1、1,電力牽引傳動(dòng)與控制潘迪夫2015. 09 - 2015. 10（交通設(shè)備與控制工程 2012級(jí) 40學(xué)時(shí) ）,2,電力牽引傳動(dòng)與控制,課程主要內(nèi)容： 電力牽引傳動(dòng)控制概述 電力牽引交直傳動(dòng)與控制 電力牽引交流傳動(dòng)與控制,3,主要參考書： 胡漢春. 機(jī)車電傳動(dòng)與控制. 中國(guó)鐵道出版社，2012.05 張喜全. 電力牽引傳動(dòng)及控制. 中國(guó)鐵道出版社，2012.08 郭世明. 機(jī)車動(dòng)車牽引交流傳動(dòng)技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社，2012.03 王儉樸. 城市軌道交通電力牽引與控制. 國(guó)防工業(yè)出版社，2011.12 黃 彧. 電傳動(dòng)控制系統(tǒng). 北京交通大學(xué)出版社，2012.10 馮曉云. 電力牽引交流傳動(dòng)

2、及其控制系統(tǒng). 高等教育出版社，2009.12 王書林. 電力牽引控制系統(tǒng). 中國(guó)電力出版社，2005. 宋雷鳴. 動(dòng)車組傳動(dòng)與控制. 中國(guó)鐵道出版社，2009. 連級(jí)三. 電力牽引控制系統(tǒng). 中國(guó)鐵道出版社，2004. 胡崇岳. 交流電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制. 機(jī)械工業(yè)出版社，2010.01. 主要參考資料： 機(jī)車電傳動(dòng)J. 株洲電力機(jī)車研究所 內(nèi)燃機(jī)車J. 大連內(nèi)燃機(jī)車研究所 機(jī)車車輛（CRH1-6,HXD1-3, HXN3,HXN5,DF4-DF11,SS4-SS9, 等）資料及?？?4,第一章 電力牽引傳動(dòng)與控制 系統(tǒng)概述,系統(tǒng)組成與功用 系統(tǒng)分類 發(fā)展歷史與現(xiàn)狀,5,第一章 電力牽引傳動(dòng)

3、與控制系統(tǒng)概述,一、系統(tǒng)組成與功用 電力牽引傳動(dòng)與控制系統(tǒng)組成 內(nèi)燃機(jī)車、內(nèi)燃動(dòng)車組：,柴油機(jī),控制系統(tǒng),牽引發(fā)電機(jī),變流器,牽引電動(dòng)機(jī),傳動(dòng)齒輪箱 與動(dòng)輪,電力傳動(dòng)與控制系統(tǒng),圖 1-1a,6,電力機(jī)車、動(dòng)車組（交流AC供電）：,AC電網(wǎng) 受電弓,控制系統(tǒng),牽引變壓器,變流器,牽引電動(dòng)機(jī),傳動(dòng)齒輪箱 與動(dòng)輪,電力傳動(dòng)與控制系統(tǒng),圖 1-1b,地鐵、城軌車輛（直流DC供電）：,DC電網(wǎng) 受流裝置,控制系統(tǒng),變流器,牽引電動(dòng)機(jī),傳動(dòng)齒輪箱 與動(dòng)輪,電力傳動(dòng)與控制系統(tǒng),圖 1-1c,8,內(nèi)燃機(jī)車?yán)硐霠恳匦郧€,機(jī)車輪軸功率： FV=3.6N 式中： F 機(jī)車牽引力（KN） V 機(jī)車速度（Km/h

4、） N 原動(dòng)機(jī)功率（KW） 傳動(dòng)效率 理想特性要求：機(jī)車在運(yùn)行時(shí)能經(jīng)常利用其動(dòng)力裝置的額定功率.即： FV=3.6N=const.,圖 1-2 機(jī)車?yán)硐霠恳?特性曲線（牛馬特性）,9,內(nèi)燃機(jī)車電傳動(dòng)裝置的功用,電傳動(dòng)裝置的功用： 充分利用和發(fā)揮機(jī)車動(dòng)力裝置的功率； 擴(kuò)大機(jī)車牽引力F與速度V的調(diào)節(jié)范圍； 提高機(jī)車過載能力，解決列車起動(dòng)問題； 改善機(jī)車牽引控制性能。,圖 1-3 柴油機(jī)功率和扭矩特性 -柴油機(jī)通過機(jī)械直接傳動(dòng)不能適應(yīng) 機(jī)車起動(dòng)、過載、恒功等要求,10,第一章 電力牽引傳動(dòng)與控制系統(tǒng)概述,二、系統(tǒng)分類 按電流制式不同分為三大類： 直-直電力傳動(dòng)系統(tǒng) 交-直電力傳動(dòng)系統(tǒng) 交-直-交電力

5、傳動(dòng)系統(tǒng),直流傳動(dòng)系統(tǒng),交流傳動(dòng)系統(tǒng),11,直-直電力傳動(dòng)系統(tǒng),內(nèi)燃或電力機(jī)車采用直流牽引發(fā)電機(jī)或直流電網(wǎng)直接向數(shù)臺(tái)直流牽引電動(dòng)機(jī)供電的傳動(dòng)方式。 調(diào)速性能優(yōu)良，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔。 直流牽引電機(jī)造價(jià)較高，但可靠性、維護(hù)性相對(duì)較差。 受直流電機(jī)換向條件和機(jī)車限界、軸重等限制，主發(fā)電機(jī)單機(jī)功率受到限制。一般在2200KW以下。 車型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等。,圖1-4 內(nèi)燃機(jī)車直-直電傳動(dòng),12,交-直電力傳動(dòng)系統(tǒng),內(nèi)燃或電力機(jī)車采用交流牽引發(fā)電機(jī)或單相交流網(wǎng)及變壓器，通過整流器向數(shù)臺(tái)直流牽引電動(dòng)機(jī)供電的傳動(dòng)方式。 采用三相交流同步發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，重量輕，造價(jià)較低。 適用于

6、大功率機(jī)車。 車型： DF4， DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。,圖1-5 內(nèi)燃機(jī)車交-直電傳動(dòng),13,交-直-交電力傳動(dòng)系統(tǒng),內(nèi)燃或電力機(jī)車采用交流牽引發(fā)電機(jī)或單相交流電網(wǎng)及變壓器，經(jīng)整流器將交流電變換成直流，再通過逆變器將直流電變換成頻率和幅值按列車運(yùn)行控制要求變化的交流電，向數(shù)臺(tái)交流牽引電動(dòng)機(jī)供電的傳動(dòng)方式。,圖1-6 a內(nèi)燃機(jī)車交-直-交電傳動(dòng),采用交流牽引電機(jī)，徹底克服了直-直系統(tǒng)的不足，重量輕，造價(jià)低，可靠性及維修性好 良好的粘著性能 適用于大功率 控制系統(tǒng)復(fù)雜 車型： DF4DAC,NJ1; DJ,DJ2,DJJ1,DJ4; HX、CRH系列等,15,

7、交-直-交電力機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng),圖1-6 b 電力機(jī)車 交-直-交電傳動(dòng),代表性車型：和諧型系列電力機(jī)車（HXD）,16,第一章 電力牽引傳動(dòng)與控制系統(tǒng)概述,三、國(guó)內(nèi)外機(jī)車（動(dòng)車組）傳動(dòng)控制技術(shù) 發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 大功率（內(nèi)然）機(jī)車電力傳動(dòng)與液力傳動(dòng)兩種主要傳動(dòng)方式的演變與發(fā)展 主要趨勢(shì)：電力傳動(dòng),17,德國(guó)：液力傳動(dòng)機(jī)車創(chuàng)始國(guó)，但從上世紀(jì)60年代起 轉(zhuǎn)向研制交流傳動(dòng)。1971年成功推出DE2500 交-直-交內(nèi)燃機(jī)車。 日本：液力傳動(dòng)機(jī)車主要生產(chǎn)和使用國(guó)（主要由于 軸重限制原因）。但隨著電氣化和交流傳動(dòng) 技術(shù)的發(fā)展，普及了電力傳動(dòng)。客運(yùn)以動(dòng)力 分散型電力牽引動(dòng)車為主。 英國(guó)：內(nèi)燃化初期兩種傳動(dòng)方式

8、并存發(fā)展，1962年 為配合鐵路全盤電氣化，英國(guó)鐵路總局宣布 不再生產(chǎn)液力機(jī)車。 美國(guó)：1925年制造出第一臺(tái)直流電傳內(nèi)燃機(jī)車，之 后幾乎全部生產(chǎn)電傳機(jī)車。 中國(guó)：80年代末基本停止了大功率液傳機(jī)車的生產(chǎn)， 資陽(yáng)，二七，四方轉(zhuǎn)產(chǎn)電傳機(jī)車），確定了 主要發(fā)展電力傳動(dòng)的方針。,18,電力傳動(dòng)形式的發(fā)展：直-直 交-直 交-直-交,發(fā)展趨勢(shì)：大功率、電力牽引、交流傳動(dòng) 大功率單軸功率1100-1600KW 高性能高恒功速比，高粘著利用等 節(jié) 能低損耗，高效率，功率因數(shù)1.0 可靠性高，維護(hù)性好，諧波干擾小,19,1920-1960年代初：世界各國(guó)，直-直形式，功率2200KW。 （30多年?。?19

9、64：法國(guó)首創(chuàng)交-直內(nèi)燃機(jī)車BB67036。開創(chuàng)了交-直傳動(dòng)和大功率機(jī)車的時(shí)代。（巨大進(jìn)步?。┟绹?guó)： C36-7 3600馬力法國(guó)：CC72000 4000馬力CC78000 5000馬力 前蘇聯(lián)： T75 6000馬力中國(guó)： DF4A-4B 3300馬力DF4C 3600馬力 DF4D 4000馬力DF5 4500馬力韶山系列電力機(jī)車單軸功率800-900KW 我國(guó)1958年大連廠試制成功2000馬力直-直機(jī)車，同年田心廠試制成功SS1型電力機(jī)車，64年DF型批量生產(chǎn)，69年試制成功4000馬力DF4和SS2，78年SS3，85年SS4，94年SS8，98年SS9-5400Kw,東風(fēng)4B型內(nèi)

10、燃機(jī)車1984年由大連、資陽(yáng)、大同機(jī)車廠生產(chǎn)的干線客貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車。機(jī)車標(biāo)稱功率增加到1985kW。最大速度，貨運(yùn)100km/h，客運(yùn)120km/h，車長(zhǎng)20500mm，軸式C0-C0，傳動(dòng)方式為交-直流電傳動(dòng),東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車 （4A - 4E）,21,東風(fēng)11型內(nèi)燃機(jī)車南車戚墅堰機(jī)車公司研制,最高試驗(yàn)速度186KM/H。 裝車功率為3860KW。 16280ZJA型柴油機(jī)。 JF204C型同步主發(fā)電機(jī)。 ZD106型牽引電動(dòng)機(jī)。 機(jī)車走行步采用高圓簧旁承, 電動(dòng)機(jī)架懸式懸掛,輪對(duì)空心軸六連桿驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向架,機(jī)車裝有微機(jī)控制系統(tǒng),速度監(jiān)控系統(tǒng),具有自負(fù)荷功能的電阻制動(dòng)裝置,電控制動(dòng)系統(tǒng)及軸溫檢測(cè)

11、顯示裝置,22,SS3B型電力機(jī)車,SS3B型電力機(jī)車為2002年株電廠開發(fā)的新型重載貨運(yùn)6軸電力機(jī)車，通過內(nèi)重聯(lián)環(huán)節(jié)連接組成的12軸重載貨運(yùn)電力機(jī)車，每節(jié)車為一完整系統(tǒng) 持續(xù)制功率8700 kW持續(xù)速度48 km/h最高速度100 km/h,23,SS4型貨運(yùn)電力機(jī)車,韶山4（SS4）型電力機(jī)車是由各自獨(dú)立且又互相聯(lián)系的兩節(jié)車組成，每節(jié)車均為一個(gè)完整的系統(tǒng)。 額定功率6400kW 持續(xù)牽引力436.5kN 最大牽引力627.8kN 持續(xù)速度51.5km/h 最大速度100km/h,24,SS6B型貨運(yùn)電力機(jī)車,1994年研制成功，交直型6軸貨運(yùn)電力機(jī)車 持續(xù)制功率4800 kW 持續(xù)速度 5

12、0 km/h 最高速度100 km/h 起動(dòng)牽引力485kN 持續(xù)牽引力337.5kN,25,韶山8型電力機(jī)車,1994年研制的快速客運(yùn)電力機(jī)車，曾創(chuàng)造了中國(guó)鐵路機(jī)車的最高速度240kmh 軸式Bo-Bo 額定功率3600kW 持續(xù)牽引力126kN 最大牽引力208kN 持續(xù)速度100km/h 最大速度170km/h,26,SS-9高速機(jī)車,27,SS9G型客運(yùn)電力機(jī)車,六軸干線大功率準(zhǔn)高速客運(yùn)交直傳動(dòng)電力機(jī)車。采用了許多國(guó)際客運(yùn)機(jī)車先進(jìn)技術(shù)，是我國(guó)干線鐵路牽引旅客列車功率最大的機(jī)車 機(jī)車持續(xù)功率4800kW 最大功率5400kW 軸式C0-C0 牽引工況恒功速度范圍為99-160kmh 最高

13、速度為170kmh,28,1965：英國(guó)研制成功Hawk型內(nèi)燃機(jī)車（BRUSH公司），采用靜止式半導(dǎo)體變頻器， Vmax=120Km/h， 1030KW，異步牽引電動(dòng)機(jī)，但變頻器欠可靠。 1971：德國(guó)BBC和Henschel，DE2500：交-直-交，1840Kw， Vmax=140Km/h，異步牽引電動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)和干線運(yùn)行證明機(jī)車牽引性能良好，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好，可靠性高，維護(hù)方便，取得了巨大成功，開創(chuàng)了交流牽引的時(shí)代。1980年首臺(tái)BR120交流傳動(dòng)干線電力機(jī)車在德國(guó)投入試運(yùn)行。 70年代之后：世界各鐵路發(fā)達(dá)國(guó)，爭(zhēng)相研制交流傳動(dòng)機(jī)車，交流傳動(dòng)技術(shù)特別在電力機(jī)車應(yīng)用方面取得了極大完善。 1996：

14、中國(guó),AC4000交-直-交原型車，標(biāo)志著我國(guó)機(jī)車交流傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研究和應(yīng)用階段。2000年 “藍(lán)箭” ，2001年DJ2”奧星” 號(hào)，2006年以后DJ4、HXD 、 HXN 、CRH1-3、CRH5動(dòng)車組等,交流傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展歷程,29,AC4000型交-直-交電力機(jī)車,30,DJ2型號(hào)交流傳動(dòng)電力機(jī)車,我國(guó)第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)品的商用型交流傳動(dòng)電力機(jī)車。主要用于既有干線客運(yùn)牽引和高速專線牽引通用型客運(yùn)電力機(jī)車 軸式Bo-Bo 電傳動(dòng)方式交-直-交 持續(xù)制功率4800kW 持續(xù)速度74km/h 最高運(yùn)營(yíng)速度200km/h 最大起動(dòng)牽引力264kN 持續(xù)牽引力233kN 再生制動(dòng)功率44

15、00kw(108-210km/h) 最大制動(dòng)力150kN(10-108km/h),31,DJJ1 (藍(lán)箭) 電動(dòng)旅客列車,株電、株所、長(zhǎng)客和廣鐵集團(tuán)于2000年共同為廣深線研制的新一代交傳高速電動(dòng)旅客列車組 基本編組M+5T+TC兩列連掛編組： M+10T+M 持續(xù)制功率： 4800kW 持續(xù)制速度： 105km/h 最高速度： 210km/h 起動(dòng)牽引力： 211kN 持續(xù)牽引力： 164kN 最大電制動(dòng)力： 150kN （5108km/h） 電制動(dòng)功率： 4400kW (108230km/h),32,“中原之星”動(dòng)車組,2001年10月生產(chǎn)，動(dòng)力分散型交流傳動(dòng)電動(dòng)車組。由株電、四方、株所聯(lián)

16、合研制生產(chǎn)。 電傳動(dòng)方式： 交直交 持續(xù)制牽引功率6400 kW 最高運(yùn)營(yíng)速度：160km/h 平均啟動(dòng)加速度（052.5km/h，額定載荷）不小于0.4m/s2,33,中華之星電動(dòng)車組,為我國(guó)京一沈快速客運(yùn)通道研制的動(dòng)車組。列車最高運(yùn)營(yíng)速度可達(dá)270kmh，是目前我國(guó)運(yùn)行時(shí)速最快的電動(dòng)車組 電傳動(dòng)方式交直交傳動(dòng) 最大運(yùn)行速度270km/h 起動(dòng)牽引力200 kN（05 km/h ） 持續(xù)制功率 2*4800kW,2002年11月27日， 中華之星在秦(皇島)沈(陽(yáng))客運(yùn)專線上創(chuàng)造了中國(guó)鐵路試驗(yàn)速度的最高記錄：312.5公里/小時(shí)！,34,出口烏茲別克斯坦電力機(jī)車,軸式 B0-B0-B0 電傳

17、動(dòng)方式：交直交 用途：鐵路干線客貨通用 持續(xù)制功率 6000kW 持續(xù)速度 53 km/h 最高運(yùn)行速度 120 km/h 起動(dòng)牽引力 450kN 持續(xù)牽引力 410kN (半磨耗輪) 電制動(dòng)方式： 再生制動(dòng) 最大電制動(dòng)力： 285 kN 輪周制動(dòng)功率： 5400kW,35,和諧型大功率交流傳動(dòng)機(jī)車,電力機(jī)車 株洲電力機(jī)車有限公司：HXD1型八軸9600kw 大同電力機(jī)車有限公司：HXD2型八軸9600kw 大連機(jī)車車輛有限公司：HXD3型六軸7200kw 內(nèi)燃機(jī)車 大連機(jī)車車輛有限公司：HXN3型六軸4413kw 戚墅堰機(jī)車車輛廠 ：HXN5型六軸4413kw,截至2013年，全國(guó)鐵路機(jī)車擁

18、有量為2.08萬(wàn)臺(tái)，其中和諧型大功率機(jī)車7017臺(tái)，比2012年增加972臺(tái)。電力機(jī)車占52.1% ， 內(nèi)燃機(jī)車占47.8% 。 截至2014年，全國(guó)鐵路機(jī)車擁有量為2.11萬(wàn)臺(tái)，其中和諧型大功率機(jī)車8423臺(tái)，比2013年增加1406臺(tái)。電力機(jī)車占55.0%；內(nèi)燃機(jī)車占45.0% 。,36,和諧號(hào)大功率機(jī)車一覽表,我國(guó)和諧型大功率機(jī)車發(fā)展,和諧型電力機(jī)車（HXD） 型號(hào)：HXD1/1B/1C/1D，HXD2/2B/2C，HXD3/3B/3C/3D其中：HXD1D/3D為新型交流傳動(dòng)160km客運(yùn)機(jī)車軸式：HXD1與HXD2為2（B0-B0），其余均為C0-C0功率：HXD1/1B，HXD2/

19、2B，HXD3B為9600KW，其余 HXD為7200KW 和諧型內(nèi)燃機(jī)車（HXN） 型號(hào)：HXN3，HXN5 軸式：均為C0-C0功率：均為4000KW左右,38,HXD1型( ),39,HXD1(DJ4)型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車,主要技術(shù)特點(diǎn) DJ4型大功率交傳電力機(jī)車是由兩節(jié)完全相同的4軸電力機(jī)車通過內(nèi)重聯(lián)環(huán)節(jié)連接組成的8軸重載貨運(yùn)電力機(jī)車，每節(jié)車設(shè)有一個(gè)司機(jī)室，為一完整系統(tǒng)，機(jī)車總功率為9600 kW，單軸功率為1200 kW，單節(jié)軸式為BO-BO,軸重為23 T/25T（可調(diào)） 。 主電路形式：機(jī)車采用交-直-交電傳動(dòng)技術(shù)，每節(jié)車配裝一臺(tái)水冷IGBT變流器，給四臺(tái)三相異步動(dòng)機(jī)供電，輔

20、助逆變器集成在主變流器中； 控制系統(tǒng)采用西門子SIBAS32系列的微機(jī)控制，TCN網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)；采用分布式控制； 代表世界重載快速貨運(yùn)領(lǐng)域的先進(jìn)水平，可滿足2萬(wàn)噸重載列車的牽引，將主要用于長(zhǎng)達(dá)630 km的大秦鐵路晉煤外運(yùn)。 車體采用中央梁承載方式，轉(zhuǎn)向架，采用低位牽引桿，基礎(chǔ)制動(dòng)采用輪盤制動(dòng)； 空氣制動(dòng)系統(tǒng)采用CCBII制動(dòng)系統(tǒng),電制動(dòng)采用再生制動(dòng)；,40,HXD1B大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車（南車株電總裝現(xiàn)場(chǎng)- HXD1B 0001號(hào)車）,41,HXD1B大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車（南車資電總裝現(xiàn)場(chǎng)）,42,HXD1C大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車（南車資電總裝現(xiàn)場(chǎng)）,和諧5型（ HXN5 ）大功率交流傳

21、動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車 南車戚墅堰機(jī)車有限公司與美國(guó)GE公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造（ 2008年）,軸式： C0-C0軌距： 1435 mm軸重： 25 t總重量：150 t傳動(dòng)方式：交-直-交 額定功率：4460 kW 最高速度：120 km/h,44,和諧3型大功率交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車 大連機(jī)車車輛公司與美國(guó)EMD內(nèi)燃機(jī)車公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造 2008年7月2日,45,引進(jìn)交流電傳動(dòng)高速動(dòng)車組,200-250公里/時(shí) 動(dòng)車組 CRH1：龐巴迪-四方-鮑爾（BSP）生產(chǎn)，原型是龐巴迪為瑞典AB提供的Regina。編組形式2(2M+1T)+(1M+1T)， 8節(jié)編組： Mc+Tp+M+M+T+M+Tp+Mc?？偣β?300

22、kW，軸功率265kW，共20個(gè)軸，每個(gè)動(dòng)車4個(gè)動(dòng)軸。 CRH2：南車四方（聯(lián)合日本財(cái)團(tuán)）生產(chǎn)，原型日本川崎新干線E2-1000。編組形式為4M+4T，8節(jié)編組：Mc+T+M+Tp+M+Tp+M+Tc?？偣β?800kW，軸功率300kW CRH5：北車長(zhǎng)春客車廠（聯(lián)合阿爾斯通）生產(chǎn)，原型阿爾斯通為芬蘭國(guó)鐵提供的SM3型。總功率5500kW，軸功率550kW，編組形式 (3M+1T)+(2M+2T)，8節(jié)編組：Mc+M+Tp+M+T+Tp+M+Mc。 300-350公里/時(shí) 動(dòng)車組 CRH3：北車唐山機(jī)車廠（聯(lián)合西門子）生產(chǎn)，原型ICE3。編組形式為，4M4T。軸功率550kW，全車共16根動(dòng)

23、軸，總功率8800kW，軸重：17t 。第一列國(guó)產(chǎn)化CRH3C（CRH3-001C）于2008年6月24日上午9時(shí)13分在京津城際鐵路的試驗(yàn)中創(chuàng)下了394.3公里的最高時(shí)速,我國(guó)交流電傳動(dòng)高速動(dòng)車組發(fā)展,46,CRH1動(dòng)車組,47,CRH2動(dòng)車組,48,CRH3動(dòng)車組,49,CRH5動(dòng)車組,50,CRH5動(dòng)車組,51,我國(guó)高速動(dòng)車組新發(fā)展,至2014年底，全國(guó)運(yùn)營(yíng)“和諧號(hào)”動(dòng)車組1411組、13696輛，增加103組、3232輛 。 CRH動(dòng)車組譜系化。已形成系列： CRH16；CRH2有CRH2A CRH2E以及CRH380A D等. 新一代高速列車CRH380最高運(yùn)營(yíng)時(shí)速可達(dá)380公里。已

24、用于建成后的武廣、滬杭、京滬高鐵等。CRH380A高速動(dòng)車組，在滬杭高鐵從杭州到上海虹橋試運(yùn)行途中，最高時(shí)速達(dá)到416.6公里，再次刷新世界鐵路運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)最高速。 動(dòng)車組統(tǒng)型化,52,2010年12月5日，CRH380B型動(dòng)車組在京滬高鐵先導(dǎo)段的最高試驗(yàn)速度達(dá)457公里/小時(shí)。 2011年1月9日，CRH380B采用特殊試驗(yàn)編組（8M4T）的CRH380B -6402L動(dòng)車組再次進(jìn)行京滬高速鐵路徐州至蚌埠先導(dǎo)段的運(yùn)行試驗(yàn)。當(dāng)天下午5點(diǎn)，列車由徐州東站出發(fā)，在啟動(dòng)后6分鐘之內(nèi)就達(dá)到了380公里/小時(shí)，并于5時(shí)15分創(chuàng)造了每小時(shí)487.3公里的最高試驗(yàn)速度。,53,2010年12月5日，CRH380

25、B型動(dòng)車組在京 滬高鐵先導(dǎo)段的最高試驗(yàn)速度達(dá)457公里/小時(shí)。 2011年1月9日，CRH380B采用特殊試驗(yàn)編組（8M4T）的CRH380B -6402L動(dòng)車組再次進(jìn)行京滬高速鐵路徐州至蚌埠先導(dǎo)段的運(yùn)行試驗(yàn)。當(dāng)天下午5點(diǎn)，列車由徐州東站出發(fā)，在啟動(dòng)后6分鐘之內(nèi)就達(dá)到了380公里/小時(shí)，并于5時(shí)15分創(chuàng)造了每小時(shí)487.3公里的最高試驗(yàn)速度。,54,我國(guó)研究開發(fā)的部分動(dòng)車組技術(shù)參數(shù),55,CRH380A型動(dòng)車組新技術(shù)特性,采用了新一代高速列車低阻力流線頭型方案，實(shí)際運(yùn)行時(shí)新頭型的阻力系數(shù)小于0.13，尾車升力系數(shù)小于0.08。 振動(dòng)模態(tài)系統(tǒng)匹配：優(yōu)化了轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)參數(shù)并改善車廂內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以配合動(dòng)

26、車組車體的自然震動(dòng)頻率，有效抑制列車在高速運(yùn)行時(shí)的車體結(jié)構(gòu)性共振，同時(shí)提高了乘坐舒適度。 采用了高強(qiáng)度氣密性設(shè)計(jì)，車廂內(nèi)壓力從4000帕下降到1000帕實(shí)際大于180秒，氣壓變化值小于200帕/秒。 高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)，使用SWMB-400/SWTB-400型無搖枕轉(zhuǎn)向架，由CRH2C第二階段使用的SWMB-350/SWTB-350改良而來。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示，當(dāng)CRH380A型動(dòng)車組運(yùn)行速度為386.3公里/小時(shí)，其最大脫軌系數(shù)為0.34，而CRH2A型動(dòng)車組以250公里/小時(shí)運(yùn)行時(shí)最大脫軌系數(shù)為0.72。,56,噪聲控制技術(shù)：列車采用各種新型噪音吸收和阻隔技術(shù)材料，CRH380A型動(dòng)車組在時(shí)速350

27、公里/小時(shí)的情況下車廂內(nèi)噪聲保持67至69分貝，與CRH2A型動(dòng)車組以250公里/小時(shí)運(yùn)行時(shí)的情況相若。而低阻力新頭型的使用亦減少超過5%的氣動(dòng)噪音。 高性能牽引系統(tǒng)：采用南車株洲電機(jī)有限公司的YQ-365型牽引電動(dòng)機(jī)，和株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司的CI11型IGBT牽引逆變器，并降低了傳動(dòng)比和加大制動(dòng)盤熱容4。 車輛減重：軸重仍維持在15噸的水平。當(dāng)CRH380A動(dòng)車組維持380公里/小時(shí)的旅行速度時(shí)，平均每位旅客的每百公里能量消耗小于5.2千瓦小時(shí)。 高效率再生制動(dòng)：再生能量回饋電網(wǎng)效率達(dá)瓦到90%,我國(guó)研制成功時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車2011年12月25日在中國(guó)南車四方股份公司誕生,

28、2014年01月南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司：該試驗(yàn)列車臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)速達(dá)605公里（持續(xù)10分鐘 ）。探索500公里以上超高速列車的技術(shù) 。,我國(guó)研制成功時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車2011年12月25日在中國(guó)南車四方股份公司誕生,2014年01月南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司：該試驗(yàn)列車臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)速達(dá)605公里（持續(xù)10分鐘 ）。探索500公里以上超高速列車的技術(shù) 。,我國(guó)成功研發(fā)高速列車永磁同步牽引系統(tǒng),2014年11月，中國(guó)南車集團(tuán)株洲所研制的新一代高速列車永磁同步牽引系統(tǒng)成功通過國(guó)家鐵道檢測(cè)試驗(yàn)中心的地面試驗(yàn)考核。自主研發(fā)的JD188型大功率永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)額定功率達(dá)到了690千瓦

29、。牽引系統(tǒng)技術(shù)是高鐵的核心技術(shù)，永磁技術(shù)在國(guó)內(nèi)高鐵動(dòng)力應(yīng)用上的突破，將使中國(guó)高鐵在世界舞臺(tái)上更具核心競(jìng)爭(zhēng)力。,特點(diǎn)：節(jié)能高效、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速穩(wěn)、噪聲低、可靠性高等,60,電力牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展,集成模塊化控制系統(tǒng) 分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制 多參數(shù)綜合優(yōu)化控制和智能化,61,Group work (2-4人/組)：,課程小論文 主題：電力牽引傳動(dòng)與控制技術(shù)現(xiàn)與發(fā)展 要求：1. 學(xué)術(shù)論文格式； 2. 參考文獻(xiàn)資料10-15篇以上； 3. 課程結(jié)束前交。,62,第二章 電力牽引交-直傳動(dòng)與控制,主要內(nèi)容： 直流牽引電動(dòng)機(jī) 交流牽引發(fā)電機(jī) 內(nèi)燃機(jī)車恒功調(diào)速系統(tǒng) 傳動(dòng)裝置參數(shù) 電力機(jī)車傳動(dòng)與控

30、制系統(tǒng) 黏著控制與主電路保護(hù) 電阻制動(dòng),63,第二章 電力牽引交-直傳動(dòng)與控制,一、直流牽引電動(dòng)機(jī) 電機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu) 基本方程 工作特性與牽引性能分析 速度調(diào)節(jié) 繞組結(jié)構(gòu)* 電樞反應(yīng)與換向*,64,一、直流牽引電動(dòng)機(jī),直流電機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu) 單線圈電機(jī)模型：磁極，導(dǎo)體，換向片（器），電刷，轉(zhuǎn)軸等,圖2-1a 直流電機(jī)工作原理,65,直流電動(dòng)機(jī)的工作原理,圖2-1b 直流電機(jī)工作原理,66, 導(dǎo)體所受電磁力 大?。篺x=BxLIs 方向：左手定則判定 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)大?。篹s=BxLV 方向：右手定則判定 （式中：Bx為導(dǎo)體所處位置的磁通密度；L為導(dǎo)體有效長(zhǎng)度；V為導(dǎo)體線速度；Is為導(dǎo)體電流

31、） 換向片的作用：對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)體中的電流進(jìn)行換向，使導(dǎo)體所受電磁力矩方向恒定；換接轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)，使電刷兩端電勢(shì)方向保持恒定。 *電機(jī)可逆原理：在一定的外部條件下，（直流或交流）電機(jī)能量轉(zhuǎn)換的方向可以改變。,67,直流電機(jī)工作原理,68,直流電機(jī)可逆工作原理,69,多線圈直流電機(jī),線圈數(shù)目增加 換向片數(shù)目相應(yīng)增加。 電磁轉(zhuǎn)矩和電刷兩端電勢(shì)脈動(dòng)減小，趨向平穩(wěn)。,圖2-2 八線圈直流電機(jī)示意圖,實(shí)際直流電機(jī)：可以有數(shù)對(duì)磁極，由勵(lì)磁繞組通以勵(lì)磁電流形成磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)體有多個(gè)線圈，線圈兩有效邊相距約一個(gè)極距，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)，并通過換向片和電刷的連接作用，構(gòu)成數(shù)條并聯(lián)支路。,70, 直流電機(jī)的分類勵(lì)

32、磁方式,按勵(lì)磁方式分類：他勵(lì)，并勵(lì)，串勵(lì)，復(fù)勵(lì)。,71,直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,72, 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子：主磁極和主極線圈，換向極和換向極線圈，機(jī)座，電刷裝 置，端蓋及軸承等（靜止部分） 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵芯，電樞繞組（線圈），換向器，轉(zhuǎn)軸等（旋轉(zhuǎn)部分）,73,電機(jī)結(jié)構(gòu)圖,74,轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組,換向器,75,76,直流電機(jī)的結(jié)構(gòu),77,直流電機(jī)基本方程,電樞感應(yīng)電勢(shì)： Es=Cesn（v） （2-1） 電樞電磁力矩： M=CmsIs（Nm） （2-2） 式中： n 電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/m） s 每極下磁通量（wb) Is 電機(jī)電樞電流（A） Ce=pN/60a（電機(jī)電勢(shì)常數(shù)） Cm=

33、pN/2a（電機(jī)扭矩常數(shù)） p 極對(duì)數(shù)； a 電樞繞組并聯(lián)支路對(duì)數(shù)； N 電樞繞組有效導(dǎo)體總數(shù)。,感應(yīng)電勢(shì)和電磁力矩,78,電勢(shì)平衡方程,以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例： Us=Es+IsRs+Ls （2-3） 穩(wěn)態(tài)時(shí)有： Us=Es+IsRs （2-4） 式中： Us 電機(jī)端電壓； Rs 電樞回路總電阻； Ls 電樞回路總電感。,79,轉(zhuǎn)矩平衡方程式,轉(zhuǎn)矩方程： M=Mz+Mo+J （2-5） 穩(wěn)態(tài)時(shí)有： M=Mz+Mo （2-6） 式中： M 電磁轉(zhuǎn)矩； Mz 負(fù)載阻力矩； Mo 電機(jī)空載阻力矩； 電機(jī)角速度； J 電機(jī)與負(fù)載等效轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量。,80,電機(jī)轉(zhuǎn)矩,電機(jī)扭矩 常數(shù)Cm,能量（功率）平衡方程,電

34、磁功率=機(jī)械功率,由（2-4）式可得： UsIs=EsIs+Is Rs （2-7a） 輸入電功率=電磁功率+電機(jī)內(nèi)銅(電阻)損耗 EsIs=（ Cesn）*Is =（pN/60a）*（60/2）* s Is =（pN/ 2a）* s Is =（Cm s Is ） =M （ 2-7 b） M =Mz +Mo （ 2-8 ） 機(jī)械功率=負(fù)載功率+電機(jī)空載損耗,81,UsIs,EsIs=M,銅損,鐵損,空載機(jī)械摩擦損耗,MZ,Mo,輸出機(jī)械功率,輸入電功率,圖2-8 直流電動(dòng)機(jī)功率流圖,IsRs,直流電動(dòng)機(jī)功率流圖,（第2講）,82,直流電動(dòng)機(jī)的工作特性,轉(zhuǎn)速特性：n =f（Is） 轉(zhuǎn)矩特性：M=f

35、（Is） 機(jī)械特性：n =f（M） 條件：不對(duì)電源電壓和勵(lì)磁電流進(jìn)行人為 調(diào)節(jié)。,83,轉(zhuǎn)速特性n =f（Is）,由（2-1）和（2-4）式可得： n=(Us-IsRs)/(Ces) =Us /(Ces)- IsRs /(Ces)（2-9） 他勵(lì)電機(jī)：sconst. n=no-kIs -（硬特性） 串勵(lì)電機(jī)：sk Is（磁路未飽和時(shí)） n=a/Is-b -（軟特性） 其中 no =Us /(Ces)；k，k，a，b為常數(shù)。,84,轉(zhuǎn)矩特性M=f（Is）,他勵(lì)電機(jī)： M=CmsIs=k Is （2-10） 串勵(lì)電機(jī)（磁路未飽和時(shí)s與Is成正比 ）故有： M=CmsIs=k Is （2-11）,8

36、5,機(jī)械特性 n =f（M）,n=(Us-IsRs)/(Ces) = Us /(Ces)- M Rs /(CeCms) （2-12）,86,直流電動(dòng)機(jī)特性,87,直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn),穩(wěn)態(tài)時(shí)： M=Mz+MoMz,88,牽引電動(dòng)機(jī)負(fù)載系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件？ 哪一種直流電動(dòng)機(jī)更適合 于作機(jī)車牽引？,思考：,89,牽引特性機(jī)械穩(wěn)定性分析 穩(wěn)定性條件： 式中： Wo和 F 分別為負(fù)載阻力和電機(jī)牽引力 直流牽引電動(dòng)機(jī)（除差復(fù)勵(lì)外）的特性曲線都具有負(fù)斜率，均滿足列車牽引時(shí)的機(jī)械穩(wěn)定性條件。,直流電動(dòng)機(jī)牽引特性分析與比較,特性F1：穩(wěn)定 特性F2：不穩(wěn)定,90,牽引特性電氣穩(wěn)定性分析,由（2-3）電機(jī)電勢(shì)平

37、衡方程式有： Ls (dIs/dt) = Us (Es + IsRs) 式中： Es=Cesn 電機(jī)電樞反電勢(shì)； Is 電機(jī)電樞電流； Us 電機(jī)輸入端電壓； Rs 電樞回路總電阻； Ls 電樞回路總電感。 設(shè)Us 為恒定，當(dāng)負(fù)載擾動(dòng)引起 Is 時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)中Ls (dIs/dt) 的符號(hào)應(yīng)與 Is相反，從而使電機(jī)恢復(fù)到原來的平 衡狀態(tài)。- 電氣穩(wěn)定性條件,特性1：穩(wěn)定 特性2：不穩(wěn)定,91,串勵(lì)和他勵(lì)電動(dòng)機(jī)牽引特性電氣穩(wěn)定性,一般情況下，串勵(lì)和他勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有電氣穩(wěn)定性。但他勵(lì)電機(jī)穩(wěn)定余量較小， 對(duì)于無補(bǔ)償繞組的電機(jī)，由于電樞反應(yīng)的去磁作用，在大電樞電流時(shí)，有可能進(jìn) 入不穩(wěn)定狀態(tài)（B點(diǎn)）。,9

38、2,多臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)，負(fù)載分配性能分析比較,當(dāng)多臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)并聯(lián)工作、電機(jī)特性有差異時(shí)，串勵(lì)電機(jī)比他勵(lì)電機(jī)負(fù)載分配不均勻程度要小得多。,93,同一臺(tái)機(jī)車動(dòng)輪直徑有差異時(shí)，采用串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)比他勵(lì)電機(jī)負(fù)載分配均勻。,94,輸入電壓波動(dòng)對(duì)電機(jī)電流和牽引力的影響分析,當(dāng)外加電壓突變時(shí)，由于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁不變，電樞反電勢(shì)不能及時(shí) 增加，將使過渡過程開始階段電樞電流沖擊過大，串勵(lì)電機(jī)電流沖擊要 小得多。,95,牽引電動(dòng)機(jī)功率利用分析比較,串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)具有軟特性，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增大而自動(dòng)降低， 故串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的功率變化比他勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)要小，接近恒功率曲 線，可以更合理地利用與牽引功率有關(guān)的電器設(shè)備容

39、量。,96,粘著性能分析比較 -空轉(zhuǎn)發(fā)生與空轉(zhuǎn)速度,97,由上圖所示的牽引電動(dòng)機(jī)特性與空轉(zhuǎn)的關(guān)系可知，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)由于特性較軟，空轉(zhuǎn)發(fā)生后的穩(wěn)定滑動(dòng)速度V4高于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定滑動(dòng)速度V3。從粘著重量的利用觀點(diǎn)出發(fā)，他勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)優(yōu)于串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī),（第3講）,98,直流電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié),由（2-9）式： n=(Us-IsRs)/(Ces) 改變Rs， Us，s均可調(diào)速，但后兩者才是經(jīng)濟(jì)的調(diào)速方法。 可分別通過改變Us或s調(diào)速，兩者獨(dú)立。 改變 Us調(diào)速 n2/n1Us2/Us1 （2-13） （ 假定IsRs0時(shí)）,99,100,改變s調(diào)速（磁場(chǎng)削弱調(diào)速）,根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速公式，可得調(diào)速前后轉(zhuǎn)速比為

40、： 近似有： n2/n1 s1 / s2 （2-15）,101,102,思考： 恒功率控制條件下，牽引電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)削弱前后的工作狀態(tài)如何變化？,103,恒功率（PF=const.）條件下的磁場(chǎng)削弱調(diào)速,由于磁場(chǎng)削弱瞬間，n不變，故M亦不變，電流和磁通滿足： M=Cms1Is1=Cms2Is2 Is1/Is2=s2/s1 結(jié)果： a. 磁場(chǎng)削弱后瞬間電機(jī)電樞電流增大,電壓減?。ê愎刂葡到y(tǒng)作用）； b. 根據(jù)扭矩平衡方程可知，若外界阻力Mz不變且電磁力矩M與Mz已處于平衡狀態(tài)，則電機(jī)轉(zhuǎn)速將保持不變。但若在Mz M時(shí)進(jìn)行磁場(chǎng)削弱，則電機(jī)轉(zhuǎn)速可增大，機(jī)車速度增加。,104,恒功磁場(chǎng)削弱調(diào)速過程及優(yōu)缺點(diǎn)

41、分析,經(jīng)濟(jì)調(diào)速，可重復(fù)使用主發(fā)電機(jī)的恒功曲線，擴(kuò)大機(jī)車恒功調(diào)速比。 使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)換向條件惡化，運(yùn)行可靠性降低。,105,直流電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)*,單迭繞組為例： 繞組元件： 一匝或多匝的線圈。 極 距 ： 在電樞表面上相鄰異性磁極中心線之間的距離?？捎每偛蹟?shù)Z和極對(duì)數(shù) p 表示為： = Z/2p (2-16),106,單迭繞組結(jié)構(gòu),繞組元件數(shù)S與換向器的換向片數(shù)H 因每個(gè)元件的兩端分別接到兩個(gè)換向片上，而每一個(gè)換向片和兩個(gè)元件相連接，故有： S=H (2-17) 第一節(jié)距Y1 元件兩有效邊在電樞表面的距離，用所跨的槽數(shù)表示。 Y1=Z/2p=整數(shù)（0 1） (2-18) 根據(jù)直流電機(jī)原理，應(yīng)使： Y

42、1 換向片節(jié)距YH 元件首尾兩端所連接的兩個(gè)換向片在換向器表面的距離，用所跨過的換向片數(shù)表示。 單迭繞組： YH=1 (2-19) 并聯(lián)支路數(shù)2a及電刷位置 單迭繞組并聯(lián)支路數(shù)： 2a=2p (2-20) 電刷位置：應(yīng)使兩電刷之間能得到最大電動(dòng)勢(shì)-磁極 中心線上,107,直流電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu),（第4講）,108,注：圖中所示方向?yàn)楦袘?yīng)電勢(shì)方向,例： 四極直流電機(jī)繞組 2p=4 Z=S=H=16 = Z/2p= 16/4=4 YH=+1 Y1=Z/2p =16/40=4,109,繞組16個(gè)元件通過換向器連接成閉合環(huán)路：,110,通過電刷與換向器接觸將16個(gè)元件對(duì)稱分割成四條并聯(lián)支路：,111,11

43、2,ZQDR-410直流牽引電動(dòng)機(jī),總槽數(shù)（實(shí)槽數(shù)）Z=50 S=H=200 2p=4 Y1=Z/2p-=50/4-2/4=12 YH=1 每個(gè)槽內(nèi)嵌放4個(gè)元件(4對(duì)元件邊),（第5講）,113,直流電機(jī)電樞反應(yīng)與換向問題*,電樞反應(yīng) 電樞電流磁場(chǎng)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響。 電樞反應(yīng)的結(jié)果： 電機(jī)氣隙合成磁場(chǎng)發(fā)生畸變，主極極面下有一半磁通密度增加，另一半減少，物理中性線與幾何中心線不再重合。-換向器片間電壓升高，換向元件中不平衡電勢(shì)增加，電機(jī)換向條件惡化。 電機(jī)氣隙合成磁場(chǎng)被削弱，因磁路飽和引起的去磁作用影響轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。,114,兩極電機(jī)中電樞電流磁場(chǎng)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響,115,電樞反應(yīng),主磁場(chǎng)的磁通密

44、度分布曲線,電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線,兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線,116,直流電機(jī)換向問題,換向及換向過程 旋轉(zhuǎn)的電樞元件從一條并聯(lián)支路經(jīng)過電刷進(jìn)入另一條支路時(shí)，該元件中電流從一個(gè)方向變?yōu)榱硪粋€(gè)方向，這種電流方向的改變稱為換向。這一過程稱為換向過程。,117,118,119,換向元件中的不平衡電勢(shì)和附加電流 e = er+es+eh（2-21） i = e/rh（2-22） 式中： er 電抗（自感和互感）電勢(shì)，與Is和n成正比； es 電樞反應(yīng)電勢(shì)，與Is和n成正比； eh 換向電勢(shì)，亦應(yīng)與Is和n成正比； rh 換向元件閉合回路總電阻。 不平衡電勢(shì)引起的附加電流

45、i 是造成換向問題的主要原因！,120,改善換向的措施（電磁方面）,減小換向元件中的合成不平衡電勢(shì)e 換向極正確安裝； 換向極勵(lì)磁電流必須與電樞繞組串聯(lián)； 換向極磁路不飽和（采用第二氣隙）等。 增加換向回路中的電阻rh 選用接觸電阻和電阻系數(shù)較大的電刷； 采用分裂式電刷等。,121,第二章 電力牽引交-直傳動(dòng)與控制,二同步交流牽引發(fā)電機(jī) 同步交流牽引發(fā)電機(jī)工作原理 等效電路與電勢(shì)矢量圖 同步發(fā)電機(jī)工作特性 同步發(fā)電機(jī)電樞三相繞組*,122,二同步交流牽引發(fā)電機(jī),同步交流牽引發(fā)電機(jī)工作原理 基本組成與結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子（磁極（勵(lì)磁繞組和鐵芯），滑環(huán)，轉(zhuǎn)軸等） 定子（三相繞組，機(jī)座，電刷，軸承等）-電樞,

46、123,三相正弦交流電勢(shì),轉(zhuǎn)子磁極下氣隙 磁密按正弦分布： Bx=B1Sin x （2-23） 定子導(dǎo)體電勢(shì)： e1d=BxLV=2E1dSint （2-24） 定子電勢(shì)頻率： f=pn/60 （2-25）,124,同步交流牽引發(fā)電機(jī)工作原理,定子每相電勢(shì)（有效值）： E1 =2 W Kr z1 f （2-26） 式中：W 為每相繞組串聯(lián)總匝數(shù)； Kr z 繞組系數(shù)； 1 每極磁通量；,125,等效電路與電勢(shì)矢量圖,E0=U+I（jXT+Rs） （2-27）,.,.,.,126,同步發(fā)電機(jī)工作特性,在n, IFL，cos為常數(shù)條件下求得的自然外特性： UF=f（IF）,127,在n, IF，c

47、os為常數(shù)條件下求得的負(fù)載特性： UF=f（IFL）,128,在機(jī)車恒功率控制條件下，同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性：IFL=f（IF）,129,同步牽引發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu),130,同步發(fā)電機(jī)電樞三相繞組*,TQFR-3000：p=9，z=108，=30 ，在每個(gè)極內(nèi)分相,131,采用短距繞組消除或減小高次諧波電勢(shì)原理,（第6講）,133,第二章 電力牽引交-直傳動(dòng)與控制,三、交-直型內(nèi)燃機(jī)車恒功調(diào)速系統(tǒng) 系統(tǒng)任務(wù)與要求 勵(lì)磁調(diào)節(jié)及主電路電路組成結(jié)構(gòu) 牽引發(fā)電機(jī)恒功勵(lì)磁控制系統(tǒng)基本工作原理 （組成、原理、性能指標(biāo)） 采用液力調(diào)節(jié)器的恒功勵(lì)磁（東風(fēng)4） 電子恒功勵(lì)磁系統(tǒng)（ND5） Microcomputer-ba

48、sed恒功勵(lì)磁系統(tǒng),134,三交-直型內(nèi)燃機(jī)車恒功調(diào)速系統(tǒng),機(jī)車恒功系統(tǒng)的任務(wù)與要求 機(jī)車柴油機(jī)恒功輔助功率+牽引功率恒定輔助功率變化時(shí)，調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)勵(lì)磁恒功 機(jī)車柴油機(jī)恒功（輔助功率不變）牽引功率恒定牽引發(fā)電機(jī)恒功輸出恒功勵(lì)磁調(diào)節(jié) 要求： 機(jī)車全功率運(yùn)行-柴油機(jī)額定工況 機(jī)車部分功率運(yùn)行-柴油機(jī)按經(jīng)濟(jì)特性運(yùn)行 寬廣的調(diào)速范圍（恒功調(diào)速比等） 良好的起動(dòng)性能（啟動(dòng)牽引力，平穩(wěn)性等） 其他牽引性能要求（粘著利用，節(jié)能，可靠性，維 修性等）,135,恒功調(diào)壓比：Kpu=UFpmax/ UFde （2-28）,內(nèi)燃機(jī)車牽引發(fā)電機(jī)理想外特性,136,137,系統(tǒng)電路組成結(jié)構(gòu),牽引發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)電

49、路組成結(jié)構(gòu) 間接控制方式 控制信號(hào)功率小，時(shí)延，慣性大 直接控制方式 系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，動(dòng)態(tài)性能較好，但需要較大 的控制功率,138,139,主電路結(jié)構(gòu),采用牽引電動(dòng)機(jī)全并聯(lián)磁場(chǎng)削弱調(diào)速,140,現(xiàn)代大功率的交-直機(jī)車多采用全并聯(lián)主電路形式，電路簡(jiǎn)潔，粘著利用較好 采用磁場(chǎng)削弱調(diào)速較經(jīng)濟(jì)地?cái)U(kuò)大了機(jī)車 恒功調(diào)節(jié)范圍 磁場(chǎng)削弱系數(shù)： =IDL/ID =Rx/（Rx+RDL） （2-29） 最深磁場(chǎng)削弱系數(shù)用min表示,141,C1C5為主電路轉(zhuǎn)換控制接觸器開關(guān),b）牽引電動(dòng)機(jī)串并聯(lián)或串-并聯(lián)換接結(jié)構(gòu),142,牽引電動(dòng)機(jī)串并聯(lián)或串-并聯(lián)換接結(jié)構(gòu),主電路中支路數(shù)較少 擴(kuò)大了牽引發(fā)電機(jī)的調(diào)壓范圍，可有效地增大機(jī)

50、車恒功調(diào)速比 粘著利用較全并聯(lián)方式差 換接比： Kh=ADde/ADpmin （2-30） 式中： ADde和ADpmin分別為換接前后每 條支路中串聯(lián)的牽引電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù),143,機(jī)車恒功勵(lì)磁控制系統(tǒng)基本工作原理,原理框圖：,144,145,組成框圖各單元及其作用：,給定信號(hào)單元 檢測(cè)單元 比較環(huán)節(jié) 調(diào)節(jié)器 執(zhí)行元件 被調(diào)對(duì)象,146,恒功勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理,任何閉環(huán)控制系統(tǒng)均基于“檢測(cè)偏差，糾正偏差”原理工作。 調(diào)節(jié)過程舉例： 設(shè)系統(tǒng)初始狀態(tài)工作在平衡點(diǎn)a，對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流IFL1。調(diào)節(jié)過程如下： 負(fù)載阻力變化（減小）瞬間發(fā)電機(jī)勵(lì)磁未變，工作點(diǎn)沿自然外特性1上升至c點(diǎn)偏離恒功曲線，使JiGi

51、，偏差信號(hào)Ei0 調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)信號(hào)Ti減小執(zhí)行元件使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁減小至IFL2，發(fā)電機(jī)外特性下降至2 發(fā)電機(jī)輸出功率減小調(diào)節(jié)過程直至新的穩(wěn)定工作點(diǎn)c,此時(shí)Ji=Gi，系統(tǒng)重新進(jìn)入平衡狀態(tài)。 采用具有積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器，可使系統(tǒng)靜態(tài)誤差為0，成為無“靜差”系統(tǒng)。,147,148,恒功勵(lì)磁系統(tǒng)性能指標(biāo),靜態(tài)特性：系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下所測(cè)得的特性。 用機(jī)車水阻試驗(yàn)測(cè)得的牽引發(fā)電機(jī)外特性與理想外特性的符合程度，即兩者的偏差來衡量 動(dòng)態(tài)特性：系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程非穩(wěn)定狀態(tài)下測(cè)得的特性。 衡量指標(biāo)包括：穩(wěn)定性，超調(diào)量，過渡過程時(shí)間等。對(duì)實(shí)際機(jī)車恒功勵(lì)磁系統(tǒng)， 過渡過程時(shí)間是衡量系統(tǒng)性能好壞的重要指標(biāo)。,149,圖中：

52、C（t）和R（t）分別為系統(tǒng)激勵(lì)和響應(yīng)（輸入和輸出）；為超調(diào)量；Tp為過渡過程時(shí)間；Cm和C分別為系統(tǒng)響應(yīng)最大值和穩(wěn)態(tài)值。,150,恒功勵(lì)磁系統(tǒng)分類,按采用的調(diào)節(jié)器類型分為兩類： 采用液力調(diào)節(jié)器的恒功調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 采用電子調(diào)節(jié)裝置的電子恒功系統(tǒng)。,151,采用液力調(diào)節(jié)器（聯(lián)合調(diào)速器）的恒功勵(lì)磁系統(tǒng),聯(lián)合調(diào)速器原理 對(duì)柴油機(jī)實(shí)行以恒轉(zhuǎn)速和恒供油量為目標(biāo)的控制。 用柴油機(jī)全制式調(diào)速器與液力勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制單元結(jié)合組成聯(lián)合調(diào)速器。,152,恒供油量勵(lì)磁控制系統(tǒng)原理,153,全制式調(diào)速器恒速控制原理,第7講,154,聯(lián)合調(diào)速器框圖,155,東風(fēng)4機(jī)車液力恒功勵(lì)磁控制器（聯(lián)合調(diào)速器）,系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理 （參照?qǐng)D3

53、-12） 調(diào)節(jié)器為液力伺服器，是積分元件： y=xdt x-液力伺服器功調(diào)滑閥位移（偏差信號(hào)）； y-液力伺服器輸出角位移（調(diào)節(jié)信號(hào)）。 只有當(dāng)偏差x=0時(shí)，調(diào)節(jié)信號(hào)y才不再變化。故此系統(tǒng)是“無靜差”系統(tǒng)。,156,157,牽引發(fā)電機(jī)限壓，限流控制方法,通過限制各手柄位下牽引發(fā)電機(jī)的最大勵(lì)磁電流進(jìn)行限壓和限流控制。 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單,158,系統(tǒng)特點(diǎn),以維持柴油機(jī)恒功為控制目標(biāo)； 采用了具有積分環(huán)節(jié)的液力調(diào)節(jié)器，為無靜差系統(tǒng)； 在高手柄位下有良好的靜態(tài)特性； 因各轉(zhuǎn)速下的供油給定值是通過線性關(guān)系的函數(shù)變換器給出，不能確保各手柄位功率值均達(dá)到理想要求，特別是低手柄位下功率值偏低； 動(dòng)態(tài)性能較差，過渡過

54、程時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行不利； 起動(dòng)性能較差。,159,電子恒功勵(lì)磁系統(tǒng),系統(tǒng)原理框圖,160,ND5機(jī)車CHEC電子恒功控制系統(tǒng),CHEC：Constant Horsepower Electronic Control 美國(guó)GE公司于上世紀(jì)七十年代開發(fā)的全電子化恒功控制系統(tǒng) 系統(tǒng)特點(diǎn)： 采用大規(guī)模集成模擬電路，實(shí)現(xiàn)了包括牽引工況恒功勵(lì)磁，電阻制動(dòng)恒流恒勵(lì)磁及防空轉(zhuǎn)（防滑）等機(jī)車的綜合控制，改善了機(jī)車牽引性能 系統(tǒng)以牽引發(fā)電機(jī)恒功為控制目標(biāo)，采用勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直接控制方式，同時(shí)采用了斬波器作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)執(zhí)行元件，使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能 將柴油機(jī)廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速、超速信號(hào)引入勵(lì)磁控制系統(tǒng)，使司機(jī)提升

55、手把位時(shí)，柴油機(jī)功率的提升速度與與渦輪轉(zhuǎn)速(柴油機(jī)空氣進(jìn)氣量）有良好的配合，改善了柴油機(jī)的燃燒狀態(tài)，同時(shí)也為柴油機(jī)運(yùn)行提供了簡(jiǎn)單可靠的海拔高度補(bǔ)償和渦輪超速保護(hù) 設(shè)置有“功率斜坡”單元，一方面使有效的功率給定和電流給定信號(hào)按一定的時(shí)間斜率上升，改善了機(jī)車的起動(dòng)性能；另一方面與機(jī)車防空轉(zhuǎn)檢測(cè)（SENTRY）等系統(tǒng)共同作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)車空轉(zhuǎn)快速保護(hù)和粘著恢復(fù)后的功率控制，提高了機(jī)車的粘著利用并實(shí)現(xiàn)多參數(shù)綜合控制。,161,162,組成電路原理簡(jiǎn)圖,163,工作原理,給定單元6 產(chǎn)生8個(gè)手柄位下的功率限流限壓給定信號(hào)：upg uig uug，極性均取正，增益分別為：300kw/v 1000v/v 150

56、A/v； 渦輪增壓器轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元7 產(chǎn)生渦輪轉(zhuǎn)速信號(hào)uw（極性為正）和渦輪超速信號(hào)uwc（極性：未超速時(shí)為0，超速時(shí)為負(fù)）； 電流、電壓和功率檢測(cè)單元1、2和3（乘法器） 產(chǎn)生牽引發(fā)電機(jī)實(shí)際電流、電壓和功率信號(hào)： uij uuj 和upj ，極性分別取正、正和負(fù)，增益同單元6；,164,空轉(zhuǎn)檢測(cè)（sentry）系統(tǒng)信號(hào) 根據(jù)機(jī)車輪對(duì)間的轉(zhuǎn)速差和加速度及其變化情況產(chǎn)生生級(jí)輪對(duì)空轉(zhuǎn)信號(hào)：VL1、V2、VL3、VL4，其中后三者送入恒功勵(lì)磁控制系統(tǒng)（單元8）； “功率斜坡”單元8 upg uig uw upj 功調(diào)電阻Rgt信號(hào)以及V2、VL3、VL4等等，進(jìn)入“功率斜坡”單元，產(chǎn)生經(jīng)修正后、起實(shí)際

57、控制作用的功率和限流給定信號(hào)： upg 和 uig ,極性均為正； 比較及調(diào)節(jié)器運(yùn)算單元9 運(yùn)算放大器F1（反相加法器）、F2（差分放大器）和F3 （差分放大器）分別進(jìn)行如下比例運(yùn)算（設(shè)各輸入電阻值相等）： u1= -k1（ upg - upj - uwc ） u2= -k2（ u ig - uij ） u3= -k3（ uug - uuj ） 調(diào)節(jié)器為比例放大器，因此系統(tǒng)是一個(gè)有靜差系統(tǒng)，但當(dāng)增益ki較大時(shí)，可使靜態(tài)誤差很小。,165,二極管D1-D4 組成最大值選擇電路，將u1、u2和u3種最大者輸出作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)信號(hào)ut； 晶體管斬波器4 ut（通常情況下ut0）和勵(lì)磁電壓微分負(fù)反饋信號(hào)作

58、用于晶體管斬波器，對(duì)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電壓進(jìn)行“定頻調(diào)寬”調(diào)節(jié)。當(dāng)ut增大（偏差值ug-uj減?。r(shí)，斬波器輸出電壓脈沖寬度減小，勵(lì)磁機(jī)平均勵(lì)磁電壓值減小，使平均勵(lì)磁電流減小；反之，則使平均勵(lì)磁電流增加；從而調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)勵(lì)磁并使發(fā)電機(jī)按理想外特性要求輸出功率。 ut -1v時(shí)，斬波器輸出平均勵(lì)磁電流=0 -1v ut -2.8v時(shí)，調(diào)節(jié)平均勵(lì)磁電流02A（最大） ut -2.8v時(shí)，平均勵(lì)磁電流= 2A（最大）,166,167,CHEC系統(tǒng)幾個(gè)主要特點(diǎn)的進(jìn)一步討論,引入渦輪轉(zhuǎn)速信號(hào)的作用 渦輪轉(zhuǎn)速信號(hào)uw與功率給定信號(hào)upg ，通過“功率斜坡”單元中的“選擇”電路將兩者中較小者輸出，用作實(shí)際控制牽引發(fā)電機(jī)功率的給定信號(hào)。在系統(tǒng)電路整定時(shí)使： 各手柄位穩(wěn)定工況時(shí) uw upg 司機(jī)提升手柄過渡過程時(shí) uw upg 因此，在過渡過程中，柴油機(jī)功率將受uw控制，從而使柴油機(jī)功率與渦輪轉(zhuǎn)速有良好的配合。,168,169,功率斜坡單元的作用功率給定修正,實(shí)現(xiàn)機(jī)車功率斜坡控制 實(shí)現(xiàn)功調(diào)電阻的（減載）控制作用，防止柴油機(jī)在過載情況下工作 實(shí)現(xiàn)機(jī)車重聯(lián)運(yùn)行時(shí)的功率匹配,170,實(shí)施機(jī)車空轉(zhuǎn)保護(hù)控制作用 V2：機(jī)車二級(jí)空轉(zhuǎn)信號(hào)（010v模擬量），機(jī)車空轉(zhuǎn)輪對(duì)與不空轉(zhuǎn)輪對(duì)的轉(zhuǎn)速差。 V2增加，則使upg值相應(yīng)減小。 VL