(2025年)電力機(jī)車控制考試試題附答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.電力機(jī)車牽引控制系統(tǒng)中，粘著控制的主要目的是（）A.提高牽引效率B.防止輪對空轉(zhuǎn)或滑行C.優(yōu)化牽引特性曲線D.降低牽引變流器損耗答案：B2.采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）的牽引變流器，其轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間通常小于（）A.5msB.10msC.15msD.20ms答案：A3.電空制動系統(tǒng)中，CCBII制動機(jī)的ERCP模塊主要負(fù)責(zé)（）A.均衡風(fēng)缸壓力控制B.制動缸壓力控制C.總風(fēng)缸壓力調(diào)節(jié)D.緊急制動觸發(fā)答案：A4.牽引變流器的中間直流環(huán)節(jié)電容的主要作用是（）A.濾波并穩(wěn)定直流電壓B.存儲能量供再生制動C.隔離交流側(cè)諧波D.提高功率因數(shù)答案：A5.微機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)字量輸入模塊（DI）的典型輸入電壓是（）A.DC110VB.AC220VC.DC24VD.AC380V答案：A6.再生制動時，牽引變流器工作在（）A.整流狀態(tài)B.逆變狀態(tài)C.斬波狀態(tài)D.回饋狀態(tài)答案：D7.牽引特性曲線中，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對應(yīng)的運行階段是（）A.低速啟動階段B.中速加速階段C.高速恒功階段D.緊急制動階段答案：A8.故障診斷系統(tǒng)中，基于模型的診斷方法需要（）A.大量歷史故障數(shù)據(jù)B.系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型C.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)D.專家知識庫答案：B9.列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCN）中，MVB總線的傳輸速率是（）A.1.5MbpsB.2.5MbpsC.5MbpsD.10Mbps答案：A10.牽引電機(jī)溫度保護(hù)的典型閾值是（）A.80℃B.120℃C.180℃D.220℃答案：C二、填空題（每空1分，共20分）1.電力機(jī)車牽引控制的核心目標(biāo)是實現(xiàn)（）與（）的最優(yōu)匹配。答案：粘著利用牽引需求2.牽引變流器的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括（）、（）和三電平變流器。答案：兩電平變流器中點箝位式變流器3.電制動包括（）、（）和電阻制動三種形式。答案：再生制動反接制動4.微機(jī)控制單元（TCU）的主要功能模塊有（）、（）、保護(hù)邏輯模塊和通信模塊。答案：牽引控制模塊制動控制模塊5.粘著控制的常用算法包括（）、（）和模糊控制算法。答案：斜率法粘著系數(shù)觀測法6.列車網(wǎng)絡(luò)控制中，WTB總線的主要作用是（），MVB總線的主要作用是（）。答案：連接不同車輛單元連接同一車輛內(nèi)設(shè)備7.牽引電機(jī)的冷卻方式主要有（）和（）兩種。答案：強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻液冷8.制動電阻的功率計算公式為（），其中P為功率，F(xiàn)為制動力，v為速度，η為轉(zhuǎn)換效率。答案：P=F·v/η9.故障診斷系統(tǒng)的三級診斷包括（）、（）和地面專家診斷。答案：車載實時診斷司機(jī)界面提示診斷10.牽引特性曲線的三個階段是（）、（）和恒功區(qū)。答案：恒轉(zhuǎn)矩區(qū)過渡區(qū)三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述電力機(jī)車牽引控制系統(tǒng)的組成及各部分功能。答案：牽引控制系統(tǒng)由牽引變流器、牽引電機(jī)、微機(jī)控制單元（TCU）、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。牽引變流器將網(wǎng)側(cè)交流電轉(zhuǎn)換為適合電機(jī)的變壓變頻電源；牽引電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動輪對；TCU負(fù)責(zé)根據(jù)司機(jī)指令和傳感器反饋，計算并輸出控制信號；傳感器（如電流、電壓、轉(zhuǎn)速傳感器）實時采集系統(tǒng)狀態(tài)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如接觸器、斬波器）執(zhí)行控制指令。2.比較恒流準(zhǔn)恒速控制與直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）的優(yōu)缺點。答案：恒流準(zhǔn)恒速控制通過調(diào)節(jié)電流維持恒流，低速段保證粘著利用，高速段切換恒速控制，優(yōu)點是算法簡單、可靠性高，缺點是動態(tài)響應(yīng)較慢，轉(zhuǎn)矩脈動較大。DTC直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁鏈，通過空間電壓矢量選擇實現(xiàn)快速響應(yīng)，優(yōu)點是動態(tài)性能好、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快（<5ms），缺點是對電機(jī)參數(shù)敏感，低速段磁鏈觀測精度要求高。3.說明電空制動系統(tǒng)中“常用制動”與“緊急制動”的區(qū)別。答案：常用制動是正常減速時使用的制動方式，制動力逐級施加，制動缸壓力按預(yù)設(shè)斜率上升（如0.3-0.5bar/s），允許司機(jī)階段緩解；緊急制動是緊急情況下的最大制動力施加，制動缸壓力快速上升（如1.5-2bar/s），直接達(dá)到最大壓力（通常6bar），且不可緩解，需司機(jī)復(fù)位后重新充風(fēng)。4.簡述牽引變流器過流故障的可能原因及處理流程。答案：可能原因：牽引電機(jī)短路、變流器IGBT模塊擊穿、電流傳感器故障、控制算法誤觸發(fā)。處理流程：①TCU檢測到過流信號（電流超過整定值，如1.5倍額定電流持續(xù)20ms）；②立即封鎖門極驅(qū)動信號，切斷變流器輸出；③觸發(fā)保護(hù)邏輯，斷開主斷路器（VCB）；④司機(jī)界面顯示“牽引變流器過流”故障代碼；⑤司機(jī)降弓斷電，檢查電機(jī)絕緣、變流器模塊外觀及傳感器連接；⑥故障復(fù)位后重新升弓，測試空載電流，確認(rèn)正常后恢復(fù)運行。5.分析列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCN）中冗余設(shè)計的必要性及實現(xiàn)方式。答案：必要性：TCN是機(jī)車控制的神經(jīng)中樞，單點故障可能導(dǎo)致控制失效，冗余設(shè)計可提高系統(tǒng)可靠性。實現(xiàn)方式：①雙總線冗余（主/備MVB、WTB），正常時主總線工作，故障時自動切換至備用總線；②控制單元冗余（如雙TCU），主TCU故障時從TCU無縫接管控制；③電源冗余（雙110V電源模塊并聯(lián)供電），單模塊故障不影響系統(tǒng)供電；④通信協(xié)議冗余（支持TCP/IP與TCN協(xié)議切換），適應(yīng)不同場景需求。四、分析題（每題10分，共20分）1.某電力機(jī)車在牽引工況下，網(wǎng)壓顯示25kV正常，但牽引電機(jī)無電流輸出，司機(jī)臺顯示“牽引封鎖”故障。試分析可能的故障原因及排查步驟。答案：可能原因：①牽引變流器故障（如IGBT驅(qū)動板損壞、中間直流電壓檢測故障）；②TCU控制邏輯異常（如牽引指令未發(fā)送、傳感器信號丟失）；③司機(jī)控制器故障（牽引手柄位信號未輸出）；④主斷路器（VCB）雖閉合但主接觸器（KM）未吸合；⑤電流傳感器故障（信號異常導(dǎo)致TCU誤判）。排查步驟：①檢查司機(jī)控制器牽引位信號（DI模塊輸入是否為110V）；②查看TCU故障記錄，確認(rèn)是否有“變流器使能信號丟失”或“中間電壓異常”代碼；③測量主接觸器KM線圈電壓（應(yīng)為110V），檢查KM輔助觸點是否閉合；④用萬用表檢測牽引變流器輸入電壓（中間直流環(huán)節(jié)應(yīng)約3000V），若為0V則檢查預(yù)充電電路；⑤測試電流傳感器輸出信號（正常應(yīng)為4-20mA對應(yīng)0-額定電流），若異常則更換傳感器；⑥最終若硬件正常，可能為TCU軟件邏輯錯誤，需重啟TCU或升級程序。2.某機(jī)車在高速運行（160km/h）時，粘著控制觸發(fā)頻繁，輪對空轉(zhuǎn)指示燈閃爍，制動力波動明顯。結(jié)合粘著特性曲線，分析可能的原因及改進(jìn)措施。答案：原因分析：高速運行時，輪軌粘著系數(shù)隨速度升高而降低（粘著特性曲線斜率變緩），若牽引/制動力矩超過粘著極限（F=μ·P，μ為粘著系數(shù)，P為輪重），易觸發(fā)空轉(zhuǎn)/滑行?？赡茉虬ǎ孩佥嗆壉砻鏍顟B(tài)差（有水、油、霜）導(dǎo)致μ下降；②粘著控制算法參數(shù)未匹配當(dāng)前速度（如高速段未降低力矩調(diào)整閾值）；③牽引電機(jī)特性不一致（某電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出偏差大）；④速度傳感器誤差（導(dǎo)致粘著控制誤判）。改進(jìn)措施：①撒砂裝置自動激活，改善輪軌粘著（μ可提升0.1-0.2）；②TCU根據(jù)當(dāng)前速度動態(tài)調(diào)整粘著控制參數(shù)（如高速段將力矩削減比例從30%降至15%）；③對牽引電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩均衡控制（通過電流閉環(huán)修正各電機(jī)輸出）；④校準(zhǔn)速度傳感器（誤差應(yīng)<0.5%），避免誤觸發(fā)；⑤若頻繁發(fā)生，需檢查輪對踏面磨耗（踏面擦傷會加劇空轉(zhuǎn)），必要時旋輪處理。五、綜合應(yīng)用題（20分）某型電力機(jī)車采用兩電平牽引變流器+異步牽引電機(jī)的驅(qū)動方案，額定牽引功率5600kW（4軸，每軸1400kW），額定網(wǎng)壓25kV，額定轉(zhuǎn)速1800r/min，粘著系數(shù)設(shè)計值0.28（輪重21t/軸）。請完成以下計算與設(shè)計：（1）計算單軸額定牽引力（取g=10m/s2）。（2）設(shè)計粘著控制策略的核心邏輯（需包含傳感器、控制算法、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分）。（3）若機(jī)車以120km/h恒速運行，再生制動時回饋至電網(wǎng)的功率為3200kW（轉(zhuǎn)換效率η=0.9），計算此時的制動力。答案：（1）單軸額定牽引力計算：牽引功率P=F·v/η（η取1，忽略機(jī)械損耗），v=π·D·n/60（D為輪徑，假設(shè)D=1.25m），但更簡單方法：額定功率P=1400kW=1400×103W，額定速度v=（π×D×n）/60=（3.14×1.25×1800）/60≈117.75m/min=7.065km/h（此為額定轉(zhuǎn)速下的輪周速度，實際機(jī)車額定速度通常指最高恒功速度，可能題目中額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)額定速度，需調(diào)整）。正確方法：額定牽引力F=（P×3600）/（v×1000），假設(shè)額定速度v=100km/h（實際需題目給定，此處假設(shè)），則F=（1400×3600）/（100×1000）=50.4kN。但根據(jù)粘著限制，最大牽引力F_max=μ·P=0.28×21×103×10=58.8kN，因此單軸額定牽引力應(yīng)取較小值50.4kN（符合設(shè)計值）。（2）粘著控制策略設(shè)計：①傳感器：輪對轉(zhuǎn)速傳感器（精度±0.1%）、電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器（精度±1%）、軸重傳感器（監(jiān)測軸重轉(zhuǎn)移）、輪軌表面狀態(tài)傳感器（紅外檢測濕度/污染物）。②控制算法：采用“斜率法+粘著系數(shù)觀測”復(fù)合控制。實時計算輪對加速度（a=Δv/Δt），當(dāng)a>閾值（如0.5m/s2）時，判定為空轉(zhuǎn)；同時通過觀測電機(jī)轉(zhuǎn)矩與輪周力的差值（ΔF=T/(r)-μ·P）估計粘著系數(shù)μ，若μ<設(shè)定值（如0.25），觸發(fā)力矩削減。高速段（>120km/h）降低力矩調(diào)整斜率（從10%/ms降至5%/ms），避免過制動。③執(zhí)行機(jī)構(gòu)：牽引變流器（快速調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，響應(yīng)時間<5ms）、撒砂裝置（空