城市轨道交通电力牵引复习资料第一章牵引理论基础1、目前，绝大多数城市轨道交通车辆属于钢轮钢轨式，运行的任何一种工况，都依赖于车轮和钢轨的相互作用力。
在钢轮钢轨式城市轨道交通车辆中，牵引动力由牵引电动机通过传动机构，传递给动车的动力轮对(动轮)，由车轮和钢轨的相互作用，产生使车辆运动的反作用力。
2、空转：因驱动转矩过大，破坏粘着关系，使轮轨间出现相对滑动的现象，称为“空转”。
3、粘着：由于正压力而保持动轮与钢轨接触处相对静止的现象称为“粘着”。
4、蠕滑：在动轮正压力的作用下，轮轨接触处产生弹性变形，形成椭圆形的接触面。
从微观上看，两接触面是粗糙不平的。
由于切向力的作用，动轮在钢轨上滚动时，车轮和钢轨的粗糙接触面产生新弹性变形，接触面间出现微量滑动，即“蠕滑”。
5、蠕滑速度：由于蠕滑的存在，牵引时动轮的波动圆周速度将比其前进速度高，速度差，式中ω—动轮的前进速度；ω—动轮的转称为蠕滑速度，用蠕滑率表示。
σ=ωωω−ωω动角速度。
6、论述：粘着系数与改善粘着的方法。
（P5）（一）影响粘着系数的重要因素：①动轮踏面与钢轨表面状态；②线路质量；③车辆运行速度和状态；④动车有关部件的状态。
（二）改善粘着的方法：①修正轮轨表面接触条件，改善轮轨表面不清洁状态；②试法改善轨道车辆的悬挂系统，以减轻轮对减载带来的不利影响。
常用的措施：撒沙、清洗轨道、打磨钢轨，改进匝瓦材料如用增粘匝瓦，改善车辆悬挂减少轴重转移。
7、制动方法分为三类：①摩擦制动：包括闸瓦制动和盘式制动；②电气制动：包括电阻制动和再生制动；③电磁制动：包括磁轨制动和涡流制动。
8、电磁制动的最大优点是所产生的制动力不受轮轨间的粘着条件限制。
9、摩擦制动和电气制动都是通过轮轨粘着产生制动力的。
10、当动轮对的牵引力大于最大粘着力时，轮对就发生空转。
11、轨道交通车辆在设计时，充分考虑了轮轨之间的粘着利用，但是没有粘着控制系统的轨道车辆动车只能靠其自然特性运行，难以运用到粘着极限。
12、粘着控制分类：按控制类型分类，目前国内常见的粘着控制系统主要是校正型和蠕滑率控制型两大类。
13、集中控制：这种控制方式是一个粘着控制系统控制整辆动车。
14、分散控制：这种控制方式也是单轴控制，即每一动轴单独控制。
15、城市轨道交通车辆的运行阻力包括基本阻力和附加阻力。
16、城市轨道交通车辆的单位重量附加阻力主要取决于线路条件，例如坡道阻力、弯道阻力、隧道空气阻力。
17、城市轨道交通车辆各项牵引参数中，起动加速度的选择至关重要，因为它对轴功率和旅行速度都有着直接的影响。
目前世界各国的城市轨道交通车辆起动加速度为~s-2。
适当地选择起动加速度，可以使城市轨道交通车辆以较小的轴功率得到符合需要的旅行速度。
18、对于各种不同的站距，起动加速度大于后，对缩短开行时间的作用都将越来越弱。
取不同的最高运行速度进行设计计算，也可以看到起动加速度大于后，对缩短开行时间的作用减弱这一现象。
19、城市轨道交通车辆各项牵引参数中，起动加速度的选择对轴功率和旅行速度都有着直接的形响。
起动加速度大于后，再用增加起动加速度的方法来缩短运行时间，其效果将越来越差，而轴功率却仍然成倍数增长。
必须适当选择起动加速度，以保证在得到规定旅行速度的同时，避兔不必要地增加轴功率，从而降低车辆和其他设施造价。
第二章牵引电动机与运行1、牵引电动机是城市轨道交通车辆得以实现牵引及电制动的动力机械。
2、直流电动机的特性与励磁方式有关，直流电机的励磁方式有：串励、他励、复励。
3、一般来说，串励电动机有软特性，他励电动机有硬特性。
4、加复励电动机，速率特性介于他励和串励电动机之间，其硬度由他励绕组磁势占总磁势的比例而定，他励绕组磁势比例越大，速率特性越接近他励电动机，反之则接近串励电动机的特性。
5、由空载损耗引起的制动转矩△M一般为电动机额定转矩的1%~3%左右。
6、调节直流串励牵引电动机转速的方法：改变牵引电动机的端电压；改变牵引电动机的主极磁通。
7、改变牵引电动机的端电压的方法：①改变牵引电动机的联接法；例如串并联的方式。
由于联接的方式有限，所以可调的电压等级也有限，同时使电动机的连接复杂；②在电动机回路中接电阻，通过凸轮成斩波方法调节电阻值实现调压，这种应用已久的方法要消耗电能，不经济；③在电动机与电源之间串接斩波器，调节斩波器的导通比来改变电动机的端电压。
8、判断：机械稳定性是指列车正常运行时，由于偶然的原因引起速度发生微量的变化后，动车本身能恢复到原有的稳定运行状态。
可以用列车速度获得增量△v时，引起的反馈是负反馈还是正反馈来判断是否稳定。
9、除差复励外的各种励磁方式下，直流牵引电动机的特性曲线都具有负斜率，均满足稳定性条件，在列车牵引时具有机械稳定性。
10、牵引电动机的电气稳定性是动车正常运行时，由于偶然的原因引起电流发生微量变化后，电动机本身能恢复到原有的电平衡状态。
11、牵引电动机的曲线斜率为正值时，就具有电气稳定性。
串励电动机在任何负载情况下，，斜率处处为正值，具有电气稳定性。
12、串励电动机负载分配不均匀程度比他励电动机小。
13、从粘着重量利用观点出发，他励电动机优于串励电动机。
除粘着重量利用外其他性能，都是串励电动机优于他励电动机。
14、变阻控制是通过调节串入电机回路的电阻来改变直流牵引电动机端电压来达到调速目的，主要有凸轮控制和斩波调阻控制两种方式。
15、电阻制动分为：他励式电阻制动和串励式电阻制动。
16、直流牵引电动机只有优良的牵引利制动性能、调节端电压和励磁，就可以方便地进行调皮。
但是直流牵引电动机酌换向器结构尚存在一系列缺点：电机换向困难和电位条件恶化、结构复杂、工作可靠性较差、制造成本高和维修麻烦。
17、异步电动机采用VVVF控制。
18、转矩裕量：异步电机的最大电磁转矩取决于电机漏抗，最大电磁转矩与实际输出转矩的差值称为转矩裕量。
19、增大异步电机的最大电磁转矩的方法有两种：增大磁通（磁负荷型）和增大转子电流（电负荷型）。
20、牵引工况时，轮径大的负载偏大，轮径小的负载偏小；制动工况相反：轮径大的负载偏小，轮径小的负载偏大。
21、对于由一台逆变器供给多台异步电机并联运行的城市轨道交通车辆，在检测空转时．应选取并联电机中转速最低的作为基准信号；而检测滑行时，应选取其中转速最高的作为基难信号。
为了提高防止空转和滑行系统的灵敏度，通常还检测电机转速的变化率作为空转和滑行发生的信号。
22、直线电机无旋转部件，呈扁平形，可降低车辆高度，从而缩小地铁隧洞直径，降低工程成本。
直线电机运行不受粘着限制，可得到较高的加速度和减速度；噪音饺小，这都是适合城市轨道交通车辆应用的突出优点。
23、直线异步电动机的分类：按结构分类：平板形单边式、平板形双边式、圆筒形；按电源分类：三相电源、二相电源；按动体分类：短初级方式、短次级方式。
24、将直线异步电动机的推力-速度特性与旋转异步电动机的特性相比较，则滑差率s为：。
旋转异步电动机的转矩最大值发生处转差率较低，而直线异步电动机的最大推s=ωω−ωωω力在高滑差率处即s=1。
可见，直线异步电动机的起动推力大，高速区域的推力小，比较符合动车的驱动要求。
25、一般旋转异步电动机的极距/气隙比为10左右，而直线异步电动机为20左右；因而LIM的效率和功率因数都较低。
26、边缘效应的分类：静态纵向边缘效应、动态纵向边缘效应和横向边缘效应。
27、直线牵引电动机应用于城市轨道交通车辆时，初级可以设置在车上、也可以设置在地面，分别称为车载初级式和地面初级式。
第三章电力电子器件的原理与应用1、由于二只晶体管的电流放大倍数ω1+ω2仅稍大于1，且ω1比ω2小得多，且ω1比ω2小得多，因此集电极电流ωω1占总阳极电流的比例较小，只要设法抽走这部分电流，即可使GTO关断。
2、GTO的开通特性：元件从断态到通态的过程中，电流、电压及功耗随时间变化的规律为元件的开通特性。
当GTO阳极加上正电压，并给门极注入一定触发电流时，阳极电流大于擎住电流后GTO完全导通。
开通时间由延迟时间和上升时间组成。
3、简答（P66）：对大功率电力电子元件正向特性的要求是通态电流大，通态电压低，因此在通态下就必须使元件具有足够多的载流子存贮量，这就给元件的关断带来了特殊困难。
GTO门控电路的基本要求就是从门极排出P基中过剩的载流子，这就是说必须在门极加上足够大的反向电压，使ω2基区中过剩的空穴通过门极流出，与此同时电子通过ω2基区与ω2发射极间的ω3结从阴极排出。
随着电子和空穴的排出，在ω2基区和ω3结的地方形成逐渐向中心区扩大的耗尽层，其结果是从ω2发射极没有电子向ω2区注入，在ω2基区及ω2基区中的过剩载流子一直复合到消灭为止，如ω3结能维持反偏状态，GTO就被关断。
由此可见，关断GTO的前提是门控电路要有足够大的关断电流，以便从门极排出足够大的门极关断电荷，同时其关断功率又不能超过允许值。
4、IGBT是以MOSFET为驱动元件、GTR为主导元件的达林顿电路结构器件，相当于一个由场效应管MOSFET驱动的厚基区GTR。
5、IGBT的控制原理与MOSFET基本相同，IGBT的开通和关断受栅极控制，N沟道型IGBT 的栅极上加正偏置并且数值上大于开启电压时，IGBT内的MOSFET的漏极与源极之间因此感应产生一条N型导电沟道，使MOSFET开通，从而使IGBT导通。
反之，如在N沟道型IGBT 上加反偏置，它内部的MOSFET漏源极间不能感生导电沟道，IGBT就截止。
6、IGBT伏安特性分：截止区即正向阻断区、放大区即线性区、饱和区和击穿区。
7、IGBT的开通时间有开通延迟时间、电流上升时间和电压下降时间三者组成，开通时间约为（~）us。
8、IGBT的关断时间由关断延迟时间、电压上升时间和电流下降时间三者组成，约为1us。
9、擎住效应：IGBT结构内部存在一只NPN型寄生晶体管，当漏极电流大于规定的临界值IDM时，该寄生晶体管因有过高的正偏置被触发导通，使PNP管也饱和导通，结果IGBT的栅极失去控制作用，这就是所谓擎住效应。
10、静态擎住效应：IGBT发生擎住效应后，漏极电流增大，造成过高的功耗，最后导致器件损坏。
为此元件制造厂规定了漏极电流的最大值ωωω，以及与此相应的栅源电压最大值，这种漏极电流超过ωωω引起的擎住效应称为静态擎住效应。
⁄过大，则元件内部11、动态擎住效应：在IGBT关断的过程中，若元件上的ωωωωωω的结电容电流也会很大，从而引起上述寄生晶闸管的开通，使IGBT栅极失控，形成动态擎住效应。
12、针对IGBT等功率模块主要损坏原因，IPM采用如下修改措施：（1）桥臂短路：短路电流保护、过载电流保护；（2）温度异常：温度保护；（3）驱动条件不具备或不正常、静电破坏：优化设计的专用驱动IC；（4）控制电压或基极电流不足：欠电压保护；（5）基极振荡、栅极电压破坏、控制回路连线引入干扰：驱动回路集成于模块中无外线连线（6）RBSOA：改进功率芯片；（7）高频开关功率损耗：绝缘基极采用热传导率高的材料-高效的热管散热。
