机车电传动技术的发展与现状 (4) 3.1 交-直传动技术的发展 (4) 3.2 交流传动技术的发展 (5) 4. 动车组的牵引传动系统的现状 (6) 5. 电力牵引传动系统网侧原理图 (8)
1.概述 1.1电力牵引的特点 电力机车属非自带能源式机车，电力牵引具有一系列内燃牵引所不及的优越性，表现在以下几方面： 1、电力机车的功率大 内燃机车功率受到柴油机本身容量、尺寸和重量的限制，故机车功率不能过大。而电力机车不受上述条件的限制，机车功率（或单位重量功率）要大得多，目前轴功率已达1000kW（若交流牵引电动机可达1600kW）。一台电力机车的牵引能力相当于1.5台（或更多一些）内燃机车的牵引能力。由于电力机车功率大、起动快、允许速度高，所以能够多拉快跑，极大地提高了线路的通过能力和输送能力。 2、电力机车的效率高 由于电力牵引所需的电能是由发电厂（或电站）集中产生，因此燃料的利用率要比内燃牵引高得多。由火电厂供电的电力牵引的效率高达35%，由水电站供电的电力牵引则更高，可达60%以上。而内燃牵引的效率约为25%左右，而且柴油价格较贵，有燃烧排放污染。 3、电力机车的过载能力强 机车在起动列车或牵引列车通过限制坡道时，其过载能力具有很大的意义。由于电力机车的过载能力不会受到能源供给的限制，而牵引电动机的短时过载能力总是比较大。因此，电力机车所需的起动加速时间一般约为内燃机车的1/2，从而能够提高列车速度。 4、电力机车的运营费用较低 （1）功率大、起动快、运行速度高、过载能力强、可以多拉快跑； （2）整备距离长、适合于长交路，提高了机车的利用率； （3）检修周期长、日常维护保养工作量也小。 一般情况下，电力牵引的运营费用比内燃牵引要低15%左右。 此外，由于电力机车运行过程中不污染环境，对于大型铁路枢纽站及隧道长
电气化铁路供电系统 试卷1一、单项选择题（在 每小题的四个备选答案中，选出一个正确的答案，并将其代码填入题干后的括号内。每小题1分，共20分） 1．我国电气化铁道牵引变电所由国家（ ）电网供电。 （ ） A 超高压电网 B 区域电网 C 地方电网 D 高压电网 2．牵引网包括 （ ） A 馈电线、轨道和大地、回流线 B 馈电线、接触网、轨道和大地、回流线 C 馈电线、接触网、回流线 D 馈电线、接触网、电力机车、大地 3．通常把（ ）装置的完整工作系统称为电力系统。 （ ） A 发电、输电、变电、配电、用电 B 发电、输电、配电、用电 C 发电、输电、配电、 用电 D 发电、输电、用电 4．低频交流制牵引网供电电流频率有：（ ） （ ） A 50Hz 或25Hz B 30Hz 或50Hz C 2 163 Hz 或25Hz D 20Hz 或25Hz 5．单相结线牵引变电所牵引变压器的容量利用率（额定输出容量与额定容量之比值）可达( )。 （ ） A 100% B 75.6% C 50% D 25% 6．牵引变压器采用阻抗匹配平衡变压器时，阻抗匹配系数等于1时， 且副边两负荷臂电流I I αβ=&&，原边三相电流（ ） （ ） A 平衡 B 无负序电流 C 对称 D 有零序电流 7．交流牵引网对沿线通信线的静电影响由（ ）所引起。 （ ） A 牵引网电流的交变磁场的电磁感应 B 牵引网电场的静电感应 C 牵引网电场的高频感应 D 牵引电流的高次谐波 8．牵引网导线的有效电阻0r r ξ=（0r 是直流电阻；ξ是有效系数）。对于
工频和牵引网中应用的截面不太大的铝、铜等非磁性导线，有效系数ξ（ ）。 （ ） A ξ≈1 B ξ≈2 C ξ≈3 D ξ≈4 9．以下不属于减少电分相的方法有（ ）。 （ ） A 采用单相变压器 B 区段内几个变电所采用同相供电 C 复线区段内采用变电所范围内同行同相，上、下行异相 D 采用直供+回流线供电方式 10．对于简单悬挂的单线牵引网，1z 、2z 和12z 分别表示接触网—地回路， 轨道—地回路的自阻抗及两回路的互阻抗，牵引网的等值单位阻抗z （ ）。 （ ） A 2 12 21 z z z - B 12212z z z z - C 12221 z z z z - D 212 12 z z z - 11．单链形悬挂的单线牵引网比简单悬挂相比多了一条（ ）。 （ ） A 承力索 B 接触网 C 回流线 D 加强导线 12．根据国家标准《铁道干线电力牵引交流电压标准》的规定，铁道干线 电力牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为（ ）kV 。 ( ) A 27.5 B 25 C 20 D 19 13．牵引网的电压损失等于牵引变电所牵引侧母线电压与电力机车受电弓 上电压的 ( ) A 平方差 B 算数差 C 向量差 D 平均值 14．牵引网当量阻抗Z 为 ( ) A sin cos R X ??+ B cos sin R X ??+ C sin R X ?+ D cos R X ?+ 15．对于三相结线变压器，应以（ ）向轻负荷臂供电为宜。 （ ） A 任一相 B 引前相 C 滞后相 D 以上答案都不对 16．牵引供电系统的电能损失包括（ ）。 （ ） A 电力系统电能损失，牵引网电能损失 B 电力系统电能损失，牵引变电所电能损失 C 牵引网电能损失，牵引变电所电能损失 D 牵引变电所电能损失，馈线电能损失 17．按经济截面选择接触悬挂，如果增大导线截面引起的一次投资增量，
电力牵引控制系统主 观题
电力牵引控制系统1 15. 主电路设计时要考虑（电机连接与激磁方式、电机的供电方式、整流线路、调速方式、电气制动方式）五方面的因素 16. 机车牵引特性是指（机车牵引力）与（机车速度）关系曲线 17. 要改变电机励磁绕组电流实现磁场削弱调速主要有（电阻分路法）、（晶闸管分路法）两种方法 18. 机车制动特性是指（制动力）与（速度）关系曲线 19. 机车牵引限制包括最大速度限制、电机的安全换向限制、粘着限制、电机最大电枢电流限制 20. 机车制动限制包括最大速度限制、电机的安全换向限制、粘着限制、电机最大制动电流限制、最大励磁电流限制 21. 电阻制动在低速时，制动力直线下降。为提高制动力，可采用（加馈电阻制动）、（分级电阻制动）两种方法 22. 机车主电路保护主要有短路、过载、接地、过压保护 23. 机车辅助电路主要分直流辅助电路和交流辅助电路两大类 24. 主电路设计时要考虑那几方面的因素？ 参考答案： 五个方面的考虑 ①电机连接与激磁方式； ②电机的供电方式； ③整流线路；
④调速方式； ⑤电气制动方式 25. 交直型电力机车采用最是那种励磁方式?串联还是并联? 参考答案： 交直机车多采用串励励磁方式，也有机车采用复励励磁方式。 与并励电机相比，串励电机起动力矩大、恒功性能好，但是其防空转较差；电机多采用并联方式，只有8K机车采用电机串联方式。 电机并联与串联相比有更好的防空转能力，且一个电机故障时对牵引力影响较小，但是其电器线路设备较为复杂，且因轮径差和性能差引起的负载分配不均匀较大。 26. 交直型机车的调速过程是先调压弱磁,为何要先弱磁? 参考答案： 交直机车先进行调压调节器速，到额电压时，保持电压不变，再进行弱磁调速。 机车牵引时，一方面要速度控制，同时也要牵引力。 电机的转矩为： 如果先开始弱磁，意味着在大要得到同样的牵引力，要更大的电枢电流，这是不经济的。所以要满磁场工作，在调压到额定电压之后，电枢电流没有达到额定值前采用弱磁调速方式。 27. 什么是空转？其危害是什么?如何检测和防护? 参考答案：
牵引供电系统简介 （丁为民） 一、系统功能 牵引供电系统的主要功能是：将地方电力系统的电源（交流电气化铁路： AC110 kV或AC220kV ，城市轨道交通：中心变电所AC220kV 或AC110kV →AC35 kV 环网）引入牵引供电系统的牵引变电所，通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式（交流电气化铁路：AC25kV 或AC2×25kV ，城市轨道交通：DC750V 、DC1500V 或DC3000V ），向电力机车提供连续电能。 电力牵引负荷为一级负荷，引入牵引变电所的外部电源应为两回独力可靠的电源，并互为热备用，能够实现自动切换。 交流电气化铁路及城市轨道交通牵引供电系统简图分别如图1.1和图1.2所示。 图1.1 交流电气化铁路牵引供电系统
图1.2 城市轨道交通牵引供电系统 二、牵引网供电方式 1. 交流电气化铁路 交流电气化铁路牵引网供电方式大体上可分为三种：直接供电方式（包括带回流线的直接供电方式）、BT 供电方式和AT 供电方式。 （1）直接供电方式 直接供电方式又可分为不带回流线直接供电方式(图2.1 和带回流线的直接供电方式(图2.2 两种。 图2.1 不带回流线的直接供电方式
图2.2 带回流线的直接供电方式 不带回流线的直接供电方式在我国早期的电气化铁路中采用，机车电流完全通过钢轨和大地流回牵引变电所，牵引网本身不具备防干扰功能。在接地方面，每根支柱需单独接地（设接地极或通过火花间隙），或者通过架空地线实现集中接地（架空地线不与信号扼流圈中性点连接）。 带回流线的直接供电方式，机车电流一部分通过钢轨和大地流回牵引变电所（约70%），其余通过回流线流回牵引变电所（约30%）。由于流经接触网的电流和流经回流线的电流虽然大小不等，单方向相反，且安装高度比较接近，两者对铁路沿线通讯设施的电磁干扰影响趋于抵消，因此牵引网本身具备防干扰功能。在接地方面，接触网支柱通过回流线实现集中接地，回流线每隔一个闭塞分区通过吸上线（铝芯或铜芯电缆，常用VLV-70和2xVLV-150）与信号扼流圈中性点连接（吸上线间距3～4km ）。 （2） BT 供电方式 BT （Boost Transformer）供电方式又称吸流变压器供电方式，也是在我国早期电气化铁路中有采用，其主要目的是为了提高牵引网防干扰能力，但随着通讯线路电缆化和光缆化，防干扰矛盾越来越不突出，其生命力也已大大降低，该种供电
1.2电力牵引传动控制系统发展现状 自20世纪80年代末90年代初至今，己有多种型号的三相交流电力机车、交流电传动内燃机车和高速电动车组分别在德国、法国、日本、中国等众多国家的铁路线上运行。从20世纪90年代开始，铁路发达国家已不再生产交直传动电力机车和直流传动内燃机车，，而是全部采用交流传动技术。 交流传动电力机车具有如下优势[(2l0 (1)良好的牵引性能:合理的利用系统的调压、调频特性，可以实现宽范围 的平滑调速，另外调节调频特性能使机车和动车组启动时发出较大启动转矩。 (2)电网功率因数高、谐波干扰小:在交直交电力机车和动车组上，其电源 侧变流器可以采用四象限脉冲整流器，它通过PWM控制方法，可以调节电网输入电流的相位，使所取电流接近正弦波形，并能在广泛的负载范围内使机车和动车组的功率因数接近于1，这在减少对通信信号的谐波干扰方面和充分利用电网的传输功率方面都有很大的意义。另外，四象限脉冲整流器能很方便的实现牵引和再生之间的能量转换，取得显著的节能效果。 (3)牵引系统功率大、体积小、重量轻、运行可靠:由于异步牵引电动机转 速可达4000 r /min，利用了直流电动机换向器所占的空间，所以交流电动机能够做到功率大、重量轻，与带换向器的直流(脉流)电动机相比，其单位质量功率(kW/棺)是直流电动机的3倍。在列车车体提供的空间范围内，异步电动机的功率可以达到1400^-2000 kW。另外，交流电动机没有换向器和电刷装置，机车和动车组主电路系统又可以省去许多带触点电器，故障率低易于维护，进一步提高了机车和动车组运行中的可靠性。 (4)良好的牵引特性:由于交流异步电动机有较硬的机械特性，有自然防空 转的性能。三相交流异步电机对瞬时过压和过流不敏感，不存在换向器和火花问题，在启动时能在更长的时间内发出更大的转矩。特别是牵引电机控制采用矢量控制或直接转矩控制策略，可以实现大范围平滑调速，适合当代动车组高速牵引、机车重载牵引的要求。 20世纪70年代，我国许多科研单位已开始进行电力半导体变流技术和三相交流传动的研究，容量从几千瓦逐渐扩大。与此同时，铁道科学研究院与株洲电力机车研究所等也在进行交流传动机车的研制，到1996年研制成功单轴功率1000 kW的AC4000型交流传动原型机车，这是我国牵引传动由交直传动转变为 铁路运输作为我国中长距离，大运量、安全、低耗、环保、快捷的运输形式已成为交通运输体系中的重要组成部分，在国民经济中占有非常重要的地位。尤其是
《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
电力牵引控制系统 班级学号姓名 一、填空（每空1分，共20分） 1．电力机车的电气线路按其作用的不同，可分为、和三大部分。2．有级调速电力机车如SS1型机车，它有个调压级和有级消磁。 3．为了保证电力机车正常运行，机车上设有辅助电路和辅助机械装置。 4．6K型机车采用牵引电动机，当机车运行于高速区域时，通过控制 的办法来达到规定的磁场削弱系数。 5．斩波器主要由组合而成。 6．电源电流谐波与等因素有关系，且不同斩波器情况也不一样。7．利用二点式逆变器，只能把中间直流回路的接到电动机上去。 8．东风4型内燃机车励磁电路的调整就是保证在不同主手柄下牵引发电机励磁电流随负载电流的变化而按相应的形曲线变化。 9．对于城市电车或地铁动车，一般由直流的接触网供电。10．为了机车能安全可靠地工作，必须设置可靠的保护系统，以便在出现各种不利的 能及时地采取防护措施。 11．单闭环调节系统对于都有抑制作用，因为一切扰动最终都要反映到被调量上来，都可以通过测出被调量的偏差而进行调节。 12．系统动态特性的数学表达式，叫做。 13．SS1型机车设有两个两位置开关，即开关和。 14．6G型机车为六轴机车，六台牵引电动机分成两组，每组三台牵引电动机。 二、名词解释（每题4分，共20分） 1．四象限脉冲整流器： 2．恒压运行： 3．调速性能指标：
4．斩波器： 5、交-直流传动方式： 三、简答题（每题5分，共30分）1．串激牵引电机有哪些优缺点？ 2．电阻制动有哪些优缺点？ 3．电力机车上可能发生的过电压有哪几种？4．移相电路分为哪几种？各有什么用途？
5采用异步电机作牵引电机有哪些优点？ 四、叙述题（每题10分，共计10分） 细述SS1型电力机车司机控制器的转换手柄与调速手柄之间的机械联锁作用。
六：实验报告 1：列写SPWM控制时，在不同输出频率条件下所测量的各种波形和电机工作情况 SPWM 30HZ 同步调制 CH1=20.0mv CH1/23.2mv CH1=50.0mv CH1/314mv CH1=200mv CH1/1.15v SPWM 30HZ 异步调制 CH1=20.0mv CH1/124mv CH1=200mv CH1/1.12v CH1=5.00v CH1/31.4v
SPWM 30HZ 混合调制 CH1=10.0mv CH1/62.8mv CH1=100mv CH1/628mv CH1=100mv CH1/31.2v 2：列写电压空间矢量控制时，在不同输出频率条件下所测量的各种波形和电机工作情况 SVPWM 50HZ 同步调制 CH1=10.0mv CH1/62.8mv CH1=10.0mv CH1/31.2v CH1=5v CH1/27.4v
SVPWM 50HZ 异步调制 CH1=10.0mv CH1/62.8mv CH1=100mv CH1/560mv CH1=5.00v CH1/27.2v SVPWM 50HZ 混合调制 CH1=10.0mv CH1/62.8mv CH1=50.0mv CH1/27.2v CH1=5.00v CH1/27.2v
SVPWM 30HZ 同步调制 CH1=10.0mv CH1/65.2mv CH1=50.0mv CH1=100mv CH1/652mv SVPWM 30HZ 异步调制 CH1=10.0mv CH1/65.2mv CH1=50.0mv CH1/326mv CH1=5.00v CH1/27.2v
交流传动与直流传动优劣的比较 一、交流传动背景介绍 1、发展历程 电力传动诞生于19世纪，20世纪初被广泛应用于工业、农业、交通运输和日常生活中。 执行机构由直流电动机驱动，则称为直流电气传动系统，执行机构由交流电动机驱动，则称为交流电气传动系统。 20世纪30年代，人们已经认识到变频调速是交流电动机一种最理想的调速方法；60年代，随着电力电子技术的发展和变频调速装置的研制成功，交流调速技术成为电动机调速的发展方向；70年代中期，在世界范围内出现能源危机，节约能源成为人们关注的问题；许多过去不调速的传动装置，如风机、水泵等，也都采用了调速传动；90年代以来，随着大功率电力电子器件和微电子技术的飞速发展，以及现代控制理论和控制技术的应用，交流传动调速技术取得了突破性的进展，逐步具备了调速范围宽、稳速精度高、动态响应快以及可作四象限运行等优良的技术性能。目前，交流传动已经作为一种完全被肯定的系统，大举进入电气传动调速控制的各个领域。 2、交流传动电力机车发展综述 随着科技的进步，电力机车的发展方向逐渐成为以安全性、实用性、可靠性、灵活性、舒适性越高越好；费用越低越好的发展目标。但是，不可避免的，存在着地域规范、供电制式、空间、体积、重量、技术水平、工艺水平等限制。随着电力电子技术、微电子技术、新材料、新工艺等的出现与发展，行业从业者们满足运输的需求，充分利用新技术，利用新材料，采用新工艺从而实现新一代电力机车的发展。
3、交流传动电力机车的组成 辅助变频器 主变频器及电机驱动模 动力制动模 通讯模块 空气系统模块 电子设备 图1-1 机车内部构造 4、我国交流传动机车的发展现状 我国交流传动技术的研究始于70年代初，可以说起步不晚，但国际上80年代初交流传动机车就已经进入商用化，技术日趋成熟。铁道部主管领导曾指出，
机车电力牵引控制 班级学号姓名 一、填空（每空1分，共20分） 1．电力机车的电气线路按其作用的不同，可分为、和三大部分。2．有级调速电力机车如SS1型机车，它有个调压级和有级消磁。 3．为了保证电力机车正常运行，机车上设有辅助电路和辅助机械装置。 4．6K型机车采用牵引电动机，当机车运行于高速区域时，通过控制 的办法来达到规定的磁场削弱系数。 5．斩波器主要由组合而成。 6．电源电流谐波与等因素有关系，且不同斩波器情况也不一样。7．利用二点式逆变器，只能把中间直流回路的接到电动机上去。8．东风4型内燃机车励磁电路的调整就是保证在不同主手柄下牵引发电机励磁电流随负载电流的变化而按相应的形曲线变化。 9．对于城市电车或地铁动车，一般由直流的接触网供电。10．为了机车能安全可靠地工作，必须设置可靠的保护系统，以便在出现各种不利的 能及时地采取防护措施。 11．单闭环调节系统对于都有抑制作用，因为一切扰动最终都要反映到被调量上来，都可以通过测出被调量的偏差而进行调节。 12．系统动态特性的数学表达式，叫做。 13．SS1型机车设有两个两位置开关，即开关和。 14．6G型机车为六轴机车，六台牵引电动机分成两组，每组三台牵引电动机。 二、名词解释（每题4分，共20分） 1．四象限脉冲整流器： 2．恒压运行： 3．调速性能指标： 4．斩波器：
5、交-直流传动方式： 三、简答题（每题5分，共30分） 1．串激牵引电机有哪些优缺点？ 2．电阻制动有哪些优缺点？ 3．电力机车上可能发生的过电压有哪几种？ 4．移相电路分为哪几种？各有什么用途？ 5采用异步电机作牵引电机有哪些优点？ 四、叙述题（每题10分，共计10分） 细述SS1型电力机车司机控制器的转换手柄与调速手柄之间的机械联锁作用。 电力牵引控制系统复习题 一、填空 1．电力机车的电气线路按其作用的不同，可分为主电路、控制电路和辅助电路三大部分。 2．有级调速电力机车如SS1型机车，它有33 个调压级和三级有级消磁。 3．为了保证电力机车正常运行，机车上设有三相交流辅助电路和辅助机械装置。 4．6K型机车采用复励牵引电动机，当机车运行于高速区域时，通过控制励磁整流器而改变它励绕组电流IF 的办法来达到规定的磁场削弱系数。 5．斩波器主要由晶闸管元件和使之关断的换相电路组合而成。 6．电源电流谐波与斩波频率、电流脉动幅值等因素有关系，且不同斩波器情况也不一样。7．利用二点式逆变器，只能把中间直流回路的正极电位或负极电位接到电动机上去。8．东风4型内燃机车励磁电路的调整就是保证在不同主手柄下牵引发电机励磁电流随负载电流的变化而按相应的“马鞍”形曲线变化。 9．对于城市电车或地铁动车，一般由直流600v、750v、1500v 的接触网供电。 10．为了机车能安全可靠地工作，必须设置可靠的保护系统，以便在出现各种不利的工作环境和故障时能及时地采取防护措施。 11．单闭环调节系统对于被包在反馈环内的一切扰动量都有抑制作用，因为一切扰动最终都要反映到被调量上来，都可以通过测出被调量的偏差而进行调节。 12．系统动态特性的数学表达式，叫做数学模型。 13．SS1型机车设有两个两位置开关，即主变压器次边绕组正反串接开关和牵引、制动工况转换开关。 14．6G型机车为六轴机车，六台牵引电动机按前后转向架分成两组，每组三台牵引电动机并联运行。
浅析电力机车电力牵引传动系统的工作原理及特点 摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，电力行业有了很大进展。本文通 过分析电力电子技术的发展状况，再结合电力电子技术在我国电力机车牵引电传 动系统中的应用情况，指出了宽禁带半导体技术是今后从事电力电子技术研究的 重要方向，并提出了继续探究优化改型IGBT和SiC功率器件在电力机车上的应用 研究，对促进我国电力机车的发展具有重大意义。 关键词：电力电子技术；电力机车；牵引电传动系统 引言 重视电力牵引传动与控制技术的现状与发展探讨，有利于提高这些技术的实 际利用效率，充分发挥各技术实际应用中的作用，保持不同应用领域的良好服务 水平。因此，需要从不同的方面对电力牵引传动与控制技术的现状进行深入分析，了解相关设备的优势及应用价值，促使该技术作用下我国机车电力牵引系统能够 长期处于稳定的发展状态，优化交流传动系统服务功能。 1现代化电力电子技术 20世纪80年代初期，大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）的出现把电力电子 技术的应用带入高频及中大功率领域。IGBT具有较高综合性能，开关频率方面， 一般可达10kHz至20kHz，小功率的甚至高达100kHz；电压等级方面，最高电压 已达到6500V，该电压下的电流可达750A，1700V电压等级的电流可达2400A； 温度方面，最高可达175℃。开关器件的高频化也促进了电感器件体积的成倍缩小。大中型功率高频IGBT的发展持续促进着电力电子设备朝轻重量、小体积、高效能方面发展，再结合日益进步的微处理芯片技术，现代电力电子技术已实现了 全控化、集成化、高频化、控制技术数字化和电路形式弱电化，应用场合越来越 广泛。由于负载对供电电能的质量要求越来越高，科研工作者还在不断进行IGBT 改型研究。经过多年应用发展Si器件为基础的电力电子技术相当成熟，Si器件在 开关频率、通态压降以及结温等性能指标上难以继续提升，发展空间较小。新一 代宽禁带半导体材料（如碳化硅）的电力电子器件具有比硅器件高得多的耐受高 电压的能力、低得多的通态电阻、更好的导热性能和热稳定性以及更强的耐受高 温和射线辐射的能力等。当前宽禁带半导体器件的发展一直受制于材料的提炼、 制造以及半导体的制造工艺水平，尚处于起步阶段。 2科学技术的不断更新，体现了交流电动机作为牵引电机的价值所在（1）相对而言，交流电动机的体积小，正常工作功率大，避免了其安装过程中占据过大的空间。同时，交流电动机质量轻的优点也为机车轮轨力提高带来了 积极影响，促使设备能够在高速度、大功率的要求下进行正常工作，提高牵引电 机运行效率的同时有利于扩大其实际的应用范围。（2）结合当前交流电动机的 实际应用概况，可知其速度变化范围大，自身的组成结构决定了该电动机具有良 好的功率；有利于提升通用式机车实际应用中的服务水平。（3）由于交流电动 机设计与制造中并未设置换向器及其它易损设备，使得该电机使用中确保了牵引 传动系统运行稳定性，降低了系统故障发生率，促使系统维护成本得以控制在合 理的范围内。（4）各种技术支持下生产制造得到的交流电动机，使用中牵引性 能显著，在复杂的环境应用中工作效率很高，确保了牵引力系统控制作用的充分 发挥。在性能可靠的电力电子开关及晶闸管整流装置工艺支持下，保持了直流传 动系统良好的应用效果。同时，通过对结构性能良好的快速晶闸管的合理运用， 为牵引电机出现打下了坚实的基础。随着时间的推移，电力牵引传动与控制技术
牵引供电系统 说起电气化铁路，大家可能首先想到的就是线路两旁一根根的线杆和列车头顶密如蛛网的电线吧。没错电气化铁路与普通铁路最明显的不同在于，它除了地上一条线（轨道）、还有天上一张网（接触网），是一种立体化的线路。 电力机车所需的电能来自发电厂由输电线路、变电装置、牵引用电网络、回流电路等组成的供用电系统供应。世界各国采用的供电制式各不相同，我国的电气化铁路选择了25千伏单相工频（50赫兹）交流供电制式。这种供电制式与工业生产所使用电流频率简称工频相同能使牵引动力获得最佳效果。从天上到下，一套复杂完整的大系统为电气化列车的运行提供了保证。 1电气化铁路的心脏——牵引变电所 牵引变电所是牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将国家电力系统送来的三相高压电变换成适合电力机车使用的单相交流电。牵引变电所从国家电网引入220千伏或110千伏三相交流电将三相电转换为适合电气列车使用的单相交流27.5千伏电源并送上接触网。除此而外，它还起着供电保护、测量、控制电气设备提高供电质量，降低电力牵引负荷对公共电网影响的作用。为确保牵引供电万无一失，牵引供电系统都采用“双备份”模式，两套设备通过切换装置可以互为备用并随时处于“战备”状态，以备不时之需。 通常将变电所设备分为一次设备和二次设备，一次设备是指接触高电压的电气设备，如牵引变压器、高压断路器、高压隔离开关、高压（电压和电流）互感器、输电线路、母线、避雷器等，它们主要完成电能变换、输送、分配等功能。二次设备则主要是控制、监视、保护设备。随着科技的发展，二次设备更加的集成化和智能化，形成了牵引变电所自动化系统为牵引变电所的远动控制提供了可能。 2电气化铁路的动脉——接触网 当我们乘坐在电气化铁路的旅客列车上出行时，会看到路基两旁有一根根电杆竖立着顶端安装有单臂结构装置伸向线路侧上方且悬挂有电线，并将其固定在距轨道面一定高度的地方，在股道多的车站或编组站，悬挂结构及各种线网多如蛛网。这就是电气化铁路牵引供电系统的主要供电设备——接触网。 接触网是在露天设置，不但受到各种气象条件的影响，而且还受到电力机车行走时带来的动作用力，加上接触网又无法设置备用的条件，所以接触网的工作环境条件非常恶劣。为了保证电气化铁路可靠安全运营，接触网的结构必须经久
电子设计工程 Electronic Design Engineering 第23卷 Vol.23 第1期No.112015年6月Jun.2015 直流牵引电机在调速时由于换向器的存在，从而限制了其功率和容量，难以满足电力机车高速及重载的要求[1]。交流牵引电机没有换向器和带绝缘的绕组，因而结构简单，运行可靠，单机功率大，容量可达1600kW [2]。机车的传动系统有直流传动升级为交流传动，符合铁路提速的要求和重载牵引的需要[3]，也是机车电传动的主要发展形式[4]。 1HXD3型电力机车牵引特性 HXD3型电力机车采用恒牵引力与准恒速特性控制[5]。 短暂的恒牵引力控制可以获得很大的启动牵引力。准恒速控制将使机车牵引力按照恒速关系（线性关系）下降。当机车速度达到持续速度时，进入恒功率控制阶段，恒功率区位于机车运行的高速度段，可以充分发挥机车在高速段的牵引能力[6] 。 2HXD3型电力机车牵引变流器 牵引变流器是机车交流传动系统的核心，为交流牵引 电机提供VVVF 三相交流电源。在交-直-交传动系统中，牵引变流器主要由四象限脉冲整流器（4QC ）、直流中间环节（DC-Link ）和逆变器（PWM ）组成。典型的两电平牵引变流器电路如图1所示。 电源侧变流器采用四象限脉冲整流器，构成交-直变换部分，通过PWM 斩波控制方式，，有利于提高机车功率因数，降低谐波干扰。 中间直流环节为支撑电容和二次滤波环节。电压型变流器转矩脉动小，对电网的反作用力小，适合于大功率的干线机车。因此干线交流传动电力机车普遍采用这种系统。 电动机侧采用三相PWM 逆变器，形成直-交变换部分。 3HXD3型电力机车牵引变流器数学建模 1)HXD3型机车四象限整流器仿真电路 额定输入电压：U d =1450VAC ，输入功率：50Hz ，输出直 流电压：2800V ，变压器漏感：L N =3mH ，二次滤波系数：C 2=3 mF,L 2=0.84mH,支撑电容器：C d =8mH 。采用230bt 算法，瞬态 HXD3型电力机车交流传动系统仿真分析 杨会玲 （西安铁路职业技术学院牵引动力系，陕西西安710014） 摘要：针对HXD3型电力机车的主传动和辅助传动系统采用了交流传动技术，通过介绍HXD3型电力机车牵引变流器的工作原理，对HXD3型电力机车的主传动系统进行了仿真分析，仿真结果表明基于交-直-交传动方式的牵引变流器应用于机车时具有良好的牵引特性，功率因数高，且谐波干扰小。关键词：HXD3型机车牵引特性；牵引变流器；四象限整流器；二逆变器中图分类号：TN13 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2015）11-0144-03 The simulative analysis of HXD3electric locomotive AC drive system YANG Hui -ing （Department of Railway Power Traction,Xi 'an Railway Vocational and Technical College,Xi ’an 710014，China ） Abstract:Pertaining to the fact that high-power transmission is widely adopted in the main and auxiliary transmission system of HXD3.AC-DC-AC transmission mode is introduced to be applied in the locomotive with the analysis of the simulative results of the four quadrant rectifier and the two levels inverter on the basis of theoretical principles of traction converter in HXD3.The simulation results illustrate that the locomotive boasts of good traction features with high power factor and low harmonic interference. Key words:traction features of HXD3;traction converter;four quadrant rectifier;two levels inverter 收稿日期：2014-09-21 稿件编号：201409180 作者简介：杨会玲(1978—)，女， 陕西西安人，讲师。研究方向：电力电子技术及电力机车控制等。 图1两电平式牵引变流器电路 Fig.1The two level traction converter circuit －144－ DOI:10.14022/https://www.doczj.com/doc/ef1043758.html,ki.dzsjgc.2015.11.047