電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)

1、1. IO01.1電力牽引的特點(diǎn)o2. 電力機(jī)車的傳動(dòng)方式22.1直-直流傳動(dòng)32.2交-直流傳動(dòng)32.3直一交流傳動(dòng)32.4交-直-交流傳動(dòng)43. 我國(guó)機(jī)車電傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀43.1交-直傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展43.2交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展64. 動(dòng)車組的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀75. 電力牽引傳動(dòng)系境網(wǎng)側(cè)原理圖91-概述1.1電力牽引的特點(diǎn)電力機(jī)車屈非自帶能源式機(jī)車，電力牽引具有一系列燃牽引所不員的優(yōu)越 性，表現(xiàn)在以下幾方面：1、電力機(jī)車的助率大燃機(jī)車功率受到柴油機(jī)本身容量、尺寸和重量的限制，故機(jī)車功率不能11大。 而電力機(jī)車不受上述條件的限制，機(jī)車助率（或單位重量功率）要大得多，目前 軸功率已達(dá)100

2、0KW （若交流牽弓I電動(dòng)機(jī)可達(dá)1600kW ）o 一臺(tái)電力機(jī)車的車引能 力相當(dāng)于1.5臺(tái)（或更名一些）滋機(jī)車的牽引能力。由于電力機(jī)車功率大、起動(dòng) 快、允許速度高，所以能夠名應(yīng)快胞，極提高了線路的通過能力和輸送能力。2、電力機(jī)車的效率高由干電力牽引所需的電能是由發(fā)電廠（或電站）集中產(chǎn)生，因此燃料的利用 率要比燃牽引高得多。由火電廠供電的電力牽引的效率高達(dá)35%,由水電站供電 的電力牽引則更高，可這60%以上。而滋牽引的效率約為25%左右，而目柴油 價(jià)格較貴，有燃燒排朋污染。3、電力機(jī)車的U載能力強(qiáng)機(jī)車在起動(dòng)列車或牽引列車通過限制披道時(shí)，其過載能力具有很大的恿義。 由于電力機(jī)車的過頸能力不會(huì)受到

3、能源哄給的限制，而牽引電動(dòng)機(jī)的IsWilft能 力總是比較大。因此，電力機(jī)車所需的起動(dòng)加速時(shí)間一般約為燃機(jī)車的1 /2, U 而能舉提髙列車速度。4、電力機(jī)車的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較低（1）率大、起動(dòng)快、運(yùn)行速度高、il載能力強(qiáng)、可以名拉快胞；（2）整備距離長(zhǎng)、適合于長(zhǎng)交路，提高了機(jī)車的利用率；（3）檢修周期長(zhǎng)、日常絨護(hù)保養(yǎng)工作量也小。一般悄況下，電力牽引的運(yùn)営費(fèi)用比燃牽引要K15%J右。此外，由于電力機(jī)車運(yùn)行過程中不污染壞境，對(duì)干大里跌胳樞紐站及隧道長(zhǎng) 而名的線路而言，其恿義重大?？尚蘧帲?）對(duì)通訊方面所帶來的諧波干擾間題；（2）相控調(diào)壓所引起的功率因數(shù)較低的冋題;（3）離不開牽引變電所和接融啊等沿線的

4、供電設(shè)備，使其機(jī)動(dòng)性較差，且 線路電氣化投資較大。一般在客貨運(yùn)輸特別繁忙的主要鐵干線，線路玻道便、隧道名2長(zhǎng)的山區(qū)鉄 路干線，大運(yùn)量的集中運(yùn)煤專線，適宜呆用電力牽引。2. 電力機(jī)車的傳動(dòng)方淺電力牽引傳動(dòng)系貌基本原理如圖2-1所示，電力機(jī)車通11受電耳與接觸網(wǎng)相 接觸來獲取電能，直接從接觸啊獲取的電能是電圧為25KV,頻率50Hz的工頻單 相交爲(wèi)電，此電壓等級(jí)和頫率等還不能滿足電力機(jī)車牽引傳動(dòng)的需要。電力機(jī)車 上連安裝有主變壓器將高壓電變換為巾壓電再傳送給牽引傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)（動(dòng)車組 牽引傳動(dòng)調(diào)速設(shè)備主要為牽引變流器），牽引傳動(dòng)訓(xùn)速系貌通過改變電壓大曲fi 流傳動(dòng)時(shí)）或者交流電頤率（交流傳動(dòng)時(shí)）來改

5、變牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖2-1軌道交通車稱電力傳動(dòng)方式按接觸網(wǎng)和車引電動(dòng)機(jī)所呆用的電流制進(jìn)行分類，分為：（1 ）直一直流傳動(dòng)；（2 ）交一直流傳動(dòng)；（3）直一交流傳動(dòng)；（4）交一直-交流傳動(dòng)?？尚蘧?2.1直-直浦傳動(dòng)直流牽引電機(jī)可修編由直流接觸網(wǎng)供電，機(jī)車采用貞流牽引電機(jī)。直流電經(jīng)直流變換器（DC-DC ） 向直（脈）流牽引電機(jī)（ft電。2.2交-直浦傳動(dòng)由交流接電，機(jī)車果用直流牽引電機(jī)。交流電經(jīng)整流器整流為直流電, 向直（脈）流牽引電機(jī)俱電。交流接觸網(wǎng)整流器CCCCIIDSJ55I牽引變壓器直流牽引電機(jī)2.3直-交浦傳動(dòng)由直流接觸網(wǎng)佻電，機(jī)車采用交流牽引電機(jī)。直流電經(jīng)晶閘管或其他新里電力電子器

6、件構(gòu)成的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為可調(diào)壓、變頫的三相交流電，再向交流 車引電機(jī)供電。直流接觸網(wǎng)逆變器交流牽引電機(jī)2.4交-直交流傳動(dòng)由交流接觸網(wǎng)俱電，車輛果用交流牽引電機(jī)。交流電經(jīng)整流器整流為直流電 （巾間直流壞節(jié)），再經(jīng)逆變器將貞渣電轉(zhuǎn)換為可調(diào)壓、變頻的三相交流電，向 交流牽引電機(jī)（ft電。交流接觸網(wǎng)整流器牽引變壓器交流 牽引電機(jī)逆變器3. 我國(guó)機(jī)車電傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀3.1交-直傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展1958年底，我國(guó)試制出第1臺(tái)干線電力機(jī)車，即6Y1里電力機(jī)車。6Y1里電力機(jī)車是以前朕H60塑干線交直流傳動(dòng)電力機(jī)車為樣板，按照中國(guó)鐵路規(guī)進(jìn) 行研制的。由于當(dāng)時(shí)大助率電力電子器件尚未成霖,可用的整流器件

7、是引燃管。 6Y1里電力機(jī)車經(jīng)鉄科院壞形鉄道運(yùn)行試驗(yàn)后，于1962年前后共試制了 5臺(tái)樣 車投人寶鳳線試運(yùn)行。但是，由于一些重要設(shè)備（調(diào)壓開關(guān)、牽引電機(jī)等）一直存 在技術(shù)和質(zhì)量間題，尤其是引燃管整流器難以這到實(shí)際運(yùn)用要求，因IH6Y1型電 力機(jī)車未能投人批量生產(chǎn)。協(xié)著我國(guó)電力電子工業(yè)的發(fā)展，大功率整流二枚管開 始進(jìn)人到工程實(shí)用階13,為機(jī)車電傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展提供了必要條件。正是在這樣 的技術(shù)背景下，在6Y1里電力機(jī)車基礎(chǔ)上，我國(guó)第1代有級(jí)調(diào)壓、交-直傳動(dòng)電 力機(jī)車一SSI塑電力機(jī)車T 1968年試制成功，1969年開始批量生產(chǎn)，到1988 年止，共生產(chǎn)826臺(tái)，使我國(guó)機(jī)車電傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)人到交-直傳

8、動(dòng)時(shí)期?？汕恍推骷痪чl管的岀觀，使機(jī)車電傳動(dòng)技術(shù)聘上了一個(gè)新臺(tái)階。SS3 型電力機(jī)車正是作為我國(guó)Hl車電傳動(dòng)技術(shù)由二股管整流有級(jí)調(diào)壓到相控?zé)o級(jí)調(diào) 壓的第2代交-直傳動(dòng)客貨用電力機(jī)車。1978年底，由株洲電力機(jī)車廠和株洲電 力機(jī)車研究所共同研制成功。SS3里電力機(jī)車主電路采用牽引變壓器低壓側(cè)測(cè)壓 開關(guān)分級(jí)與晶閘管級(jí)間相腔調(diào)壓相結(jié)合的平滑調(diào)壓調(diào)速技術(shù)，使機(jī)車獲得良好的 調(diào)速性能。I®著大助率晶阿管性能的提高，相控技術(shù)成熟應(yīng)用到機(jī)車電傳動(dòng)領(lǐng)域，其代 表車型為SS4里電力機(jī)車°SS4型機(jī)車是1985年開發(fā)的相控?zé)o級(jí)調(diào)壓、交-直傳 9 8 «|重我貨運(yùn)電力Hl車，是我國(guó)相

9、腔機(jī)車的“代表作”，與后續(xù)開發(fā)的SS5、 SS6、SS7、SS8及SS9塑電力機(jī)車一起，枸成我國(guó)晶洌管相控調(diào)壓、交-直傳動(dòng) 的系列產(chǎn)晶。該型機(jī)車由2節(jié)完全相同的4軸電力機(jī)車通過重朕壞節(jié)連接組成， 毎節(jié)車為一個(gè)完整系貌，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用和吸收消化國(guó)外8K、6K、8G型等機(jī)車的 先進(jìn)技術(shù)，做過幾次重夫改進(jìn)，使機(jī)車性能和質(zhì)量得到顯著提高，成為我國(guó)干線 貨運(yùn)主型機(jī)車。3.2交浦傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展為追蹤世界新型“交-貞-交”電力機(jī)車新技術(shù)，更為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的 要求，推動(dòng)珈道交通裝備技術(shù)進(jìn)步，我國(guó)研究、應(yīng)用交流傳動(dòng)技術(shù)，經(jīng)歷了技術(shù) 探索（理論認(rèn)識(shí)與基硏開發(fā)）、引進(jìn)應(yīng)用（X2000動(dòng)車組）、合作研制（“藍(lán)箭”

10、動(dòng) 車組和NJ1滋調(diào)車等）、自主開發(fā)幾個(gè)階段。上世紀(jì)70年代，我國(guó)開始研究交流 電傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)；80年代完成了中等助率交流電傳動(dòng)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究； 90年代初研制了 1Mw大功率變流系鋭并促» AC4000 lg里機(jī)車的研制與組裝; 90年代中期相繼啟動(dòng)高性能交流傳動(dòng)控制技術(shù)、大助率GTO牽引變流器工程化、 助率IGBT牽引變流器、大功率異步牽引電機(jī)等一系列核心技術(shù)的攻關(guān)工程，取 得了豐碩成果，并于本世紀(jì)初開始裝車應(yīng)用。2001年9月我國(guó)自行研制成功200km/h “奧星”交流傳動(dòng)電力機(jī)車，同年 10月時(shí)速200km/h的“藍(lán)箭”號(hào)在廣深筑投人使用；2001年Q研制成助果用交 流

11、傳動(dòng)技術(shù)ftl 200km/h的“先鋒”號(hào)及160km/h的“中原之星”動(dòng)力分散型電動(dòng) 車組。U 2006年開始，我國(guó)分別從日本、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，并 消化吸收及國(guó)產(chǎn)化，成為“具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)”的動(dòng)車組產(chǎn)品系列- C R H 系列動(dòng)車組，它們均堀干強(qiáng)動(dòng)力分散系動(dòng)車組，這些血預(yù)示著機(jī)車性能的深 刻變革，因而成為今后我國(guó)電力機(jī)車的發(fā)展方向。鐵路運(yùn)輸作為我國(guó)中長(zhǎng)距離，大運(yùn)量、安全、低耗、壞保、快捷的運(yùn)輸形式 已成為交通運(yùn)輸It系中的重要組成部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位。尤 其是鐵路客運(yùn)，運(yùn)能不足的矛暗已經(jīng)非常突岀，鉄路族客運(yùn)綸現(xiàn)狀己成為制約國(guó) 民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的ffiSo我國(guó)引進(jìn)國(guó)外

12、動(dòng)車組:CRHI,CRH2,CRH3和CRH5;為了我國(guó)髙 速鐵路事業(yè)實(shí)觀聘越式發(fā)展，按照“全面引進(jìn)技術(shù)，朕合設(shè)it生產(chǎn)，打造中國(guó)品 牌”的原則引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)、成一熟、經(jīng)濟(jì)、適用、可靠的設(shè)計(jì)、制造技術(shù),為滿 足我國(guó)鐵路客運(yùn)專線和既有線提速族客運(yùn)輸要求，實(shí)現(xiàn)我國(guó)鐵路動(dòng)車組制造業(yè)的 現(xiàn)代化。4. 動(dòng)車組的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀牽引技術(shù)的現(xiàn)狀可從以下五個(gè)方面來看：(1) 牽引傳動(dòng)制式。牽引傳動(dòng)制式分為直流傳動(dòng)制式和交爲(wèi)傳動(dòng)*|式。目 前我國(guó)干SIU3使用的電力機(jī)車的以直流傳動(dòng)制式為主，交流傳動(dòng)機(jī)車雖然已經(jīng) 有了運(yùn)用，但在電力牽引動(dòng)力中所占的比重很小。由于交流傳動(dòng)機(jī)車性能的優(yōu)越 性，國(guó)外的主要機(jī)車生產(chǎn)商早已

13、停止了直流傳動(dòng)機(jī)車的生產(chǎn)，基本上都是果用交 流傳動(dòng)方式的牽引技術(shù)。找國(guó)鐵路牽引的交流傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用才則啊開始，技術(shù)上 遠(yuǎn)未這到成熟的程度。(2) 動(dòng)力配置方式。按牽引動(dòng)力配置方式可以分為動(dòng)力集中方式和動(dòng)力分 散方式。動(dòng)力集中方式就是傳統(tǒng)的機(jī)車牽引方式，這是我國(guó)目前電力牽引的主要 模式，也是我國(guó)鉄胳運(yùn)用比較成熟的牽引模式。動(dòng)力分散里動(dòng)車組是日本首僑的， 動(dòng)力分散方式是城市地鐵牽引模式的進(jìn)化和發(fā)展，是一種發(fā)展迅速的牽引模式。 朋洲國(guó)家近年來也紛紛采用動(dòng)力分散型動(dòng)車組的模式。目前我國(guó)也已經(jīng)有了這種 牽引模式的動(dòng)車組，如“中原之星”動(dòng)車組，“先鋒”號(hào)動(dòng)車組以及CRH系列動(dòng) 車組，但無論在技術(shù)上還是在運(yùn)用

14、管理上都只是網(wǎng)呦起步。(3) 運(yùn)行速度等級(jí)。我國(guó)已經(jīng)有了 120km/h員以下等級(jí)、160km/h等級(jí)、 200km / h等級(jí).250km/h等級(jí)以及300km / h的電力機(jī)車或動(dòng)力分散型動(dòng)車組。 160km/h員其以下等級(jí)的機(jī)車在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，也有了較為成熟的運(yùn)用 和管理經(jīng)騎；但對(duì)T 250km / h K其以上等級(jí)機(jī)車的應(yīng)用才洌啊開始，技術(shù)上也 還不夠成熟。（4）車我牽引功率。車我功率可以從總功率和單軸助率兩個(gè)方面來看：我 國(guó)頁(yè)流傳動(dòng)機(jī)車的車裁總功率最大為6400kW（SS4塑機(jī)車），單軸功率最大為 900kW（SS8型機(jī)車）；交說傳動(dòng)機(jī)車的車教總功率最大為7200kw（SSJ3

15、型機(jī)車）， 單軸助率最大為1200kW（ “中華之星”動(dòng)車組）。作為單軸1200kW的交流傳動(dòng)機(jī) 車來說，已經(jīng)這到了較高的水平，只是在技術(shù)上還不夠成熟。（5）牽引腔制系統(tǒng)。我國(guó)鉄路機(jī)車已經(jīng)普遍果用攢機(jī)作為牽引控制系統(tǒng)， 但在直流傳動(dòng)機(jī)車上的有相當(dāng)數(shù)量的模擁電子腔制系貌。動(dòng)車組上已經(jīng)開始使用 列車和車IB的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制和信息交換,初步形成了分布式控制的雛形。（i 目前還沒有我們自己的、成熟可靠的徼機(jī)控斟系統(tǒng)產(chǎn)品，控制啊絡(luò)的應(yīng)用尚侍完 善。以上諸方面的關(guān)系是相互交叉和相容的。根據(jù)上述分析，可以說我國(guó)跌路在 牽引的技術(shù)方面已經(jīng)基本這到或接近國(guó)麻先進(jìn)水平，只是在技術(shù)的成熟度和產(chǎn)晶 的可靠性方面需要

16、進(jìn)一步提高。總的來說目前在牽引系貌方面，“中華之星”和 “先鋒”號(hào)動(dòng)車組的技術(shù)含量相當(dāng)高，已經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行了 50名JJ km，有很多經(jīng)驗(yàn) 可以借鑒，而作為中國(guó)鉄路第兀次大提速上線運(yùn)行的動(dòng)車組一和諧號(hào)動(dòng)車組的 技術(shù)，可以作為我國(guó)牽引動(dòng)力技術(shù)最高水平的代表。交流傳動(dòng)電力機(jī)車具有如下優(yōu)齋良好的牽引性能:合理的利用系統(tǒng)的調(diào)壓、調(diào)頻特性,可以實(shí)現(xiàn)寬圍的平 滑調(diào)速，另外調(diào)節(jié)調(diào)頻特II能使機(jī)車和動(dòng)車組啟動(dòng)時(shí)發(fā)岀較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（2）電網(wǎng)功率因數(shù)高、諧波干擾小:在交直交電力機(jī)車和動(dòng)車組上,其電源劇變流器可以果用ei象限脈沖整流器，它通apwm控翎方法，可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)輸入 電爲(wèi)的相位,使所取電流接近正眩波形,并能在廣泛的負(fù)敎圍使機(jī)車和動(dòng)車組的 功率因數(shù)接ifi于1,這在減少湘通信信號(hào)的諧波干擾方面和充分利用電網(wǎng)的傳輸 功率方面部有很大的意義。另外，四象限脈沖整流器能很方便地實(shí)現(xiàn)牽引和再生 之間的能量轉(zhuǎn)換，取得顯普的節(jié)能效果。(3) 牽引系統(tǒng)功率大、體枳小、重量輕、運(yùn)行可靠:由于異步牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 可jj 4000 r/min,利用了直流電動(dòng)機(jī)換向器所占的空間，所以交流電動(dòng)機(jī)能舉做 到助率大、重量輕,與帶換向器的直流(脈流)電動(dòng)機(jī)相比，其單位質(zhì)量助率(kW/ 棺)是直流電動(dòng)Hl的3倍。在列車車體提侯的空間圍，異步電動(dòng)機(jī)的助率可以這 到1400