電力機車控制廣州鐵路職業(yè)技術學院郭泉成自我介紹鐵道機車教研室：郭泉成本科碩士華南理工大學主要研究方向：無人駕駛、最優(yōu)控制郵箱：924107042@一、課程介紹1、課程地位：《電力機車控制》是依據企業(yè)電力機車駕駛和檢修工作任務與電力機車司機和機車電工崗位職業(yè)能力分析中對學生能力、知識、素養(yǎng)培養(yǎng)需求設置的專業(yè)核心課程，72個學時，其中30個學時實訓前導課程：《電工電子技術》《機車電力電子》《牽引電機與電器檢修與維護》等一、課程介紹（一）能力目標1. 能比較熟練地對電力機車電氣設備按規(guī)定進行全面檢查；2. 能比較熟練地對電力機車電氣設備進行規(guī)范操作；3. 能根據電路圖對電力機車電氣系統(tǒng)進行系統(tǒng)分析，根據故障現象查找故障原因及故障處所；4. 能比較熟練地對電力機車電氣故障進行應急處理；5. 能對一般的電氣故障進行修復。一、課程介紹（二）知識目標1. 掌握電力機車直流傳動控制的基本原理；2. 掌握典型電力機車主、輔、控電路的工作原理；3. 掌握典型電力機車電氣線路檢查和故障處理的方法。一、課程介紹4、課程考核方式評定項目

評價方式分

數

比

重

分

配分數分配平時考核學生出勤5％、學生作業(yè)5％、平時測評20％30％項目考核評價學生對項目的掌握情況。每個子項目為一個評價的階段，每個項目完成一套項目考核表。每個子項目抽一個能力訓練項目進行考核，每個子項目考核成績占本課程總成績的10%。40％期末考核知識考核30%競

賽競賽獲得省部級比賽獎以上的則可以免期末考試

合

計

100％（一）考核方式1.考核評價=過程評價30%+階段評價70%2.過程評價：采用學生出勤，學生作業(yè)，平時測評相結合。3.階段評價=項目考核+期末考核+競賽（二）課代表電力機車控制認識電力機車主電路電力機車工作原理一、緒論1.什么是電力機車電力機車是通過受電弓從接觸網上獲得電能，有電動機驅動的機車或動車。電力機車自身不帶能源，因此也叫非自給式機車。由于他的非自給性，電力機車平均熱效率與蒸汽機車和內燃機車相比為最高。電傳動內燃機車是電力機車嗎？一、緒論2.電力機車的分類電力機車是電機機車和電動車組的總稱，包括牽引車列的電力機車和擔任客運的城際電動車組與地下鐵道電動列車。按照用途分：客運電力機車。牽引力不大，運行速度高。貨運電力機車。牽引力大，運行速度不高?？拓泝捎秒娏C車。牽引力和速度介于客運和貨運之間。調車電力機車。用來站場上編組列車。功率不大，速度和牽引力均較低。一、緒論2.電力機車的分類電力機車是電機機車和電動車組的總稱，包括牽引車列的電力機車和擔任客運的成績電動車組與地下鐵道電動列車。按機車動軸數分：可分為四軸、六軸、八軸電力機車。一般動軸數較多的電力機車用作貨運機車，如國產干線貨運機車SS4為8軸電力機車，軸列式2（B0-B0）。動軸數較少的電力機車用作客運機車，如國產準高速機車SS8型為4軸電力機車，軸列式為B0-B0一、緒論2.電力機車的分類電力機車是電機機車和電動車組的總稱，包括牽引車列的電力機車和擔任客運的成績電動車組與地下鐵道電動列車。按照供電電流制——傳動型式分為：直流供電—直流牽引電動機：直-直型力機車；接觸網供電電壓為直流1500-3000V，牽引電動機為直流串勵牽引電機。交流供電--直（脈）流牽引電動機：交-直型電力機車。我國韶山系列即為此類電機。是各個國家普遍采用的一種型式。交流供電—變流器環(huán)節(jié)—三相交流異（同）步電動機：交-直-交型電力機車。這一類是世界發(fā)達國家采用的主導機車型式。直流供電—逆變器—三相交流異步機的：直-交型電力機車。一、緒論3.電氣化鐵道最早出現于19世紀70年代末的歐洲。早期的電氣化鐵路多采用直流供電方式，電壓等級較低，需在地面

(牽引變電所內)設整流裝置，不宜設置在長距離的鐵路干線上。在城市軌道交通中，由于在公共場所只允許使用低壓電源，而且相對于交流供電方式來說，直流供電方式對毗鄰接觸網的信號和通信系統(tǒng)干擾較小，因此，城市軌道交通一般采用直流供電方式。目前國際上普遍采用比較先進的單相工頻交流制電氣化鐵路，它便于升壓和減少電能的損耗，可以增加牽引變電所之間的距離，大大降低建設投資和運營費用。1輸電線路；2牽引變電所；3饋電線；4接觸網；5電力機車；6鋼軌；7回流線；8分相絕緣電路牽引回路如何？3.1電氣化鐵道組成3.1電氣化鐵道組成牽引供電回路應為下列順序：牽引變電所→饋電線→接觸網→電力機車→鋼軌、或回流線→牽引變電所。1.功率大：不需燃料，相同重量下功率比自給式機車大。即比功率大。電力機車比功率：40-60KW/t，較好內燃機：25-30KW/t。2.速度高：功率大，相同負載下，速度更高。3.效率高：水力供電牽引效率60-70%，火力電25%左右。高于蒸汽機的8-10%和內燃的25%。4.過載能力強：牽引電機過載能力高于發(fā)動機。對于啟動和重載時候的困難區(qū)段具有較好過載能力。一、緒論4.電力牽引的特點①運輸能力強。電力牽引為非自給式牽引動力，機車本身不帶燃料和原動機，由大容量電力系統(tǒng)供電，機車或動車總功率大且自身重量相對較輕，具有起動和加速快、過載能力強、牽引力特特點，能滿足鐵路和城市現代交通運輸對高速、快速、重載和大運輸能力的需要。②經濟效益顯著，可顯著節(jié)省能源降低運營成本。據統(tǒng)計，鐵路電力牽引的平均單位消耗（標準燃料·公斤/萬噸·公里），比內燃牽引和蒸汽機車牽引分別低13.0%和67%，因而，電力牽引的運營成本較低。③電力牽引列車和車輛噪聲小，不排出廢氣和有害氣體，有利于環(huán)境保護。城市軌道交通電力牽引采用地下建筑或高架結構，運輸快捷、靈活、安全?？上鞘薪煌ㄗ枞麪顩r、改善生活空間。④電力牽引各主要組成環(huán)節(jié)均為獨立電氣系統(tǒng)，且又連成整體，它們與電子技術和計算機控制手段相結合，易于實現全面自動化和信息化，為鐵路和城市交通的技術進步、勞動生產率的極大提高，提供了廣闊的發(fā)展前景。一、緒論5.電力牽引的優(yōu)越性二、電力機車工作原理電力機車按供電電流制——傳動型式分為：直流供電—直流牽引電動機：直-直型力機車；交流供電--直（脈）流牽引電動機：交-直型電力機車；交流供電—變流器環(huán)節(jié)—三相交流異（同）步電動機：交-直-交型電力機車直流供電—逆變器—三相交流異步機的：直-交型電力機車。我國交—直傳動方式的電力機車的發(fā)展大體經歷了三個階段：第一階段是從1958年到70年代末，這一階段是我國電力機車發(fā)展的起步期。主型SS1型電力機車。第二階段是從70年代末到80年代末。這是我國電力機車發(fā)展的成長期。這時期的代表機型是SS3和SS4型電力機車。第三階段始于90年代中期。在這一階段，相繼研制或改進了SS5、SS8、SS3B、SS6、SS6B、SS7、SS4改、SS4B、SS7C、SS7D、SS7E、SS9等型電力機車和AC4000型交—直—交傳動原型電力機車。隨著機車變流技術的發(fā)展，我國交流傳動的機車也逐漸投入運行，如“和諧”型電力機車我國電力牽引形式發(fā)展歷程

從2006年開始到現在，大量的大功率交流傳動電力機車陸續(xù)下線投入運用，拉開我國牽引動力從交直傳動到交流傳動轉換的序幕，對我國牽引動力技術進步和運輸能力的快速提高起到了極大的促進作用，引發(fā)我國鐵路牽引動力和運載工具發(fā)生深刻、巨大的變革。

為什么直流傳動逐漸被交流傳動所取代？長期以來受電源技術限制，列車電力傳動系統(tǒng)主要采用直流電力傳動系統(tǒng)，以直流牽引電動機作為驅動電動機，主要是由直流牽引電動機具有優(yōu)異的調速性能所決定的。直流牽引電動機從電磁過程來看是一個雙端勵磁的電動機，其磁場電流和電樞電流可獨立進行控制，調節(jié)控制很方便，其起動、調速性能和轉矩控制特性比較理想，并容易獲得良好的動態(tài)響應。特別是交-直流電力傳動系統(tǒng),曾經是列車電力傳動系統(tǒng)的主要傳動模式，在列車電力傳動以及其他工業(yè)電氣傳動領域發(fā)揮了重要作用，至今仍在許多國家和地區(qū)在用列車牽引中充當著主力軍作用，我國干線列車牽引機車仍以交-直流電力傳動系統(tǒng)為主，交-直流電力傳動機車保有量很大。2025/5/2220為什么直流傳動逐漸被交流傳動所取代？盡管直流電力傳動系統(tǒng)具有理想的牽引性能，然而不可否認，直流牽引電動機由于電樞結構復雜、慣量較大，存在接觸式的機械換向器，運行中不可避免的產生換向火花，很容易發(fā)生環(huán)火（正負電刷間短路）故障，在一定程度上降低了電動機運行可靠性。為了保證電動機能夠可靠換向，嚴格限制換向器上各換向片間的電壓，同時又受電樞機械強度的限制，其輸出功率和最高轉速都基本達到了極限值，直流傳動系統(tǒng)遇到了不可逾越的障礙。至今直流牽引電動機的設計制造能力很難超過1000kW，最高運行轉速均在3000r/min以下，制約了直流傳動機車功率的進一步增加。21為什么直流傳動逐漸被交流傳動所取代？2.1直直型電力機車工作原理電路回路？如何調速？直流電力機車是現代電力機車中最為簡單的一種。它使用的是直流電源和直流串勵牽引電動機，其工作原理如圖所示。目前有些工礦電力機車、地鐵電動車組和城市無軌電車仍采用這種型式。工作過程(原理)：1.電路路徑：機車由受電弓AP從接觸網取得直流電，經斷路器QF，調速電阻R向4臺直流牽引電動機M1～M4供電，牽引電流從鋼軌回流變電所。當四臺牽引電動機接通電源后即行旋轉，把電能轉變?yōu)闄C械能，再分別通過各自的齒輪傳動裝置，驅動機車動輪牽引列車運行。

2.工作狀態(tài)：在牽引工況（電動機狀態(tài)）時，產生牽引力，驅動列車運行。在制動工況（發(fā)電機狀態(tài)）時，產生制動力，從而使列車減速。2.1直直型電力機車工作原理１.機車結構簡單，造價低，經濟性好；２.采用適合于牽引的直流串勵電動機，牽引性能好，調速方便；３.控制簡單，運行可靠；４.供電效率低。由于受牽引電動機端電壓的限制，接觸網電壓一般為1500伏～3000伏。傳輸一定功率時電流較大，接觸網導線損耗量較大，因此供電效率低。

直直型電力機車的特點

５.基建投資大。為了減少接觸網上的壓降，電氣化區(qū)段的牽引變電所數量較多，造成基建投資大。６.效率低，有級調速。由于機車使用調壓電阻進行啟動、調速，因此調節(jié)過程中有能量損耗使效率很低，同時也難以實現連續(xù)、平滑地調節(jié)。隨著電力電子技術的發(fā)展，應用斬波器技術進行調速，可以對牽引電動機端電壓進行連續(xù)、平滑地調節(jié)，從而實現無級調速。直直型電力機車的特點

2.2交直型電力機車工作原理電路回路？交流如何變直流？交直型整流器電力機車的能量轉換是將接觸網供給的單相工頻交流電，經過機車內部的牽引變壓器降壓，再經整流裝置將交流轉化為直流，然后向直流牽引電機供電，從而產生牽引力牽引列車運行。2.2交直型電力機車工作原理①以SS4G為代表的不等分三段橋控制，包括SS4B、SS6B、SS3B、SS8、SS9、SS9G、SS7D、SS7E等電力機車②以SS4為代表的經濟四段橋控制電力機車③以8K為代表的一段半控橋和一段全控橋控制，包括SS7、SS7B、SS7C等電力機車2.2交直型電力機車工作原理SS4G三段不等分半控橋347.7V、347.7V、695.4VSS8主電路----B0B0SS9主電路---C0C0(1)整流器電力機車的變流過程是在機車內完成的，是一個集變壓、變流、牽引為一體的綜合裝置，不僅簡化了電氣化牽引的供電設備，而且由于采用交流電網供電，提高了接觸網的供電電壓，使一定功率的電能得以采用小電流輸送，既可減小接觸網導線的截面，節(jié)省有色金屬用量，也可減少電能損耗，提高電力機車的供電效率

整流器電力機車的工作特點(2)由于機車內設有變壓器，調壓十分方便，牽引電動機的工作電壓不再受接觸網電壓的限制，機車就可以選擇最有利的工作電壓，使牽引電動機的重量／造價比降低，同時工作更為可。(3)牽引電動機采用適合牽引的串勵或復勵電動機，可以獲得良好的牽引性能和啟動性能，尤其啟動時它采用了調節(jié)整流電壓的方式，省略了啟動電阻，不僅減輕了電氣設備的重量、降低了啟動能耗，而且改善了電力機車的啟動性能，提高了機車的運行可靠性。

整流器電力機車的工作特點(4)整流器電力機車采用單相50HZ整流，其輸出電壓有很大脈動，因而流過牽引電動機的電流也有較大脈動。脈動電流不僅使牽引電機的損耗增加，而且使牽引電機的換向惡化，因此在整流器電力機車上需要裝設平波電抗器PK和固定磁場分路電阻R0以限制電流的脈動，改善電動機的工作條件。同時，在牽引電動機的結構上亦作了特殊設計。2.3交交型電力機車的工作原理電壓型交流器供電的籠型異步電動機系統(tǒng)工作原理圖1-電源變流器；2-中間回路；3-電動機側逆變器；4-電抗器；5-牽引電動機2.3交交型電力機車的工作原理工作過程:受電弓將網壓引入機車變壓器一次側繞組，經變壓器二次側繞組降壓后送入①環(huán)節(jié)，將交流電轉換為脈動直流電，經②環(huán)節(jié)平滑A處的脈動，送入③環(huán)節(jié)，將直流電逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調的三相交流電，經④環(huán)節(jié)平波電抗器，供給⑤環(huán)節(jié)三相異步牽引電動機，實現牽引運行。各環(huán)節(jié)的作用：①環(huán)節(jié)——整流電路，基本作用是將交流電轉換為直流電。實現電路可以是不可控整流橋、相控整流橋、四象限脈沖變流器。②環(huán)節(jié)——直流環(huán)節(jié)濾波器，基本作用是平滑A處的紋波（脈動），消除或減少諧波含量（5次諧波），改善機車的功率因數。2.3交交型電力機車的工作原理③環(huán)節(jié)——逆變器，用于將直流電轉換為三相交流電，同時為了機車調速的需要，它應具有較寬的調頻范圍和調壓范圍，一般采用正弦波脈寬調制（PWM）。隨著電力半導體器件（GTO）的開發(fā)，可以采用電壓相量控制技術（VVCPWM），降低電機損耗，減少網壓波動的影響。④環(huán)節(jié)——平波電抗器，有三大作用，即降低電機