動車組傳動與控制

1、動車組傳動與控制(1)電力牽引高速列車的供電、牽引傳動系統(tǒng)，包括從變電站到列車受電弓在內(nèi)的 供電部分和動車組本身的傳動系統(tǒng)。(2)動車組的傳動方式主要包括交一直傳動 方式和交一直一交、交一交的傳動方式交流傳動系統(tǒng)是指由各種變流器供電的異步或同步電動機作為動力的機車 或動車組傳動系統(tǒng)目前變流器主要有直接式變流器(即交一交變流器)和帶有中間直流環(huán)節(jié)的 間接式變流器(即交一直一交變流器)兩大類交一直一交牽引傳動系統(tǒng)主要是由受電弓(包括高壓電器設(shè)備)、牽引變壓 器、四象限變流器、中間環(huán)節(jié)、牽引逆變器、牽引電機、齒輪傳動系統(tǒng)等組成。交一直一交牽引傳動系統(tǒng)構(gòu)成說明：受電弓將接觸網(wǎng)的AC25KV單相工頻交

2、流電輸送給牽引變壓器，經(jīng)變壓器降壓后的單相交流電供給脈沖整流器，脈沖整 流器將單相交流電變換成直流電經(jīng)中間直流電路將直流電輸出給牽引變流器，牽 引逆變器輸出電壓、電流、頻率可控的三相交流電供給三相異步牽引電動機，牽 引電機軸端輸出的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速通過齒輪傳動傳遞給輪對，轉(zhuǎn)換成輪緣牽引力和線 速度。列車牽引運行是將電能轉(zhuǎn)換成機械能，能量變換與傳遞的途徑：接觸網(wǎng)一高 壓電器一牽引變壓器一脈沖整流器一中間直流環(huán)節(jié)一牽引逆變器一牽引電動機一 齒輪傳動一輪對再生制動運行是將機械能轉(zhuǎn)換成電能，能量變換與傳遞的途徑: 輪對一齒輪傳動一牽引電動機一牽引逆變器一中間直流環(huán)節(jié)一脈沖整流器一牽引 變壓器一高壓電器一接觸

3、網(wǎng)。高壓電器設(shè)備完成從接觸網(wǎng)到牽引變壓器的接通與斷開。主要包括：受電弓、 主斷路器、避雷器、電流互感器、接地保護開關(guān)等；完成供電系統(tǒng)的接入與斷開 控制、網(wǎng)測電流檢測、保護等功能，不參與能量的轉(zhuǎn)換。牽引變壓器用來把接觸網(wǎng)上取得的25KV高壓電變換為供給牽引變流器及電 動機、電器工作所適應(yīng)的電壓，其工作原理與普通電力變壓器相同。脈沖整流器是牽引傳動系統(tǒng)的電源側(cè)變流器，列車牽引時作為整流器，再 生制動時作為逆變器，可以實現(xiàn)牽引與再生工況間快速平滑地轉(zhuǎn)換。牽引逆變器是牽引傳動系統(tǒng)的電動機驅(qū)動側(cè)變流器，列車牽引時作為逆變器，再生制動時作為整流器，可以實現(xiàn)牽引與再生工況間快速平滑地轉(zhuǎn)換高速列車采用轉(zhuǎn)子磁場

4、定向矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)實現(xiàn)對逆變 器的PWM控制。逆變器一一牽引電機的驅(qū)動控制技術(shù)，是牽引傳動控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。高速電動車組有兩種牽引方式：動力分散方式和動力集中方式。列車牽引動力系統(tǒng)包括主變壓器、變流器、逆變器、空壓機、各種風(fēng)機、 蓄電池、輔助逆變器高速動車組采用的就是交流傳動系統(tǒng)，其牽引電機采用的是三相交流異步 電機。交流傳動系統(tǒng)的優(yōu)點：1有良好的牽引性能2電網(wǎng)功率因數(shù)高、諧波干擾 小3單位質(zhì)量體積的牽引功率大4動態(tài)性能和粘著利用好高速動車組牽引傳動系統(tǒng)采用的新技術(shù)主要表現(xiàn)在幾個方面：1新型全控電 力電子器件的應(yīng)用2牽引變流器PWM控制技術(shù)3列車驅(qū)動控制技術(shù)圖15的牽引特性曲

5、線具有一定的普遍意義。當(dāng)速度低于92km/h時，機 車輸出準恒力矩；當(dāng)速度高于92km/h后，進入恒功區(qū)。由于在92km/h速度點， 變流器輸出滿電壓，因此機車的顛覆力矩設(shè)定在最高速度點，實際上屬于大牽引 電機小變流器方式。具有這種牽引性能的機車或動車組在整個速度范圍內(nèi)其牽引 較大加速性能較好，不僅適合于客運，同時也適合貨運。圖16的牽引曲線分為 4段：(1)低速啟動時有較大的牽引力(2)23_115km/h之間輸出力矩隨速度的增 加而迅速下降(3)115_200km/h之間保持較平的力矩特性(4)200_300km/h之 間輸出恒功率。這種牽引特性具有的一些特點：(1)啟動力矩大，但由于時間

6、較 短，牽引電機不容易過熱。(2)力矩隨速度迅速下降，牽引電機的電流也迅速下 降。由于該特性的牽引動力車是為高速客運設(shè)計，因此在中速區(qū)不需要太大的牽 引力。(3)雖然該牽引電機的功率較大，但由于恒功區(qū)較窄，電動機的用鐵量較 少，因此有別于一般的大電機小變流器方案，牽引電機質(zhì)量反而大大減少。(4) 負載電流下降，導(dǎo)通損耗下降，總的損耗不會增加太大。（19 ）機電系統(tǒng)一般由電動機、機械傳動機構(gòu)、生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)、控制設(shè) 備和電源組成。（20）機電傳動系統(tǒng)示意圖：電源一控制設(shè)備一電動機（電源一電動機）一傳 動工作機構(gòu)21變壓器每個2次繞組連接一臺主變流器。22變壓器是利用電磁感應(yīng)的基本原理，實現(xiàn)電

7、壓、電流和阻抗變換的重要設(shè)備。（21）變壓器按交流電源的相數(shù)分可以分為單相和三相變壓器、按用途不同分 為：電力變壓器、電焊變壓器、自耦變壓器、儀用變壓器、控制變壓器、電源變 壓器、脈沖變壓器。24.牽引變壓器也叫主變壓器，位于動車組底架上。作用： 一將列車供電系統(tǒng)與接觸網(wǎng)相隔離、二將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷汗┝熊囯姎?系統(tǒng)使用、三是提供濾波，保護手段等，為列車提供安全、可靠、高質(zhì)量的電力。25.CRH2型動車組牽引變壓器特點：為殼式結(jié)構(gòu)（線圈在鐵芯里面）、車體下吊 掛、油循環(huán)強迫風(fēng)冷方式。具有1個原邊繞組、2個牽引繞組、一個輔助繞組、具 有溫度繼電器、油流指示器實時狀態(tài)監(jiān)控。實現(xiàn)了小型化，輕量

8、化。26.牽引電 動機通過發(fā)電機，反饋電能通過牽引變壓器。27.電樞磁場 電樞磁動勢：當(dāng)電機 有負載、電樞繞組中有電流通過時，該電流也會在電機中產(chǎn)生磁場，稱為電樞磁 場。載流的電樞繞組也會產(chǎn)生磁動勢，稱為電樞磁動勢。28.高速列車牽引特性：（1）低速區(qū)牽引力恒定或隨速度升高而略有下降，要與高速列車的黏著特性隨速 度的變化趨勢相適應(yīng)。（2）牽引力比大功率機車的牽引力明顯減少。（3）高速區(qū) 為恒功率曲線，牽引力隨速度升高而呈雙曲線關(guān)系下降。（4）正常軌面狀態(tài)下， 啟動時及低速范圍的牽引力低于黏著限制曲線較多。（5）在正線運行時（坡道12%。） 不會出現(xiàn)全功率低速持續(xù)運行的工況。交交一直一交牽引傳動

9、系統(tǒng)的組成：主要由受電弓（包括高壓電器設(shè)備）、 牽引變壓器、四象限變流器、中間環(huán)節(jié)、牽引逆變器、牽引電機、齒輪傳動系統(tǒng) 等組成。以電機在不同轉(zhuǎn)速都能得到充分利用為條件，他勵直流電動機的調(diào)速可分為 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速矢量控制技術(shù)，也稱磁場定向控制技術(shù)。它通過坐標變換，把交流電機的定 子電流分解成轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量。32 .交流電機主要分為異步電動機（即感應(yīng) 電機）和同步電機兩大類。列車牽引功率主要與列車運行最高速度、列車質(zhì)量、最高速度時的列車運行 阻力和剩余加速度、齒輪傳動效率、牽引電機效率有關(guān)動力牽引的特性的特點：1啟動力矩大，但由于時間較短，牽引電機不容易 過熱。2力矩隨速度迅速下降，牽

10、引電機的電流也迅速下降3電動機的顛覆力矩按 最高速度設(shè)計，雖然牽引電機功率較大，但由于恒功區(qū)較窄，電動機用鐵量較少， 因此有區(qū)別于一般大電機小變流方案，牽引電機質(zhì)量反而大大減小，4動力牽引車 進入恒功區(qū)前，需通過改變變流器輸出電壓才能達到控制電機輸出特性的目的33.到目前為止，VVVF調(diào)速控制的發(fā)展，大體分為3個階段：（1）普通功能型控 制方式的通用變頻器。（2）高功能型的轉(zhuǎn)差頻率控制；（3）高性能矢量控制或直 接力矩控制。34.鼠籠三相異步電動機啟動方法有兩種直接啟動和降壓啟動38.動力牽引車的牽引特性曲線通常被分為恒力矩區(qū)和恒功區(qū)。列車牽引功率主要與列車運行最高速度、列車質(zhì)量、最高速度時的

11、列車運行 阻力和剩余加速度、齒輪傳動效率、牽引電機效率有關(guān)列車牽引網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及其作用。答：列車牽引網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)劃分為列車級、車輛級和傳動級。列車級完成列車 的綜合信息管理和控制決策，給出與列車有關(guān)的給定目標和控制策略。列車級控 制由列車網(wǎng)絡(luò)層主司機室的列車控制單元擔(dān)當(dāng)。車輛級的主要任務(wù)是監(jiān)測和管理車輛單元內(nèi)的設(shè)備，接收列車級發(fā)來的牽引指 令，決策車輛單元的控制策略、優(yōu)化控制目標、協(xié)調(diào)控制行為、運行監(jiān)控和性能 評估等，實施主體是車輛控制單元。傳動級完成傳動過程各種物理量和狀態(tài)開關(guān)值的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯控 制、調(diào)節(jié)控制、狀態(tài)監(jiān)測與診斷、故障保護、數(shù)據(jù)通信等功能，具體控制網(wǎng)測高 壓回路、網(wǎng)測變流器、電機測逆變器和輔助電源。由牽引控制單元具體實施。 42.CRH2動車組采用交一直一交傳動系統(tǒng)牽引工況：受電弓將接觸網(wǎng)AC25KV單相 工頻交流電，經(jīng)過相關(guān)的高壓電氣設(shè)備傳輸給牽引變壓器