电力机车控制-1

1、电力机车控制电力机车控制一、电力机车概述一、电力机车概述 v 电力牵引在铁路运输中的地位、发展方针：大力发展电力牵引和内燃牵引，以电力牵引为主。发展：1879年5月31日第一条电气化铁路问世、1958年韶山1型问世。v 电力牵引的特点及优越性特点：1功率大 2速度高 3效率高 4过载能力强优越性：1运输能力强 2经济效果显著 3合理利用能源4劳动条件好 5加强了行车安全6有利于实现城乡的电气化中国电力机车的研制开始于中国电力机车的研制开始于1958年。当时的铁年。当时的铁道部田心机车车辆工厂，也就是现在的株洲电力道部田心机车车辆工厂，也就是现在的株洲电力机车工厂在协助湘潭电机厂制造工矿电力机车

2、的机车工厂在协助湘潭电机厂制造工矿电力机车的同时，设计并试制铁路干线电力机车。同时，设计并试制铁路干线电力机车。1958年年12月月28日，中国第一台干线铁路电力机车试制日，中国第一台干线铁路电力机车试制成功，命名为成功，命名为6Y1型。型。 1968年，经过对年，经过对6Y1型型10年的研究改进，在中国半导体工业发展的条件下，年的研究改进，在中国半导体工业发展的条件下，将引燃管整流改为大功率半导体整流，试制出韶山将引燃管整流改为大功率半导体整流，试制出韶山1型，代号型，代号SS1。1969年开年开始批量生产，到始批量生产，到1988年止，共生产年止，共生产826台。机车持续功率台。机车持续功

3、率3780kW，最大速度，最大速度90km/h，车长，车长19400mm。韶山。韶山1型电力机车获全国科学大会奖。型电力机车获全国科学大会奖。 1969年，株洲电力机车研究所和株洲电力机年，株洲电力机车研究所和株洲电力机车工厂联合研制了韶山车工厂联合研制了韶山2型电力机车试验车，型电力机车试验车，代号代号SS2。 株洲电力机车工厂株洲电力机车工厂1978年设计试制的大功率电年设计试制的大功率电力机车韶山力机车韶山3型客货两用干线电力机车、代号型客货两用干线电力机车、代号SS3。1989年开始批量生产至今。年开始批量生产至今。 韶山韶山3B型重载货运电力机车，代号型重载货运电力机车，代号SS3B

4、。株洲电力机车厂。株洲电力机车厂2002年在年在SS系系列机车的设计平台上开发的一种列机车的设计平台上开发的一种12轴重载货运电力机车。轴重载货运电力机车。 韶山韶山4型干线货运电力机车，代号型干线货运电力机车，代号SS4。株洲电力。株洲电力机车工厂机车工厂1985年设计试制的年设计试制的8轴货运电力机车。轴货运电力机车。最大速度最大速度100km/h。 韶山韶山4改进型电力机车，代号改进型电力机车，代号SS4G。是在。是在SS4、SS5和和SS6型电力机车的基型电力机车的基础上，吸收了础上，吸收了8K机车一些先进技术设计的。机车一些先进技术设计的。 韶山韶山5型准高速电力机车，代号型准高速电

5、力机车，代号SS5。为准高速。为准高速铁路试制的样车。铁路试制的样车。 韶山韶山6型干线客货运电力机车，代号型干线客货运电力机车，代号SS6。株洲。株洲电力机车工厂制造的国际招标中标机车。机车功电力机车工厂制造的国际招标中标机车。机车功率持续率持续4800kW，最大速度，最大速度100km/h，车长，车长20200mm。韶山韶山7型干线客货两用电力机车，代号型干线客货两用电力机车，代号SS7。是大同机车工厂自行研制开发。是大同机车工厂自行研制开发的新型电力机车，该机车填补了我国山区小曲线区段线路客、货运电力机的新型电力机车，该机车填补了我国山区小曲线区段线路客、货运电力机车的空白，荣获国家级科

6、技进步二等奖及铁道部科技进步一等奖。车的空白，荣获国家级科技进步二等奖及铁道部科技进步一等奖。 韶山韶山7B型重载货运电力机车，代号型重载货运电力机车，代号SS7B。大同。大同机车厂机车厂1996年设计完成，年设计完成，1997年试制成功的一种年试制成功的一种新型的重载货运电力机车。新型的重载货运电力机车。 韶山韶山7D型客运电力机车，代号型客运电力机车，代号SS7D。由大同机车厂、株洲电力机车研究所、。由大同机车厂、株洲电力机车研究所、成都机车车辆厂联合研制的适应我国铁路提速需要的新产品，是目前国内技成都机车车辆厂联合研制的适应我国铁路提速需要的新产品，是目前国内技术水平最为先进的交直传动客

7、运电力机车。术水平最为先进的交直传动客运电力机车。韶山韶山7E型客运电力机车，代号型客运电力机车，代号SS7E。是。是最新开发的客运机车。最新开发的客运机车。 韶山韶山8型快速客运机车，代号型快速客运机车，代号SS8。株洲电力机车厂于。株洲电力机车厂于1994年研制成功，填年研制成功，填补了我国快速客运电力机车的空白，目前成为我国快速客运的主型机车。曾补了我国快速客运电力机车的空白，目前成为我国快速客运的主型机车。曾创造了中国铁路机车的最高速度创造了中国铁路机车的最高速度240kmh。 韶山韶山9型干线客运电力机车，代号型干线客运电力机车，代号SS9。以成熟的韶山型系列电力机车技术。以成熟的韶

8、山型系列电力机车技术为基础，采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列为基础，采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车。机车功率持续车功率最大的机车。机车功率持续4800kW，最大速度，最大速度170km/h。 “春城春城”号电动车组，长春客车厂为迎接号电动车组，长春客车厂为迎接“99”昆明世界园艺博览会开发制造昆明世界园艺博览会开发制造的中国首列商业运行电动车组。该电动车组为无污染的环保型绿色交通工具。的中国首列商业运行电动车组。该电动车组为无污染的环保型绿色交通工具。具有普通旅客列车所无法比拟的灵活编组、机动开行的优点，又具有公路交具有普通旅客

9、列车所无法比拟的灵活编组、机动开行的优点，又具有公路交通工具无法比拟的速度快、运量大、效率高、投资省、安全性好的优点。动通工具无法比拟的速度快、运量大、效率高、投资省、安全性好的优点。动车组总功率为车组总功率为2160kW，设计速度，设计速度120km/h。 “先锋先锋”号交流传动电动车组，是南京浦镇车辆厂负责总体研制的我国号交流传动电动车组，是南京浦镇车辆厂负责总体研制的我国第一列交流传动动力分散电动车组，首列电动车组命名为第一列交流传动动力分散电动车组，首列电动车组命名为“先锋先锋”号。号。列车运营速度列车运营速度200km/h，最高试验速度，最高试验速度250km/h，总定员，总定员42

10、4人。人。 “中原之星中原之星”交流传动电动车组，适用于中、短途快速旅客运输。由株洲电交流传动电动车组，适用于中、短途快速旅客运输。由株洲电力机车厂、四方机车车辆股份有限公司、株洲电力机车研究所三家单位联合力机车厂、四方机车车辆股份有限公司、株洲电力机车研究所三家单位联合研制生产。首列动车组于研制生产。首列动车组于2001年年10月生产下线，配属郑州铁路局，于郑武线月生产下线，配属郑州铁路局，于郑武线上运营。最高运营速度上运营。最高运营速度160km/h，总定员，总定员1178人。人。“大白鲨大白鲨”高速电动车组，株洲电力机车厂研制高速电动车组，株洲电力机车厂研制的中国第一台正式进入高速领域的

11、动力集中式高的中国第一台正式进入高速领域的动力集中式高速动车组，是我国强大机车家族的又一精心完美速动车组，是我国强大机车家族的又一精心完美之作。最大速度之作。最大速度200km/h。“蓝箭蓝箭”交流传动高速电交流传动高速电动车组是为满足广深线动车组是为满足广深线“小编组、高密度、高速小编组、高密度、高速度度”的公交化客运要求，的公交化客运要求，由株洲电力机车厂、株洲由株洲电力机车厂、株洲电力机车研究所、长春客电力机车研究所、长春客车厂和广铁集团于车厂和广铁集团于2000年年共同研制的新一代交流传共同研制的新一代交流传动高速电动旅客列车组。动高速电动旅客列车组。基本编组定员为基本编组定员为421

12、人，连人，连挂编组定员约挂编组定员约800人。最大人。最大速度速度220km/h。 “中华之星中华之星”高速电动车组，该电动车组将成为我国京沈快速客运高速电动车组，该电动车组将成为我国京沈快速客运通道的主型列车及未来高速铁路的中短途高速列车和跨线快速列车。通道的主型列车及未来高速铁路的中短途高速列车和跨线快速列车。列车最高运营速度可达列车最高运营速度可达270km/h，是目前我国商业运行时速最快的，是目前我国商业运行时速最快的电动车组。电动车组。2002年年11月月27日，日，“中华之星中华之星”在秦沈客运专线综合在秦沈客运专线综合试验中，成功创造了中国铁路的最高速度试验中，成功创造了中国铁路

13、的最高速度321.5km/h。该动车组广。该动车组广泛地采用了国内、外的先进技术，列车的整体技术性能达到国外同泛地采用了国内、外的先进技术，列车的整体技术性能达到国外同类产品的先进水平。类产品的先进水平。 中国乃至世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运行线是年月中国乃至世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运行线是年月日开工建设的上海磁悬浮列车示范线。年月，这条磁悬日开工建设的上海磁悬浮列车示范线。年月，这条磁悬浮列车示范线下部结构工程竣工。磁悬浮列车用电磁力将列车浮起而浮列车示范线下部结构工程竣工。磁悬浮列车用电磁力将列车浮起而取消轮轨，采用长定子同步直流电机将电供至地面线圈，驱动列车高取消轮轨，采用长定

14、子同步直流电机将电供至地面线圈，驱动列车高速行驶，从而取消了受电弓。磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统速行驶，从而取消了受电弓。磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统铁路中的支承、导向、牵引和制动功能。列车在运行过程中，与轨道铁路中的支承、导向、牵引和制动功能。列车在运行过程中，与轨道保持一厘米左右距离，处于一种保持一厘米左右距离，处于一种“若即若离若即若离”的状态。由于避免了与的状态。由于避免了与轨道的直接接触，行驶速度也大大提高，其正常的运营速度可以达到轨道的直接接触，行驶速度也大大提高，其正常的运营速度可以达到每小时每小时500公里。公里。 一、电力机车概述一、电力机车概述v电力机车的分类1

15、按用途可分为（1）客运电力机车（2）货运电力机车（3）客货两用电力机车（4）调车电力机车2按传动形式不同可分为（1）具有个别传动的电力机车（2）具有组合传动的电力机车一、电力机车概述一、电力机车概述3按机车轴数不同可分为4轴、6轴、8轴等电力机车。4按电流制不同可分为（1）直流电力机车（2）交流电力机车单相低频制（25Hz）单相工频制（50Hz）整流器式电力机车无整流子牵引电动机电力机车二、直流电力机车工作原理二、直流电力机车工作原理 直流电力机车是最简单的一种电力机车，采用直流电源和直流串励直流电力机车是最简单的一种电力机车，采用直流电源和直流串励牵引电动机。现在主要用于各种工矿电力机车、地

16、铁电动车组和城市无轨牵引电动机。现在主要用于各种工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电电车车。 图示为一般工矿用直流电力机车结构示意图。图示为一般工矿用直流电力机车结构示意图。接触网直流电接触网直流电受电弓受电弓断路器断路器QD启动电阻启动电阻RM1M4钢轨钢轨变电所变电所接触网。牵引电机得电旋转，把电能转变为机械能，产生牵引力。接触网。牵引电机得电旋转，把电能转变为机械能，产生牵引力。QDRRM1M2M3M4三、直流电力机车的特点三、直流电力机车的特点1、结构简单，造价低，经济性好。、结构简单，造价低，经济性好。2、牵引性能好，调速方便。、牵引性能好，调速方便。3、控制简单，运行可靠。、控制

17、简单，运行可靠。4、供电效率低。、供电效率低。5、基建投资大。、基建投资大。6、有级调速。、有级调速。四、直流电力机车的基本特性四、直流电力机车的基本特性 直流电力机车的基本特性包括机车的速度特性、牵引力特性、牵引特直流电力机车的基本特性包括机车的速度特性、牵引力特性、牵引特性、效率特性。性、效率特性。 1、速度特性、速度特性机车运行速度与牵引电动机电枢电流的关系，称为机车速度特性。机车运行速度与牵引电动机电枢电流的关系，称为机车速度特性。速度特性表达式：速度特性表达式：V=D/60*（UDIaR）/Ce= （UDIaR）/ Cv 2、牵引力特性牵引力特性机车轮周牵引力与牵引电动机电枢电流的关

18、系，称为机车牵引力特性。机车轮周牵引力与牵引电动机电枢电流的关系，称为机车牵引力特性。机车牵引力特性表达式：机车牵引力特性表达式：Fk=m/1000*CvIa （KN） 3、牵引特性牵引特性机车轮周牵引力与运行速度的关系，称为机车牵引特性。机车轮周牵引力与运行速度的关系，称为机车牵引特性。机车牵引特性表达式：机车牵引特性表达式： Fk=m/1000* （UD Ia/V） *dc （KN） 4、效率特性效率特性机车效率是指机车输出功率与机车输入功率的比值，也就是机车轮周功率机车效率是指机车输出功率与机车输入功率的比值，也就是机车轮周功率与机车受电侧电功率的比值。与机车受电侧电功率的比值。交直交电

19、力机车工作原理交直交电力机车工作原理交直型电力机车工作原理交直型电力机车工作原理 一、整流器式电力机车原理一、整流器式电力机车原理二、整流器电力机车的工作特点二、整流器电力机车的工作特点 v整流器电力机车是一个集变压、变流、牵引为一体的综合装置。对一定功率的电能，可以小电流传送，可减少导线截面积，节省有色金属，也可降低能耗。v由于机车内设有变压器，调压十分方便，牵引电动机的工作电压不再受接触网电压的限制，可以选择最有利的工作电压，使牵引电动机的重量造价比降低，工作更为可靠 二、整流器电力机车的工作特点二、整流器电力机车的工作特点v牵引电动机采用适合牵引的串励电动机，可以获得良好的牵引性能和启动

20、性能，尤其启动时采用调节整流电压的方式，省略了启动电阻，不仅减轻了电气设备的重量、降低了启动能耗，而且改善了电力机车的启动性能，提高了机车的运行可靠性。v由于整流器电力机车整流装置输出电压为一脉动电压，因而流过牵引电动机的电流是一脉动电流。脉动电流不仅使牵引电机的损耗增加，而且使牵引电机换向恶化，因此在整流器电力机车上需装设平波电抗器和固定分路电阻以限制电流的脉动，改善电动机的工作条件。同时，在牵引电动机的结构上亦作了特殊设计。三、整流器电力机车的基本特性三、整流器电力机车的基本特性 1、整流外特性v 影响端电压的因素： 整流回路电阻引起的压降。 整流回路阻抗引起的压降(包括变压器二次侧绕组的

21、漏抗)。 整流线路换相引起的平均整流输出电压降低。 整流元件的阈值电压压降。假定：v 接触网阻抗为零(即不计接触网阻抗压降)。v 接触网电压保持恒值。 在上述假定下，当变压器二次侧绕组输出电压固定时，牵引电动机的端电压只随负载电流的变化而变化，即称为牵引电动机的外电压特性。三、整流器电力机车的基本特性三、整流器电力机车的基本特性2、速度特性3、牵引力特性4、牵引特性5、机车总效率特性四、交四、交(直直)交型整流器电力机车工作原理交型整流器电力机车工作原理 环节环节整流电路的基本作用是将交流电转换为直流电。实现电路可以是整流电路的基本作用是将交流电转换为直流电。实现电路可以是不可控整流桥、相控整

22、流桥、四象限脉冲变流器。不可控整流桥、相控整流桥、四象限脉冲变流器。环节环节直流滤波器环节的基本作用是平滑直流滤波器环节的基本作用是平滑A处的纹波处的纹波(脉动脉动)，消除或减少，消除或减少谐波含量谐波含量 (5次谐波次谐波)，改善机车的功率因数。，改善机车的功率因数。四、交四、交(直直)交型整流器电力机车工作原理交型整流器电力机车工作原理环节环节逆变器用于将直流电转换为三相交流电，同时为了机车调速的需逆变器用于将直流电转换为三相交流电，同时为了机车调速的需要，它应具有：较宽的调频范围和调压范围，一般采用正弦波脉宽调制要，它应具有：较宽的调频范围和调压范围，一般采用正弦波脉宽调制(PWM)。随

23、着电力半导体器件。随着电力半导体器件(GTO)的开发，可以采用电压相量的开发，可以采用电压相量(VVCPWM)，降低电机损耗，减少网压波动的影响。降低电机损耗，减少网压波动的影响。四、交四、交(直直)交型整流器电力机车工作原理交型整流器电力机车工作原理 环节环节平波电抗器有三大作用，即降低电机、电缆中高频成分，控制噪平波电抗器有三大作用，即降低电机、电缆中高频成分，控制噪声传播，抑制电机启动过程中的谐波分量，使频繁断开电机电路时不损坏变声传播，抑制电机启动过程中的谐波分量，使频繁断开电机电路时不损坏变频器，三者通过三相霍尔电流传感器对变频器输出端采取完善的短路保护措频器，三者通过三相霍尔电流传感器对变频器输