电力传动系统基础

HXD2型电力机车电传动系统培训教材1 交流电传动系统简介1.1系统概述HXD2型电力机车交流电传动系统主要是由网侧电路、主变压器、牵引变流器、牵引电机及网络控制系统等部分组成。

交流电传动系统主要器件及其所在位置如图1-1所示。

图1-1 电传动系统主要器件及其位置机车主电路均采用轴控方式，交-直-交变流技术对牵引电机进行牵引和制动特性控制。

每台机车由两节车组成，设有四台变流柜，每台变流柜装有独立的两台变流器，每台变流器由IGBT模块组成的四象限变流器和逆变器组成，对该轴进行控制。

每节车的轴二、轴三变流器中间回路给辅助变流器提供电源。

整个系统采用绞线式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）的形式实现对外通讯。

图1-2 牵引系统电气原理图1.2 系统主要技术参数机车功率发挥基本要求：机车功率与网压关系如图1-3所示。

图1-3 八轴机车技术规范轮周功率发挥曲线图机车牵引力、制动力参数机车起动牵引力（0～5km/h速度范围内半磨耗的轮周平均牵引力）≥760kN 机车持续制牵引力≥532kN 最大再生制动力(车钩处) 461kN最大再生制动力开始线性下降的速度≤15km/h 再生制动力线性下降至0的速度≤5km/h恒功率速度范围：牵引65～120km/h再生制动75～120km/h图1-4 机车牵引制动特性曲线轮轴参数轨距 1435mm轴式 2(B0-B0)机车整备重量 2x100 t轴荷重 25t机车轮周牵引功率（持续制）≥9600kW机车轮周再生制动功率（持续制）≥9600kW额定牵引货物质量 1万吨车轮直径 1200（半磨耗）传动比 120/22．牵引系统介绍2.1网侧电路网侧电路如图1-5所示，由1 台受电弓AP，1 台高压隔离开关QS-HV，1 个高压电压互感器TF1-PP，1台主断路器QF(M)，1 台高压接地开关QS-GHV，1 台避雷器F1，1 个高压电流互感器TFI-QL(M)，主变压器原边绕组AX，1 个接地侧电流互感器TFI-CE 和4 个回流装置，以及1 台高压连接器QF-HV 组成。

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。

一、实训目的本次电力传动实训旨在通过实际操作，使学生掌握电力传动的基本原理、设备结构、工作原理和操作方法，提高学生对电力传动系统的理解和实际操作能力。

通过实训，使学生能够：1. 了解电力传动的基本概念、分类及其在工业生产中的应用；2. 掌握电力传动设备（如电动机、变压器、开关设备等）的结构、原理和操作方法；3. 熟悉电力传动系统的安装、调试和维护；4. 培养学生的团队协作精神和动手能力。

二、实训内容1. 电力传动基本概念及分类2. 电动机的结构、原理和操作方法3. 变压器的结构、原理和操作方法4. 开关设备的结构、原理和操作方法5. 电力传动系统的安装、调试和维护三、实训工具与设备1. 电动机2. 变压器3. 开关设备4. 电缆5. 电线6. 电工工具（如螺丝刀、剥线钳、万用表等）7. 电力传动实训装置四、实训过程1. 电力传动基本概念及分类（1）讲解电力传动的定义、分类及其在工业生产中的应用；（2）通过实物展示，使学生了解电力传动设备的基本结构。

2. 电动机的结构、原理和操作方法（1）讲解电动机的结构、原理及工作过程；（2）演示电动机的启动、停止、反转等操作方法；（3）学生分组进行电动机的安装、调试和操作。

3. 变压器的结构、原理和操作方法（1）讲解变压器的结构、原理及工作过程；（2）演示变压器的接线、调试和操作；（3）学生分组进行变压器的安装、调试和操作。

4. 开关设备的结构、原理和操作方法（1）讲解开关设备的结构、原理及工作过程；（2）演示开关设备的安装、调试和操作；（3）学生分组进行开关设备的安装、调试和操作。

5. 电力传动系统的安装、调试和维护（1）讲解电力传动系统的安装、调试和维护要点；（2）学生分组进行电力传动系统的安装、调试和维护；（3）对实训过程中发现的问题进行讨论和分析。

五、实训总结1. 通过本次实训，使学生掌握了电力传动的基本原理、设备结构、工作原理和操作方法；2. 学生在实训过程中，提高了动手能力、团队协作精神和解决问题的能力；3. 实训过程中，学生发现了自身存在的不足，为今后的学习和工作打下了基础。

电力拖动基础知识电力拖动基础知识引言电力拖动是指利用电动机将动力传递给装置或机械的一种技术。

它在现代工业中起着至关重要的作用，广泛应用于各个行业。

本文将介绍电力拖动的基础知识，包括电动机的工作原理、电力传动系统的组成以及一些常见的应用。

一、电动机的工作原理电动机是电力拖动的核心部件，它将电能转换为机械能，通过轴向动力输出。

电动机的工作原理主要基于电磁感应和洛伦兹力。

1. 电磁感应电磁感应是电动机实现转动的基本原理。

当电流通过电动机的线圈时，会在线圈周围产生磁场。

根据法拉第电磁感应定律，当磁场改变时，会在线圈中产生感应电动势。

这个电动势会与电源电压产生差异，导致电流流经线圈。

差异越大，电流越大。

2. 洛伦兹力电动机实现转动的另一个原理是洛伦兹力。

当线圈中有电流通过时，它在磁场中受到力的作用。

根据右手定则，电流方向与磁场方向之间的关系将决定所受力的方向。

由于线圈的结构，导线受到力的方向相同，这将产生一个力矩，使电机开始旋转。

二、电力传动系统的组成电力传动系统是电力拖动的基础，它由电动机、传动装置和负载组成，各部分通过轴连接。

1. 电动机电动机是传动系统的动力源，它的类型有很多种。

常见的电动机包括直流电动机、交流异步电动机和交流同步电动机。

不同类型的电动机有不同的应用领域和工作原理。

2. 传动装置传动装置用于将电动机的转速和转矩传递给负载。

常见的传动装置包括齿轮传动、皮带传动和链传动。

通过不同的传动装置，可以实现不同的转速和转矩要求。

3. 负载负载是电力传动系统中的目标设备或机械。

它可以是任何需要动力传递的装置，如机床、输送带和风扇。

负载的特点和要求将决定电动机和传动装置的选择。

三、常见的电力拖动应用电力拖动在工业中的应用广泛，以下是一些常见的应用领域：1. 工业生产线工业生产线通常需要大量的电力来驱动各种设备和机械。

电力拖动被广泛应用于各个环节，如输送链、旋转装置和起重机。

2. 交通运输交通运输中的电力拖动主要应用于轨道交通和电动汽车。

电力传动技术电力传动技术是指利用电力来实现机械设备运转的技术，也称为电动传动技术。

在现代工业生产中，电力传动技术已经成为最为常见的动力传动方式之一，其应用范围非常广泛，涵盖了工业、交通、军事、航空航天等领域。

本文将从电力传动技术的概念、原理、应用等方面进行探讨。

一、电力传动技术的概念电力传动技术是一种将电能转化为机械能的技术，通过电机、变频器、传动装置等组成的系统来驱动机械设备运转。

其主要作用是将电能转换为机械能，提供动力源，从而实现机械设备的运转。

电力传动技术的原理是将电能转换为机械能，通过电机产生的旋转力矩来驱动机械设备运转。

其主要组成部分包括电机、传动装置和控制系统。

其中，电机是电力传动技术的核心部分，它将电能转换为机械能，同时也是整个系统的动力源。

传动装置则是将电机产生的旋转力矩传递给机械设备的关键部件，其作用是保证传动的高效性和可靠性。

控制系统则是对电机的运转进行控制和调节，以使电机产生适当的功率和转速，从而实现机械设备的正常运转。

三、电力传动技术的应用电力传动技术广泛应用于工业、交通、军事、航空航天等领域。

在工业生产中，电力传动技术主要应用于各种机床、起重机械、输送机、风机、泵等设备的驱动。

在交通运输领域，电力传动技术主要应用于铁路机车、地铁、电动汽车等交通工具的动力系统中。

在军事领域，电力传动技术被广泛应用于战斗机械、导弹、雷达等设备中。

在航空航天领域，电力传动技术主要应用于航空发动机、制动系统、导航设备等方面。

四、电力传动技术的优势与传统的机械传动方式相比，电力传动技术具有以下优势：1. 功率密度高。

电机体积小、重量轻，可以实现更高的功率密度，从而在有限的空间内提供更大的动力输出。

2. 转速范围广。

电机可以通过调节电源电压、频率等来实现转速调节，转速范围广，能够适应不同的负载要求。

3. 能量利用率高。

电力传动技术可以实现能量的高效利用，避免了传统机械传动中的能量损耗。

4. 控制精度高。

《电力传动控制系统》教学大纲一、课程地位与课程目标（一）课程地位随着电子、信息等高新技术的发展与进步，传统机电技术获得了改造、创新的可能和手段，电气工程及其自动化专业的学生除了需深刻理解电器、机械的原理和系统外，更需要具备运用电子技术（（电力电子技术、微电子技术）、现代控制理论/技术实现传统机电系统高新技术改造的能力,为从事与电气工程专业有关的工作和科学研究打下一定的基础。

《电力传动控制系统》是电气工程及其自动化专业和自动化专业的核心课程，既有完整的理论体系，又有很强的实践性，是一门把理论基础和工具应用到工程实践中去的典范课程。

（二）课程目标1. 能够应用自动控制理论解决运动控制系统的设计问题（1.4）。

2. 能够应用自动控制理论分析运动控制系统的复杂工程问题（2.2）。

3. 具有电力拖动控制系统的工程开发和实验的基本能力（3.3）。

4. 能够基于自动控制理论对运动控制系统设计实验、仿真、分析与解释数据（4.3）。

5. 能够针对运动控制系统进行仿真与辅助设计（5.2）。

二、课程目标达成的途径与方法采用课堂教学的方法。

主要讲解转速开环控制的直流调速系统、转速闭环控制的直流调速系统、转速、电流双闭环控制的直流调速系统、直流调速系统的数字控制、基于稳态模型的异步电动机调速系统、基于动态模型的异步电动机调速系统、绕线转子异步电机双馈调速系统、同步电动机变压变频调速系统的概念、实现方法及具体的应用。

通过实例的讲解，使同学们更好地熟悉或掌握运动控制系统设计的方法和步骤，提高学生对电力传动系统的学习兴趣、培养学生应用理论基础和工具解决实际问题的能力。

课堂教学尽量引入互动环节，使同学们能更好地融入课堂教学，提高教学效果。

实验环节安排在专门的实验课程“电气控制专业实验”。

三、课程目标与相关毕业要求的对应关系2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。

四、课程主要内容与基本要求五、课程学时安排七、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材1．《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》(第5版).阮毅.机械工业出版社.2016年.(普通高等教育“十一五”国家级规划教材普通高等教育电气工程与自动化类“十三五”规划教材).（二）主要参考书：1. 《电力拖动自动控制系统》.李华德等.机械工业出版社.2009年2月.2. 《电力电子技术》(第五版).王兆安.机械工业出版社.2009年5月.3. 《电气传动实验指导书》. 中国计量大学.。

电力传动系统控制技术研究随着现代工业的发展，机器设备和工业生产过程也越来越复杂。

如何高效、稳定地控制这些设备，使其能够按照预期的方式运行，成为了工程师们所面临的一项重要挑战。

电力传动系统作为工业生产中最基本的部分，其控制技术也受到了广泛关注和研究。

本文将对电力传动系统控制技术进行详细分析和讲解。

一、电力传动系统控制技术的发展历程电力传动系统控制技术是一个相对成熟的领域，其历程可以追溯到20世纪初。

当时，人们开始尝试使用电力传动系统来控制工业设备的运行，并且将电机制成了一种经典的传动装置。

为了提高电力传动系统的运行效率和控制精度，人们陆续发明了许多控制技术和方法。

其中最重要的技术包括PID控制技术、模糊控制技术、神经网络控制技术等。

这些技术不仅使电力传动系统控制更加灵活和稳定，也为其他工业生产领域的自动化控制提供了思路和方法。

二、电力传动系统控制技术的现状在现代工业生产中，电力传动系统控制技术已经广泛应用。

例如，机床、船舶、汽车、机器人等各种工业设备都需要使用电力传动系统实现运动控制和动力传递。

同时，随着工业4.0和智能制造的发展，电力传动系统控制技术也面临着新的挑战。

例如，如何实现多机协同控制、如何利用大数据技术优化传动系统效率等等。

目前，电力传动系统控制技术的主要研究方向包括以下几个方面：1. 高精度电机控制系统高精度电机控制系统主要关注如何通过控制电机的转速、角度、位置等参数，实现更加精确、高效的运动控制。

现代电机控制系统通常采用数字控制技术，并结合PID或者模糊控制方法实现控制。

2. 高效能量转换技术高效能量转换技术是电力传动系统能效提升的重要途径之一。

通过采用新型的功率器件、基于矢量控制的调速技术等手段，可以有效提升传动系统的能效。

3. 智能化电力传动控制系统智能化电力传动控制系统是近年来电力传动系统研究的一个热点方向。

该方法通过集成计算机、网络、传感器等多种技术手段，实现传动系统的自动化控制和智能化管理。

电力传动自动控制系统2013-03-30第1章电力传动系统基础1.1 电力传动系统的目的、要求和分类主要讨论电力传动系统的基本概念及其发展概况。

一．电力传动及其基本组成1．传动以原动机带动生产机械运行，完成一定的生产任务。

古代动力的来源是人力、畜力。

后来出现了借助于风力、水力传动的生产机械。

再以后，发明了热机(蒸汽机、内燃机、柴油机)，就以高温蒸汽为动力。

直到十九世纪出现了电能，就以电能为动力带动生产机械，从此，人类从繁重的体力劳动中解放出来。

气动、液压传动、电动(电力传动或电气传动)电力传动以电动机作为原动机，带动生产机械运行。

早期的机械能来源于水力、蒸汽。

比如，水车、蒸汽机车等。

电、电机出现以后，由于电能具有变换、传输、分配、使用和控制都非常方便、经济，而且易于大量生产、集中管理和实现自动控制的优点，就由电力传动代替了水力和蒸汽。

在现代工业生产中，大量的生产机械采用电力传动，电力传动极为普遍，约占80%。

如机床、汽车、电车等。

2．电力传动系统的基本组成电力传动系统是电气与机械综合的系统。

由以下四部分组成：1)电动机及其供电电源——把电能转换成机械能2)传动机构——把机械能转化成所需要的运动形式并进行传递与分配3)工作机构——完成生产工艺任务(或称为执行机构)4)电气控制装置——控制系统按照生产工艺的要求来工作，并对系统起保护作用或进行更高层次的自动化控制。

工作机械的运动形式是多种多样的。

车床的主轴做旋转运动，龙门刨床的工作台做直线往复运动，吊车的卷扬机构做上下直线运动，冲剪床的执行机构做简谐运动。

在电力传动系统中，原动机是电动机，一般做旋转运动。

通过传动机构可获得各种不同形式的运动。

以车床为例的电力传动系统如图1-1所示。

图1-1 车床的电力传动系统示意图绘成方框图如图1-2所示。

— 1 —图1-2 电力传动系统方框图随着生产的发展，生产工艺对电力传动系统在准确性、快速性、经济性、先进性等方面提出愈来愈高的要求，因此，需要不断地进行改进和完善电气控制设备，使电力传动自动化得到不断发展。

电力牵引传动控制系统：核心技术与应用优势一、电力牵引传动控制系统概述电力牵引传动控制系统，作为现代轨道交通领域的关键技术，以其高效、环保、低噪音等优势，逐渐成为我国铁路、城市轨道交通等领域的主流驱动方式。

该系统主要包括电力变换、电机控制、传动装置及监控系统等部分，通过先进的控制策略，实现列车牵引与制动的高效运行。

二、电力牵引传动控制系统的核心技术1. 电力变换技术电力变换技术是电力牵引传动控制系统的核心，主要包括整流、逆变和滤波等环节。

通过对输入的电能进行高效转换，为电机提供稳定、可靠的电源供应，确保列车在各种工况下都能实现优异的牵引性能。

2. 电机控制技术电机控制技术主要针对牵引电机进行精确控制，包括速度、转矩和位置控制等。

采用矢量控制、直接转矩控制等先进控制策略，实现电机的高效、稳定运行，降低能耗，提高列车运行品质。

3. 传动装置技术传动装置技术主要包括齿轮箱、联轴器等部件，将电机输出的动力传递到车轮，实现列车的牵引和制动。

通过优化传动装置的设计，降低噪音、提高传动效率，确保列车运行的安全性和舒适性。

4. 监控系统技术监控系统技术负责对整个电力牵引传动控制系统进行实时监控，包括故障诊断、保护、数据处理等功能。

通过集成化、智能化的监控手段，提高系统的可靠性和运行稳定性。

三、电力牵引传动控制系统的应用优势1. 节能环保电力牵引传动控制系统采用电能作为动力来源，相较于传统燃油驱动方式，具有显著的节能环保优势。

同时，系统的高效运行有助于降低能源消耗，减少污染物排放。

2. 运行速度快电力牵引传动控制系统具有较高的功率密度，能够实现列车的快速启动、加速和制动，提高运行速度，缩短运行时间。

3. 维护成本低相较于传统传动系统，电力牵引传动控制系统结构简单，故障率低，维护方便。

通过智能化监控手段，可实现故障预警和远程诊断，降低维护成本。

4. 噪音低、舒适性高电力牵引传动控制系统采用交流电机驱动，相较于直流电机，噪音更低，振动更小，提高了乘客的舒适度。

电力传动自动控制系统练习题(电力拖动部分)哈尔滨工业大学第1章 电力传动系统基础一、选择题1. 电力拖动系统运动方程式中的GD 2反映了（ ）。

A 旋转体的重量和直径平方的乘积，它没有任何物理意义B 系统机械惯性的一个整体物理量C 系统储能的大小，它不是一个整体物理量D 以上三种都对2. 恒功率负载的特点是（ ）。

A 负载转矩与转速的乘积为一常数B 负载转矩与转速成反比变化C 恒功率负载特性是一条双曲线D 以上都对3. 反抗性恒转矩负载特性是位于第（ ）象限的竖直线。

A 1、2B 1、3C 1、4D 2、44. 位能性恒转矩负载特性是位于第（ ）象限的竖直线。

A 1、2B 1、3C 1、4D 2、4二、填空题1. 电力拖动系统的电磁转矩和负载转矩分别用L em T T 、表示，当（ ）时系统处于加速运行状态，当（ ）时系统处于减速运行状态。

2. 选定电动机转速n 的方向为正，若电磁转矩0>em T ，则em T 的方向与n 的方向（ ），若负载转矩0>L T ，则L T 的方向与n 的方向（ ）。

3. 选定电动机转速n 的方向为正，若电磁转矩0<em T ，则em T 的方向与n 的方向（ ），若负载转矩0<L T ，则L T 的方向与n 的方向（ ）。

4. 生产机械的负载性质基本上可归纳为三大类，它们分别是( )、( )和（ ）。

5. 反抗性恒转矩负载是指负载转矩的大小恒定不变，其方向与转速的方向（ ），其负载转矩特性位于第（ ）象限。

6. 位能性恒转矩负载是指负载转矩的大小恒定不变，其方向与转速的方向（ ），其负载转矩特性位于第（ ）象限。

7. 电动机的运动方程式为：dt dn GD T T L em 3752=−，式中，GD 2称为旋转系统的（ ），dtdn GD 3752称为系统的（ ）。

三、简答题1. 简述恒转矩负载特性、恒功率负载特性、泵与风机负载特性的特点。

电力传动控制系统——运动控制系统（习题解答）第1章电力传动控制系统的基本结构与组成 (1)第2章电力传动系统的模型 (13)第3章直流传动控制系统 (18)第4章交流传动控制系统 (30)第5章电力传动控制系统的分析与设计* (38)第1章电力传动控制系统的基本结构与组成1. 根据电力传动控制系统的基本结构，简述电力传动控制系统的基本原理和共性问题。

答：电力传动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种传动方式，由于电力传输和变换的便利，使电力传动成为现代生产机械的主要动力装置。

电力传动控制系统的基本结构如图1-1所示，一般由电源、变流器、电动机、控制器、传感器和生产机械（负载）组成。

图1-1 电力传动控制系统的基本结构电力传动控制系统的基本工作原理是，根据输入的控制指令（比如：速度或位置指令），与传感器采集的系统检测信号（速度、位置、电流和电压等），经过一定的处理给出相应的反馈控制信号，控制器按一定的控制算法或策略输出相应的控制信号，控制变流器改变输入到电动机的电源电压、频率等，使电动机改变转速或位置，再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要求运动，故又称为运动控制系统。

虽然电力传动控制系统种类繁多，但根据图1-1所示的系统基本结构，可以归纳出研发或应用电力传动控制系统所需解决的共性问题：1）电动机的选择。

电力传动系统能否经济可靠地运行，正确选择驱动生产机械运动的电动机至关重要。

应根据生产工艺和设备对驱动的要求，选择合适的电动机的种类及额定参数、绝缘等级等，然后通过分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的校验。

2）变流技术研究。

电动机的控制是通过改变其供电电源来实现的，如直流电动机的正反转控制需要改变其电枢电压或励磁电压的方向，而调速需要改变电枢电压或励磁电流的大小；交流电动机的调速需要改变其电源的电压和频率等，因此，变流技术是实现电力传动系统的核心技术之一。

3）系统的状态检测方法。